冶金传输原理2

T2002732200C时：EC0 0.65.671702.9W/m100100100027321000C时：E0.65.67340.4W/m

100444钢坯上表面单位面积的对流热损失 定型尺寸Ltwtf22002020.51.521m 1T

200C时：定型温度tm2110C

3.2710W/mCGrPrv24.24m/s3Pr0.687

95.410

gLv23tPr9.811200200.68711027324.24106n92属于湍流：NumCGrPrm0.155.410aNumL2633.27101213263

8.6W/mC

2qcatwtf8.62002018Wtwtf21000202/m

21000C时：定型温度tm2510C

5.7510W/mC3v79.4m/sPr0.688

9GrPr9.8111000200.68851027324.24106n21.410

13属于湍流：NumCGrPrm0.151.410a2633.2710129165.4

9.5W/mC

2qc8.61000209318.5W/m

22、试估算350C及82atm下氢气通过储气瓶的漏损量？已知：气瓶直径为200mm、长1.8m、壁厚25mm。

3、计算CO2在1atm压强下，温度为293K空气中的扩散系数？

4、有一炉顶隔焰加热熔锌炉，炉顶被煤气燃烧加热到900C，熔池液态锌温度保持600C，炉膛高0.5m，炉顶为SiC砌成，设炉顶面积F1和熔池面积F2相等，为3.81m2。知：SiC0.85，

Zn0.2（液态锌）不计炉墙散热损失，求炉顶与熔池间的换热量？

1-1什么是连续性介质，在流体力学中为什么要建立连续介质这一理论模型？

答：连续介质模型：任一时刻流动空间的每点都被相应的流体质点占据这样的模型是连续介质模型。 原因：采用连续介质模型，流体性质和运动特性的物理量和力学量一般为时间和空间的连续函数，就可以用数学中连续函这一有力手段来分析和解决流体力学问题。

1-4什么是动力粘性系数和运动粘性系数，两者的关系如何？

答：表征了流体抵抗变形的能力，即流体粘性的大小，称为流体的动力黏性系数，或简称动力黏度。流体的动力黏度与其密度的比值称为运动黏性系数，即

1-6什么是理想流体，引入这一概念有什么意义？

答：没有粘性的流体即不存在内摩擦力的流体是理想流体，

例2-3如图所示，设mi是浇包内金属液的初始质量，mc是需要浇注的铸件质量。为简化计算，假设包内的内径D是不变的。因浇口的直径d比浇包的直径小很多，自由液面1的下降速度与浇口处2金属液的流出速度相比可以忽略不计，求金属液浇注的时间。 解：由题意，v10,z1H,z20,p1p2pa

设：浇注时间为时，金属液的液位高度为h由伯努利方程p1gh由总质量平衡原理，有

dmdm1m20A2v2将1代入上式，得

12v2p2v222gh1

dmdA22gh忽略柱塞的体

积，有mA1hdA1hdA22gh流体的密度一定，可整理得：dhhA2A12gd根据题

0,hH;0,h0定积分：意，按下列范围积分：H0dhhA2A12g00d0A1A22Hg 2-1取轴向长度为dz和径向间隙dr的两个同心圆柱面所围成的体积作为控制体（单元），试导出流

体在圆管内做对称流动时的二维（r、z方向）连续方程。

22-3试判断下列平面流场是否连续？vr2rsincos,v2rcos

2-4设有流场，其欧拉表达式为vxx,vyy,vz0求此流场中的流线微分方程式。若取流场中的一点：x1,y2,z3。在1及1.5时通过该点的流线方程式又为如何？ 解：

dxdx,dydy,dzd0xAe1,yBe1,zC

2-11某炉膛如图所示。已知炉气tg1327C,g01.30kg/m3S.T.P，炉外空气

ta20C,a01.293kg/m3S.T.P。

（1）在同一坐标图上绘出两种气体压力随高度变化的示意图。

（2）导出pgpa随炉膛高度H的变化关系，并据此计算出炉顶、炉底两处的pgpa的值。 （3）在本图所示的条件下，若打开炉门，炉内外气体将如何流动？

3-1流动有那两种形态，各有什么特点，如何判别？ 答：流动有层流和湍流两种形态。

层流：流体质点在流动方向上分层流动，各层互不干扰和掺混，流线呈平行状态。

湍流：流体内部充满了可以目测的漩涡，这些漩涡除了在主体流动方向上随流体运动外，还在各个方向上做无规则的随机运动，流体在运动中相互掺混极不规则。 3-2沿程阻力和局部阻力的物理本质是什么？

答：由于流体的粘性产生的摩擦力，流体与流体间（沿程阻力），流体与固体壁面间（局部阻力）。 沿程阻力：沿流动路程上由于个流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力；

局部阻力：在边壁尺寸急剧变化的流动区域，由于尾流区、漩涡区等分离现象的出现，使局部流动区域出现较集中的阻力。

3-9在内径为d的足够长的圆管内，有一外径为D的同轴圆管，现有不可压缩黏性流体在套管环隙

内沿轴向作定常层流。试确定环形通道内的速度分布式和流量公式。 3-12计算下面两管道的当量直径：

（1）横截面边长为a的正六边形管道；

（2）内、外直径分别为d1和d2的同心圆环套管。 3-13判断下列管流条件下流体的流动性质：

（1）1000kg/m,1.0010kg/ms,v60m/min,d0.04m；

33（2）1.568105m2/s,v1m/s,d3cm； （3）1.56810m/s,v2.5m/s,d20mm。

3-19流体流经如图所示的环状间隙管道，两侧压力分别为p1和p2，设间隙摩擦系数为，局部阻

力系数为，物体密度为，求流体的质量流量。

3例3-2设有0.1Pas,850kg/m的液体，经过长为L3000m，直径d300mm的铸铁

5233管流动，流量为qv4110m/s。试求摩擦压力损失p。

解：vqvA4110340.58m/s,Re2vd8500.580.30.114792300属于层流流动。

0.3Re14790.0433pLvD220.043330000.38500.582261.910N/m

32例3-3长度l1000m，内径d200mm的普通镀锌钢管，用来运输运动粘性系数0.335cm2/s的重油，已测得其流量q38L/s。（已知0.39,880kg/m3）问其沿程损失是多少？ 解：vqA0.0381.21m/s,Re2d41.210.20.33510468174000

0.2对于Re105，0.314Re0.31468170.0348

故沿程阻力损失为hlvd220.034810008801.210.222112091.5Pa

4-2流体在圆管中流动时，“流动已经充分发展”的含义是什么？在什么条件下会发生充分发展了的层流，又在什么条件下会发生充分发展了的湍流？

4-4流体平行流过平板，试确定距板端不同距离x处的附面层性质： （1）v0120m/min,2.00105m2/s,x0.1m,2.0m,3.0m

52（2）v020m/s,1.010m/s,x0.1m,2.0m,3.0m

4-6按下表计算不同x处平板附面层厚度，并将其绘成图（已知流体的2.00105m2/s）。 2.00 0.00 0.01 0.10 0.20 0.40 0.50 0.60 0.80 1.00 20.00 注：x：距板端的距离，m；v：来流速度，m/s；：附面层厚度，m。

例6-1已知某离心式压缩机第一级工作轮出口气流的速度v2183m/s，出口温度t250.8C，气体常数R288J/kgK，绝热系数k1.4，试求出口气流的马赫数Ma2为多大？ 解：因速度v2已知，求Ma2只需求的当地音速c2即可。T2t227350.8273323.8K

c2kRT1.4288323.8361m/sMa2v2c21833610.506

636-4某转炉氧的压力p11.0810Pa,T1313K,113.2kg/m，炉内压力

pe9.8110Pa，氧气流量qm2.7kg/s，试求氧的临界直径、出口速度及出口直径。

29-2砖墙的表面积为10m，厚为300mm，平均热导率为1.5W/mC。设砖墙室内侧的表面温

4度为20C，室外侧的表面温度为10C，试确定此砖墙向外散失的热量。 解：F10m,30010230.3m,1.5W/mC,t201030C

tF1.5300.3101500W

例10-1如图所示，一平壁由三层材料组成。第一层是耐火砖，热导率11.74W/mC，允许

的最高使用温度为1450C，第二次是绝热砖，热导率为20.35W/mC，允许最高是使用温度为1100C，第三层是铁板，厚度36mm,340.7W/mC，炉壁内表面温度

t11350C，外表面温度t4220C，在稳定状态下，q4652W/m。试问各层壁应该多

2厚才能使壁的总厚度最小？

解：为了使总厚度最小，应该把热导率最小的材料在其允许的使用范围内做到最厚，因为绝热砖的

热导率最小，其最高使用温度1100C，固将耐火砖和绝热砖的界面温度设为t21100C。由

tw1tw2tw1tw2q1.7135011004652单层平壁的公式qt2t491mm

又据多层平壁的公式q2233110022020.350.000.7即当耐火砖465220.066m66mm，

的厚度为91mm，绝热砖的厚度为66mm时，炉墙的总厚度最小，总厚度为91+66+6=163mm。 10.46m，20.23m，例10-2有一炉墙大平壁，内层为硅砖，外层为硅藻土砖，已知t11500C，

t3140C，求导热热通量及界面温度?

解：查得：11.0510.103tW/mC,20.19811.179103tW/mC 假定界面温度为1000C，求得11.0510.10315001000222W/mC

210.19811.17910t1t3310001400.33W/mC 2由式q112215001400.462.220.230.331504W/m，验算界面温度，由单层平壁的计算公式

2t2t1q11150015040.462.221188C,t2t3q2214015040.230.331188C

与假定温度相差太大，必须再次计算，以1188C做为界面温度，重复以上操作步骤得：

q1587,t21183C

例10-3蒸汽直管道的外径d130mm，准备包两层厚度都是15mm的不同材料的绝热层，第一种材

料的热导率10.04W/mC，第二种材料的热导率20.1W/mC，若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列俩种方案：（1）一在里层，二在外层；（2）二在里层，一在外层，哪一种好，为什么？ 解：方案一单位管长热损失为 ql1td3d2111lnln2ad1bd2t1160190lnln20.04300.160t3.4

方案二单位管长热损失为 ql2td3d2111lnln2bd1ad2t1160190lnln20.1300.0460t2.7

比较俩种方案的热损失

ql1ql23.42.71.26，固从减小热损失的观点来看，方案一好。

10-2一平壁处于一维稳态导热（无内热源）。平壁厚度为30mm，平壁左侧表面温度为270K。平

壁分别由下列材料制成： （1） 纯铝；（2）碳钢c0.1%；（3）耐火粘土砖；（4）煤粉灰泡沫砖。 解：（1）301030.03m,t32027050C,234W/mCqt

10-4用345mm厚的普通耐火粘土砖和115mm厚的轻质粘土砖，密度400kg/m3砌成的平面炉

墙，其内表面温度为t11250C，外表面温度为t2150C，求导热通量。 已知：普通耐火粘土砖：0.840.5810t 轻质粘土砖：0.290.2610t33W/mC

W/mC

3解：t11250C,t2150Ct12501501100C,400kg/m

134510

30.345m,10.840.58100.115m,10.290.261031250150212501502tq111tq222

1115103310-8外径为50mm的热力管道外，包扎有厚为40mm、平均热导率为0.13W/mC的矿渣棉，

其外为厚45mm、平均热导率为0.12W/mC的煤灰泡沫砖。绝热层外表面温度为50C。试检查矿渣棉与煤灰泡沫砖交界处的温度是否超过允许值？又，增加煤灰泡沫砖的厚度对热损

失及交界面处的温度有什么影响？蒸汽管道的表面温度取为400C。

解：t1400C,t250Ct40050350C,10.13W/mC,20.12W/mC d050mm,d5012401m30m2d, 2m2050245mt11lnd2d1d2d1t32ln2lnd1d0 ql1t1t2121lnd1d0,ql2t2t3122lnd2d1ql1qlqlt221lnd1d0

10-9在一根外径为100mm的热力管道外拟包扎两层绝热保温材料，一种材料的热导率为

0.06W/mC，另一种材料的热导率为0.18W/mC两种材料的厚度都取为75mm。试

比较把热导率小的材料紧贴管壁及把热导率大的材料紧贴管壁这两种方法对保温效果的影响，

这种影响对于平壁的情形是否存在，假定在这两种做法中，绝热层内、外表面的总温差不变？ 解：d0100mm,d1100275250mm,d2250275400mm,10.06W/mC,20.18W/mC ql1td1d2111lnln21d02d1,ql2td1d2111lnln22d01d1ql1ql2与1比较

14-7外径d1m的热风管外表面温度为227C，置于露天环境中，环境温度为27C时该热风管每

米管长的辐射散热量为多少？如果把风管放在1.8m1.8m的砖柱中，砖柱内表面温度还是27C，风管散热量又是多少？设管表面、砖表面的黑度为0.8，比较计算结果。 14-18一炉子的炉膛可以近似看成是高度等于直径的圆柱壳体，直径为1m，其内径是有二氧化碳、

水蒸气和非吸收性气体组成的1400K的燃气，总压力为100kPa，CO2的分压力为20kPa，水蒸气的分压力为10kPa。炉膛四周布置有冷却水管。试计算为保证炉膛四壁温度维持在

600K，冷却水应带走多少热量？燃气与炉壁间的对流传热可以忽略不计。

14-19对于如图所示的三表面系统，有人认为表面2可以看到自己而不能用网络法来计算3个表面的

辐射换热，你是否同意这个观点。试对下列条件计算各个表面的净辐射换热量1,2,3。 已知：T1572K,10.6,T2293K,20.58,T3373K,30.6