冶金传输原理试题标准答案

冶金传输试题答案

一、解释名词（共20分，每题5分） 1、连续介质

答：将流体视为由连续不断的质点构成的、内部不存在间隙的介质。连续介质是研究

流体运动的一种模型概念

2、牛顿流体

答：符合牛顿粘性定律，流体剪切应力与速度梯度的一次方成正比的流体。

3、温度梯度

答：温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率。 4、热边界层

答：流体与固体进行对流换热时，在流体与固体表面间形成具有温度梯度的

流体薄层。

二、回答问题（共30分，每题6分）

1、什么是迹线？什么是流线？它们有什么区别？

①在连续介质的流场中，流体质点在某一段时间间隔内经过的路线叫做迹线。 ②在连续介质的流场中，相邻流体质点于同一瞬间的速度向量所构成的连线称为流线。 ③迹线是对某一流体质点而言的，它表示在某一段时间间隔内某一特定的流体质点在空间所经过的路线；流线则是对连续分布的许多质点而言的，它表示某一特定时刻这些质点的运动方向。在稳定流动中，各质点的速度不随时间而变化，因而在不同时刻，流体质点是沿着不变的流线流动，所以流线与迹线重合。

2、什么是层流流动？什么是湍流流动？如何判断两种流动状态？

答：①当流体流动时， 流体在流动方向上水平平行流动，各层间无横向干扰和掺混。如果是管流流动是平行管轴的平行流动，此种流动状态称为层流流动。

②当流体流动时，流体质点在各方向都有分速度，相互干扰和掺混的向前，全部流场中流体

质点做复杂的无规则运动。这种流动状态称为湍流流动。 ③通常用雷若准数（Re=uρd/μ） 1）由紊流向层流转变时Re=2300 2）由层流向紊流转变时Re可达13800

3、什么是稳定态传热？什么是非稳定态传热？举例说明。

答：①稳定温度场下发生的传热叫稳定态传热。所谓稳定温度场是指温度场仅是空间坐标的函数，与时间无关。以导热为例，发生稳定态导热时，物体各处温度不随时间变化，物体不吸热，也不放热，没有热量的积蓄，仅起导热作用。例如连续加热炉的炉墙导热。（5分） ②不稳定温度场下发生的传热叫不稳定态传热。所谓不稳定温度场是指温度场不仅是空间坐标的函数也是时间函数。以导热为例，发生不稳定态导热时，物体因此温度不断变化，随时都在吸热或放热，有热量的积蓄，通过物体的导热量则不是常数。例如钢坯在连续加热炉中加热时，钢坯的导热过程。

4、非稳定态传热中，什么是薄材？什么是厚材？它们之间有什么区别？

①物体在加热（或冷却）的不稳定态导热过程中，物体内部形成的温度差趋于均匀，（内部热阻相对外部热阻较小）温差较小，可以忽略，此时,将该物体称为薄材，反之叫厚材。 ②区分薄材与厚材是以毕欧准数Bi当Bi＜0.25时,为薄材。 当Bi＞0.5时,为厚材。

当0.25＜Bi＜0.5时,视被加热材料的种类和形状而定。

hL

5、什么是黑体？试写出黑体辐射能力计算公式，并说明其物理意义。

①能够将投来的热辐射能完全吸收的物体叫黑体。

T4E00T4C0()100②

W/m2

三、 分析说明（共30分，每题10分）

1、写出下列相似准数，并说明其物理意义。 （1）努塞尔特准数。

Nu= hL/λ

表示对流传热边界层上导热特征的准数。即边界层上导热阻与对流热阻之比,该数越大，说明对流传热相对导热较强。 （2）普兰特准数

Pr=ν/α

表示流体动量传输能力与热量传输能力之比，是热量边界层相对动量边界层厚度表示。 2写出热量传输方程（傅立叶—可希荷夫热量传输微分方程）并说明其物理意义。

TTTT2T2TTuxuyuz(222)（5分） txyzxyz方程表示了无内热源的常物性流体在流动过程中的能量平衡关系。（1分）

方程中：

T 是物体热焓变化，热量的蓄积，体现了热量传输的非稳定特征；（1分） tuxTTTuyuz ：流体对流引起的热量传输 （1分） xyz2T2TT ：流体导热引起的热量传输 （1分） x2y2z2—— 热量传输系数（1分）

3、简述牛顿粘性定律、付立叶导热定律和菲克第一定律，并说明动量、热量和质量三种传输现象的类似性。

① 牛顿粘性定律：

dudy dTdy dAdy

q 付立叶导热定律：

菲克第一定律：

jADAB②类似性：1）表达式是相似 (通量)= -(系数)×(梯度)

2）动量、热量、质量扩散系数、 DAB具有相同的因次，其单位为m2/s 3）通量为单位时间通过与传递方向相垂直的单位面积上的动量、热量、质量，各 量传递方向均与该量的梯度方向相反。

五、计算（共20分，每题10分）

1、某加热炉所用冷却水由水塔供给，其供水系统如图所示。根据炉子冷却水需求，要求在水管出口处（如图2点处），水流量200m3/h,表压力0.2MPa.试计算水塔高度H为多少米才能满足炉子要求。（注：假设水塔内水面上为1个标准大气压，水在管道内流动总能量损失为50kPa.）

2u1u2p1H1gp2H2g2hf22(3分)

p1101325 paH20u101000kg/m3p2200000pahf50000pa200200根据题意知：uQ1.77(m/s) 2A3600D236000.2244(3分)

带入上式得：

2u2u12H1P2H2ghfP1221.772(200000101325)100045000101325

29.8100025.16 (m) 答：水塔高度H为25.16米才能满足炉子要求。

2、某冶金炉的炉墙面积为300m2，有两层耐火材料构成，内层为硅砖，外层为粘土砖，两层厚度均为300mm。假设两层紧密接触, 若已知炉内为1300℃, 外表面温度为60℃, 求炉墙散失热量及两层间温度。（其中，硅砖导热系数λ=1.50W/m ℃ ,粘土砖的导热系数λ=1.0W/m ℃）

解:

A1A2300m2120.3m

根据平壁导热公式,代入已知数据得炉墙散失热量为

QT1T31300607.44105(W)

0.30.33001.5300112A11A22

炉墙两层间温度为

T2T1Q1A110.3

3001.513007.44105804C