冶金传输原理习题

动量传输

伯努利方程的实质是什么？它说明了什么问题？伯努利方程能否用于压缩型流体及非稳态流动？

能量守恒定律在动量传输中的应用。在理想的流体中任何一点的位压头、静压头和动压头的总和是不变的。不能。

断面为150mm× 400mm的管道，标态下风量为2700m3/h，求平均标态流速。又若出口断面扩大为300mm×400mm，风温升高为45℃，求出口平均风速。又假若要求出口风速为20 m/s，求出口圆管直径应为多少（标态下）？ 平均标态流速：uVs2700/360012.5m/s A0.1500.4稳态流动质量流量不变：1u1A12u2A2 根据气体状态方程：

1T227345318 2T1273273出口平均风速为：u21u1A131812.50.150.47.28m/s 2A22730.30.4出口圆管面积：A2u1A112.50.150.40.0375m2 u220出口圆管直径：d4A40.03750.219m

3.14

一渐缩管道大截面处d1=8 cm, u1=10 m/s,小截面处d2=3 cm，今各截面速度均匀，求流过该管道不可压缩流体的体积流量的小截面处流速u2。

23体积流量：Vsu1A1103.14/40.080.05m/s

u1A1103.14/40.082小截面处流速：u271.1m/s

A23.14/40.032

流体流动有哪两种形态，各有何特点？如何判断？

流体的流动可分为层流和湍流

特点：层流：规则的层状流动，流体的层与层之间和不相混，轨迹为平滑的随时间变化的曲线。

湍流：无规则的运动方式，质点轨迹杂乱无章而且迅速变化，流体微团在向流向运动的同时，还作横向、垂向及局部逆向运动，与周围流体混掺，是随机的、三维的运动。

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判断：对内表面光滑的圆截面直管衡量流动状态： 当Re<2300时，流动呈层流。 当Re>4000时，流动呈湍流。

当2300圆管中的边界层厚度为多少？湍流时的边界层与层流时有何不同？ 将从板壁或管壁算起至流过均匀流速的距离成为边界层厚度。 圆管中的边界层厚度为圆管直径的一半。

层流边界层：壁面的摩擦及流体的粘性力起主导作用，层内的扰动不容易得到发展扩大。流体的流动形态呈层流流动。

湍流边界层：随着流动的推进，边界层继续增厚，扰动逐渐发展，粘性力作用减低，当其发展的一个临界值时，边界层的流体的性质开始由过度流转为湍流。流体的流动形态呈湍流流动。

热量传输

热量传输有哪几种基本方式？各有什么特点？ 1 导热 对流 辐射

导热是热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或从高温物体传递到与之接触的低温物体的过程。

导热是依靠物体中分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动进行热量传输。它发生在同一物体的两个部分之间，或彼此相接触的两种物体的接触面之间，而物体各部分之间不发生宏观的相对位移。

对流是指流体流动时，冷热流体互相掺混所引起的热量传输过程。这种传热的方式是流体各部之间发生相对移动。对流不仅发生在流体流动中，而且伴随着导热。

辐射是物体依靠电磁波的发射与吸收传递热量的过程。辐射电磁波的形式向空间传播，不需要与物质或质点的直接接触。

什么是温度场？并说明温度场的类别及特点。

传热物质体系内，温度在空间和时间上的分布状态称为该体系的温度场，它是时间和空间的函数。

物体中各点的温度随时间改变的温度场称为非稳态温度场；物体中各点温度不随时间变化的温度场则为稳态温度场。

温度梯度的物理意义？

温度梯度指在等温面法线方向上单位长度温度变化率。

说明导热系数与热量传输系数的物理意义及区别？

导热系数指在一定温度梯度下，单位时间通过单位面积的导热量。

热量传输系数是表征物体热量传输能力的重要参数。热量传输系数与导热系数成正比，与

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物体的密度和比热容成反比。热量传输系数概括了物体在导热时的导热能力和物体自身的热焓变化。

一个大气压下20℃的空气，以1.5m/s的速度流过温度为100的平面炉墙表面，炉宽1.0m，长2.0m，若不计自然对流的影响，求炉墙表面上热边界层厚度及对流传热量？（在60℃下，空气有关的物性为：运动粘度v=18.97×10-6m2/s；λ=2.90×10-2W/（m·℃）；Pr=0.696） 热边界层厚度计算公式T4.552xPr13Re

1/312平均传热系数计算式：h=h0.664LPr解：

1Re1/2

TmRe11(TfTw)(10020)60℃ 22u0L1.52.0551.5810510

6v18.97101312对长L=2.0m的平板有：

则为层流对流，故

T4.552xPrRe=4.552×2.0×0.696-1/3×（1.58×105）-1/2

平均传热系数为：

h0.664LPr2

11/3Re1/22.901020.6640.6961/3(1.58105)1/22.0=3.39

W/(m·℃)

于是传热热量为：

Q=h（Tw—Tf）A=3.39×（100-20）×2.0×1.0=542.4W

物体黑度与吸收率有什么关系和区别？

克希荷夫定律揭示了黑度和吸收率之间的关系。在辐射平衡条件下，物体对黑体辐射的吸收率等于其黑度。吸收能力强的物体，其辐射能力也强，黑体吸收率最大，α=1，其黑度也最大。克希荷夫定律适用于任何物体单色吸收与辐射。物体对某一波长射线的吸收率等于同温度下该物体发射同一射线的黑度。就灰体而言，黑度只取决于物体本身固有的特性，是与温度无关的常数，故其吸收率也是常数，且不论辐射是否来自黑体，是否平衡。

灰体和实际物体有什么XXX和区别？

实际物体与黑体的辐射能力存在着不同程度的差异，如果某物体在各温度下所辐射出各种波长的辐射强度恰好都是同温度下黑体辐射强度的某一分率，即该物体辐射光谱与黑体辐射光谱完全相似，且存在如下关系：

I1I01I2I02InI0nE E0则该物体成为灰体，比例常数成为灰体黑度。

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灰体的辐射光谱是连续的，并且任何波长的辐射强度与同温度下痛波长的黑体辐射强度之比恒为常数。而实际物体的辐射和吸收存在一定的选择性，即对不同波长射线的辐射强度随波长不同而不同。

质量传输

质量浓度与质量分数，摩尔浓度与摩尔分数有何不同，它们之间关系如何？

单位体积混合物中含某组分的质量称某组分的质量浓度，质量浓度ρA、ρB单位为kg/m3 单位体积混合物中含某组分的摩尔数称为某组分的摩尔浓度，摩尔浓度CA、CB单位为Kmol/m3

混合物中某组分的质量与混合物总质量之比，称为该组分的质量分数α。 混合物中某组分摩尔数与混合物总摩尔数之比，称为该组分的摩尔分数x。 质量浓度与摩尔浓度之间的关系为：

ρA=cAMA，式中M为组分A的分子量。 质量分数α与摩尔分数x之间的关系为：

xAA/MA

A/MAB/MBxAMA

xAMAxBMBA

某组分的绝对速度，扩散速度和平均速度格表示什么意义？

在多组分系统的传质过程中，各组分均以不同的速度运动。设系统由A、B两组分组成。组分AB通过系统内任一静止平面的速度uA、uB，该二元混合物通过此平面的速度为u或um（u以质量为基准，um以摩尔为基准），它们之间的差值为uA-u，uB-u或uA-um，uB-um，在上述过程中，uA、uB分别表示实际移动速度，称为绝对速度，分别代表混合物的移动速度，称为平均速度，而uA-u，uB-u或uA-um，uB-um分别代表组分相对于主体的流动速度和移动速度，称为扩散速度。

分子传质（扩散）与分子传热（导热）有什么不同？

导热是热量由高温度区向低温度区流动。此时在热流方向上，仅存在热的流动而不存在流体的速度问题。而分子扩散中，由于流体内一个或数个组分的分子由高浓度向低浓度区移动，各组分的分子扩散速度不同，故出现了各组分之间的相对流动速度以及整个混合物的运动速度。但分子移动所留下的空隙须由流体来补充，于是整个介质也必定处于宏观运动状态，也就出现了由于扩散所产生的各组分及整个混合物的宏观运动速度问题。

在101.3KPa,52K条件下，其混合气体各组分的摩尔分数分别为：CO2为0.080，O2为0.035；H2O为0.160，N2为0.725。各组分在z方向的绝对速度分别为：2.44m/s；3.66m/s；5.49m/s；3.96m/s。试计算：

（1）混合气体的质量平均速度u；（2）混合气体的摩尔平均速度um；（3）组分的质量通量jCO2，（4）组分的摩尔通量JCO2。（假设气体为理想气体）

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解：

（1）

设混合物总摩尔浓度为c kmol/ m3

CO2=c×0.08×44=3.52c kg/m3 O2=c×0.035×32=1.12c kg/ m3 H2O=c×0.160×18=2.88c kg/m3 N2=c×0.725×28=20.3c kg/m3 则：=CO2+O2+H2O+N2=27.82c kg/m3

c=c CO2+c O2+c H2O +c N2=0.08 c +0.035 c +0.160 c +0.725 c =c kmol/ m3

u1(CO2CO2O2O2H2OH2ON2N2)

1(3.52c2.441.12c3.662.88c5.4920.3c3.96)3.91m/s27.82c（2）

1um(cCO2uCO2cO2uO2cH2OuH2OcN2uN2)c

1(0.08c2.440.035c3.660.160c5.490.725c3.96)4.073m/sc（3）

气体为理想气体，在这个压力和温度条件下，根据PV=nRT可得：

nP1.013105c0.2343VRT8.31452则：

Kmol/m3

jCO2=CO2(u CO2-u)=0.08×0.2343×44×(2.44-3.91)=-1.2124 kg/(m2·s) JCO2=cCO2(u CO2-um)= 0.08×0.2343×(2.44-4.07)=-0.0306 kg/(m2·s)

气体中的扩散系数、液体中的扩散系数计固体中的扩散系数膈俞哪些因素有关？ 固体中的扩散系数受扩散物质浓度的影响，但受温度影响也较大。 液体中的扩散系数主要受浓度和温度影响。

气体中扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。

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