冶金传输原理课后答案

1、什么是连续介质，在流体力学中为什么要建立连续介质这一理论模型?答：(1)连续介质是指质点毫无空隙的聚集在一起，完全充满所占 空间的介质。(2)引入连续介质模型的必要性：把流体视为连续介质后，流 体运动中的物理量均可以看为空间和时间的连续函数,就可以利用数 学中的连续函数分析方法来研究流体运动,实践表明采用流体的连续 介质模型，解决一般工程中的流体力学问题是可以满足要求的。1-9 一只某液体的密度为800kg/m%求它的重度及比重。2 Q解：重度：y=pg=800*9.8=7840kg/(m * S )比重:P/P水=800/1000=0.8注：比重即相对密度。液体的相对密度指该液体的密度与一个大气压下 49 水的密度 (1000 kg/ m3 ) 之比课本p4o1-11设烟气在标准状态下的密度为1.3kg/m3,试计算当压力不变温度分别为1000-C和1200-C时的密度和重度 解：已知：件09时，p0=l. 3kg/m3,且则根据公式Po/(1 + pt)当 t=1000 C时，烟气的密度为p = 1.3/ (1+x 1000)kg/m3=0. 28kg/m3 烟气的 重度为 丫 = pg = (028 X9.8)kg/m3=2. 274 kg/m3当 t=1200 C时，烟气的密度为p = 1.3/ (1+-x 1200)kg/m3=0. 24kg/m3 烟气的 重度为 丫 = pg = (0.24 X9.8）kg/m3=2. 36kg/m316答：绝对压强：以绝对真空为起点计算的压力，是流体的实际，真 实压力，不随大气压的变化而变化。表压力：当被测流体的绝对压力大于外界大气压力时，用压力表 进行测量。压力表上的读数（指示值）反映被测流体的绝对压力比大 气压力高出的数值，称为表压力。既：表压力=绝对压力-大气压力真空度：当被测流体的绝对压力小于外界大气压力时，采用真空 表测量。真空表上的读数反映被测流体的绝对压力低于大气压力的差 值，称为真空度。既：真空度=丨绝对压力-大气压力丨=大气压力- 绝对压力1-81 物理大气压（atm） = 760 mmHg = 10332 mmH2O1 物理大气压（atm） =1. 033 kgf/cm2 = 101325 Panlnl9. 81 Pa1-21已知某气体管道内的绝对压力为117kPa,若表压为70kPa,那 么该处的绝对压力是多少（已经当地大气压为98kPa）,若绝对压力 为68.5kPa时其真空度又为多少？解：P绝二P表+P大气=70kPa+98kPa=168kPaP真=-（P绝-P大气）=-（68.5kPa-98kPa）=29.5kPa1、气体在什么条件下可作为不可压缩流体？答：对于气体，在压力变化不太大（压力变化小于10千帕）或流速 不太高（V<70米/秒）条件下（如流速较低的通风道），气体压缩程 度很小，可忽略气体密度变化而作为不可压缩流体来处理。牛顿粘性定律的物理意义:F/A=-gdv/dy物理意义：流体的内摩擦力大小与流体的性质有关，与流体速度梯度 和流体面积成正比。dv/dy是在与流动方向垂直的方向上单位速度的变化率A是流体层间接触面积A是动力粘度系数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：动力粘性系数p ,表征了流体抵抗变形的能力，即流体粘性的大 小，单位pa.§运动粘性系数v,粘度p与密度p的比值，它是个基本参数，是动量扩散系数的一种度量，单位：m2/s两者的关系：V=|j /p什么是粘性动量通量?答:粘性动量通量:有牛顿内摩擦定律,粘性切应力的单位是N/m2, 变形：/ m2 = /m2sSs即单位时间通过单位体积的通量，称为动量通量。故粘性切应力可理解为粘性动量通量。警为单位体积流体的动量在y方向上的动量梯度。粘性动量通量与在y方向的动量浓度梯度成正比。负号表示动量通量方向和动 量浓度梯度方向相反，即动量从高速到低速的方向传输，这和热量从 高温向低温传输一样。P37,25从换热器两条管道输送空气至炉子的燃烧器，管道横断面 尺寸均为400mmX 600mm,设在温度为400°C时通向燃烧器的空气量为 8000kg/h,试求管道中空气的平均流速。在标准状态下空气的密度为 1.293kg/m3。解：管道中空气的平均流速为卩标准状态下空气的密度Po =1.293kg/m3.在400°C时，空气的密度內由Pl =Po伯而得：P1=1.2931+（400+273）=0.373 kg/m3.由 Qm=PyVA有：8000kg/h =0.373 kg/ m3 X V X 3600m/h X 400 X 600 X10_6m2得卩=24.824 m/h.0804905019郑新宇2-6有一文氏管，已知di=15cm, d2 =10ciii,水银压差计液面高差 =20cino若不计阻力损失，求通过文氏管的流量。解：由伯努利方程P1 +pg zi +p V1 /2= Pz +pg Zz +p v2 /2Z1 = Z2 , 得V2=2(P1-P2 )/p+ V1 =2/p+ V1 又V/v2 =A2 / A = d? /dj =1/2.25 代入上式得(2.25V!)2 =2*0,.2*13600/1000+V1 求得 vi=1.16m/s2流量 q=1.16*n*015 /4=0.02 m3 /s冶金2班0804905020陈昭云解:根据J意得:=6.37m/s=1.59m/s假设水是从A管道流向B管道的;则根据实际流体的伯努利方程:pVfpVP】 + +愆ZL+屋乙+ h夫2Pa+宁=Pb + 4 +曲 h + h 夫10x98xl0 + h 夫6&社03+怛沁也39.02x10' +巴咚单止+2 2算得:h；、= 3880kpa假设水是从B管詁流向A管道的;Pb + ¥ = Pa+学+ / + 也31000跟/币.（159尸31000kg/rn3x（6.37）2.,39.02x10 +=68.6x10 +巴丄丄丄 +1000x9.8x1.0 + ,2 2计算得:h；=4& 60 Pa因为在水管中流动时一定有内摩擦阻力损失（内粘性力阻力损失）, 且能量是从高能量向低能量传输的，所以lu一定大于0 即判断水是从A管道流向B管道的ELI1 连续性方程、动量方程、能量方程分别由哪个定律推出?答：质量守恒定律f连续性方程动量守恒定律f动量方程能量守恒定律f能量方程什么是稳定流动？什么是非稳定流动？答：稳定流动：流场中运动参数不随时间发生变化，仅与位置有关的 流动；非稳定流动：流场中运动参数不仅随时间发生改变，又与位置 改变而发生改变的流动。什么是迹线？什么是流线？答：迹线就是在流场中同一运动质点在不同时刻的运动轨迹线；流线 就是不同质点在同一时刻的运动方向线。P62 3-2沿程阻力和局部阻力的物理本质是什么？答：沿程阻力：流体流过一定的直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失，用h摩表示。沿程阻力损失计算公式：h摩=入Lp v2/2d（流体力学中的达西公式）h摩：单位体积流体的沿程阻力损失;A :沿程阻力损失系数，对于管内层流，入=64/Re;L,d:管的长度，内径，m局部阻力：流体流过管件，阀门及管截面突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力损失，用h局表示;局部阻力损失的计算公式：h局弋 局p v2/2 h局:单位体积流体的局部阻力损失，pa;局:局部阻力损失系数。温度"59的水在直径d=100mm圆管中流动，体积流量Qv=15L/s，问管中水流处于什么流动状态?解：由已知可得：v=Qv/A=15/ (3.14*0.052) =1.9in/s査表并计算水在t=5C时的粘度q1. 366x10 6 1.789x10 6/ (10-0) =q -1.789x10“/ (5-0) 得r =1. 578x10，得雷诺数Re=vxd/q=1. 9x0.10/1.578x10 6=120405.5>2300所以管中流态为湍流。3-7.横断面积为2.5mX2. 5m的井矿巷道中（已知：井下温度t=20°C,空气I =0. 15c ma / s）,当空气流速v=lm/ s时，气体处于什么流动 状态？解：I t=20*C;v=lm/ s; r) =0.15c itf / s二 1. 5X10-5 ltf / sRe=vds / r| 其中，ds=4A / SA=2. 5X2. 5=6. 25m;S=2.5X4=10m:.ds=4X6.25/10=2.5则：Re=vds / q =1X2. 5/1. 5X10-5 m2 / s=167000>2300 管中流态为湍流3-10.设金属光滑水管，直径D=50mm,流过水的温度t=20°C时的运动黏度i|=0.013*10 4m2/s,流过直线段长度L=20mo试计算水流量qvl=0.3m3/h 和 qv2=1.2m3/h 时的摩擦阻损？ 解:(1)水流速和Re数U1=qvl/7r(D2/4 尸 0.3/(3.14*0.052)/4*3600=004m/sRei=UiD/n=0.04*0.05/0.013*104=1538<2300,层流U2=qv2/7r(D2/4 尸 l2/(3.14*0.052)/4*3600=016m/sRe2=U2D/n=0.16*0.05/0.013*104=6153>4000, 湍流(2)管道摩擦阻力损失(设 p=1000kg/m3)层流： hi « =k*L/D*pU12/2=64/Re1*20/0.05*1000/2* ( 0.04 )2=13.3N/iii2湍流：h2 M=X*L/D*pU22/2=0.3164/Re2°25*20/0.05*1000/2* (0.16)2=182.84N/m2 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.解:(4)由当量直径的公式de=4A/sA-导管或设备的流通截面积，S披流体所浸润的导管或设备的周长因为正六边形的横截面是由6个正三角形组成,S六边形=6怡三 角形=6* a*a*1/2=2111正六边形横截面管道周长S=6a, de= （4*3*容唧）/6a=V3a.（2）S同心=nr2=n(d2-di)/4同心周长(d2 -dx)同心HI环管道的当量直径de=4n(d2)/4/K (d2 - dj=d2+d边界层理论1、什么叫边界层厚度？答：流速相当于主流区速度的0.99处到固定体壁面间的距离叫边界层厚度1简述拉瓦尔喷管的原理。答：拉瓦尔喷管的前半部是一段由大变小向中间收缩的管道。收 缩到一定程度之后又由小变大向外扩张。这种管路可使气流的速度因 喷管截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速到跨音 速。拉瓦尔喷管的原理:气体以一定的初速度进入喷管的前半部（收 缩段），在这一阶段，气体的运动遵循”流体在管中运动时，截面小 处流速大，截面大处流速小”的原理，因此气流被不断加速。当到达 喉部时，气流流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再 遵循”截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，而是恰恰相反， 截面越大，流速越快。所以气流通过喉部进入扩张段时，气流的速度被进一步加速，最终起到增大气流流速的作用。什么是滞止状态和临界状态?滞止状态：流动中某截面或某区域的速度等于零，处于静止或滞 止状态，则此断面上的参数称为滞止参数，角标用0表示。临界状态：一元恒定等爛气流某一截面上气流速度当地音速时, 该断面上的参数称为临界参数，角标用*表示。4 什么是马赫数?答：在可压缩性气体流动过程中常以当地条件下的声速作为标准 来表示气体流出的相对速度，该比值称为马赫数。用M或Ma定义式为:Ma= uus式中ii为可压缩性气体流出的实际速度(ms) us为相同条件下气体介质的声速(ms) 1 等觞流动为什么看成绝热可逆流动答:当高速气体通过一很短的喷管时，过程进行的时间很短，通过管 壁散失的热量相对于流动的液体输运的能量而言，非常少，可以看作 是绝热流体，又因为摩擦影响很小，可以近似地认为流动过程是可逆 的，因而流动很接近等爛流动。10-6外径d=l50mm的蒸汽管道要求散量不大于465J/(m s),试确定 用珍珠岩磷酸盐制品(入=0.052+0.29X10 tW/(m °C)作保温材 料包扎层的最小厚度。设蒸汽管外表温度为400°C,保温层外壳2509。解：入=0.052+0.29X10_3tW/(m °C)=0.052+0.29 X10_3X (400+250) /2Q0.15W/ (m °C)q =At/ ( 1/2tt X (1/A Xlnd2/dl)465= (400-250) / ( 1/2tt X (100/15X In d2/150)带入数据得：d2=202. 5Ah= (d2-dl) /2=(202.5-150) /2 =26.25 mm