05级三传冶金传输原理试卷试题A参考答案

05级《冶金传输原理》试题（A）参考答案

一、名词解释（每题2分，共16分）

1. 不压缩流体：指流体密度不会随压强改变而变化，或该变化可忽略的流体。

2. 速度边界层：指在靠近边壁处速度存在明显差异的一层流体，即从速度为零到0.99倍的地方称为速度边界层。

3. 雷诺准数及其物理意义：Re uL,表征惯性力与粘性力之比。是流态的

判断标准。

4. 黑度（发射率）：实际物体的辐射力与相同温度下黑体的辐射力之比称为物体的黑度，也叫发射率。

a 5. 傅立叶准数及其物理意义：Fo 2，也称时间准数，表示非稳定传热所s

进行的时间与其达到平衡状态所需要的总时间之比；或τ时间内非稳态传热的传热量与其达到稳态（平衡）时传输的总热量之比。

6. 热通量与传质通量：单位时间内通过单位面积的热量称为热（量）通量；单位时间通过单位面积的物质量称为传质通量。

7. 角系数：由表面1投射到表面2的辐射能量Q1 2占离开表面1的总辐射能量Q1的份数称为表面1对表面2的角系数，用符号 12表示，即： 12 Q1 2。 Q1

8. 流向传质与非流向传质：与流体流动方向相同的传质叫做流向传质；与流体流向垂直的传质叫做非流向传质。

二、填空题（每空1分，共19分）

1 理想流体是指不存在

2 气体超音速射流产生过程中，气体流股截面积先后，压强断降低。

3 流场中流体各物理量只是

4 固体壁面无滑移边界条件是指 壁面速度与相接触的流体层速度相等 ，而无渗透边值条件为 垂直于壁面方向流体速度为零 。

5 如果流场中每点的物理量值都一致,则称其为值不随时间而变化，则称其为 稳态场。

6 根据动量守恒定律，可以推导出纳维－斯托克斯方程；根据律 ，可以推导出传热微分方程；根据 质量守恒定律 则可以分别推导出

流体连续性方程方程和 质量传输 微分方程。

7 研究对流给热的主要任务，就是求解对流给热系数h。现在求解h的方法

有四种，它们分别是 边界层微分方程组解析解 、边界层近似积分解、 类比律法 、和 相似理论指导下的实验方法 。

8 一般说来，固体的导热系数热系数 大于 （大于、等于、小于）气体；在固体中，通常金属的导热系数 大于 （大于、小于、等于）非金属，结晶物质的导热系数 大于 （大于、小于、等于）非晶物质的导热系数；大多数金属的导热系数随温度的升高而 降低 （升高、降低、不变）。

三、选择题（每题5分，共15分）

1. 伯努利方程表达式错误的是 2P1v1P2v2v2

2 z2 A. gz =常数 B. z1 2 g2g g2gp

2Pv12P2v2pv2

1C.z =常数 D. gz1 gz2 g2g g2 g2

2. 单层圆筒壁内外流经物性和温度均不同的流体1和流体2，那么该单层圆

筒壁在第III类边界条件下，一维稳态导热的总热阻为RΣ。

A. d111 ln2 h12 d1h2

d111 ln2 h1 d1L2 L d1h2 d2L

di 11ln dii 12 L inB. C

D d1ln2 2 L d1

3. 已知环境流体对直径为100mm的圆柱体的总对流给热系数h为120

W/(m2·℃)，圆柱体的平均导热系数λ为163 W/(m·℃)，比热Cp为440J/(kg·℃)，密度ρ为8800 kg/m3，则 C 。

A 因为体系的Bi = 0.0736<0.1，所以可以视为薄材。

B 因为体系的Biv = 0.0368>0.033，所以不能视为薄材。

C 因为体系的Bi = 0.0368<0.1，所以可以视为薄材。

D 因为体系的Biv = 0.0736>0.05，所以不能视为薄材。

四、简答题（每题5分，共20分）

1. 流体流动过程主要受到哪几类力的作用？各自常见的力有哪些？

流体主要受到体积力和表面力两大类力的作用，体积力常见的有：质量力、电磁力；表面力常见的有：粘性力和压应力。

2. 请说明 yx的物理含义

yx dux dy

yx首先是粘性应力，由于x方向流动速度在y方向存在差异而产生于流

体内部。下角标y表示力的法向，x表示力的方向。

yx同样代表粘性动量通量，此时下角标y表示动量传递方向，x表示动量

的方向。

3. 简述对流给热（换热）的机理，为什么说边界层导热是对流给热的限制性

环节？

答：对流给热是指流体流经与之温度不同的固体界面时，流体与固体之间所发生的热量传输现象，是对流传热和传导传热的综合结果。在流体与固体壁面交界处存在（速度边界层和）温度边界层，温度边界层外近似无温度梯度，温度梯度只存在于边界层内。对于层流边界层，层与层之间没有宏观物质传输，传热主要依靠传导传热，热阻很大；湍流边界层内由于存在层流底层，传热也要依靠传导传热，热阻也很大。因此，边界层导热是对流给热的限制性环节。

4. 简述气体辐射与火焰辐射及其区别。

答：气体的辐射和吸收能力与其分子结构有关，对波长有明显的选择性，因此气体的辐射和吸收光谱是不连续的，支能吸收或辐射一定波长范围的辐射能，不同的气体，波长范围不同；另外气体辐射属于表面辐射。而实际火焰中一般含有大量的固体颗粒，多是发光火焰，少有纯净气体燃烧发出的不发光火焰，因此在火焰辐射中起主要作用的是炭黑、灰尘等固体颗粒，这些固体颗粒的辐射和吸收类似于固体辐射，可以在可见光谱和红外光谱范围内连续发射辐射能量，由此它们的光谱是连续的。

五、计算题（每题10分，共30分）

1. 粘性系数 0.048Pa s的流体流过两平行平板的间隙，间隙宽 4mm，

u cy

流体在间隙内的速度分布为 2( y)， 其中C为待定常数，y为垂

， 试求最大速度在间隙中的位直于平板的坐标。设最大速度

置及平板壁面上的切应力。 umax 4m/s

解：1）由速度分布可知y坐标原点位于下平板

由

duc 0 2 0 y y y dy 2

即中心处 u取最大值，在两板中央取速度最大值(5分)

将y /2 代入速度分布式

（7分）

2）

y = 0

c16 0.048 192 n/m2 3 4 10 c 22Umax 2 c 4Umax 4 4 16 m/s duc 2 2y dy y c 192(n/m2)

（10分，能给出一个就给分。未求出C值者扣2分）

流体作用于上下平板的壁面切应力都是192(n/m2)，且均指向流动方向，而正负号不同则源于应力正负向的规定。

2. “冰冻三尺，非一日之寒”。设若地表可以看作是半无限厚物体，温度分布可表示为 x erf ，初始温度为t0=10℃，后受到冷空气侵袭， 0 2a

地表温度突然降为tw=-15℃并维持不变。确定这种条件下，地面下1m处温度降为0℃所需的时间。已知：地表土壤土质均匀，土壤物性参数分别为： 2050kg m-3, 0.52W m-1 C-1,Cp 1840J kg-1 C-1；高斯误差函数表如下：

erf(0.42)＝0.45 erf(0.44)＝0.47 erf(0.46)＝0.48 erf(0.48)＝0.50 erf(0.50)＝0.52 erf(0.52)＝0.54 erf(0.54)＝0.55 erf(0.56)＝0.57 erf(0.58)＝0.59 erf(0.60)＝0.60 erf(0.62)＝0.62 erf(0.64)＝0.63 erf(0.66)＝0.65 erf(0.68)＝0.66 erf(0.70)＝0.68 erf(0.72)＝0.69 erf(0.74)＝0.70 erf(0.76)＝0.72 erf(0.78)＝0.73 erf(0.80)＝0.74

解：依题意，地表的降温可以看作是办无限厚物体的导热。地表土壤的物性取为

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