材料成型传输原理课后答案(吴树森版) 第一章 流体的主要物理性质 1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？ 答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质它包括液体和气体 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性 1-2某种液体的密度ρ=900 Kg／m3，试求教重度γ和质量体积v 解：液体密度、重度和质量体积的关系知： ∴质量体积为 某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体积为995cm3，当压强为1MN／m2时体积为1000 cm3，问它的等温压缩率kT为多少 解：等温压缩率KT公式(2-1): ΔV=995-1000=-5*10-6m3 注意：ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa 将V=1000cm3代入即可得到KT=5*10-9Pa-1 注意：式中V是指液体变化前的体积 如图所示，在相距h＝的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍当薄板以匀速v＝/s被拖动时，每平方米受合力F=29N，求两种油的粘度各是多少 解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为 平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即 代入数据得η= 第二章 流体静力学 2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点 解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。
质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，加速度产生，与质点外的流体无关而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生 2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何 解： 流体静压强指单位面积上流体的静压力 静止流体中任意一点的静压强值只该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的 2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义 解:流体静力学基本方程为： 同一静止液体中单位重量液体的比位能 可以不等，比压强也可以不等，但比位 能和比压强可以互换，比势能总是相等的 第三章习题 已知某流场速度分布为 ，试求过点(3 1，4)的流线 解：此流场速度分布可知该流场为稳定流，流线与迹线重合，此流场流线微分方程为： 即： 求解微分方程得过点(3,1,4)的流线方程为： 试判断下列平面流场是否连续 解：不可压缩流体流动的空间连续性方程知： 当x=0，1，或y=k π 时连续 三段管路串联如图所示，直径d1=100 cm，d2=50cm，d3＝25cm，已知断面平均速度v3＝10m/s，求v1,v2，和质量流量(流体为水)。
解：可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变 span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:6;left:0px;margin-left:79px;marg in-top:7px;width:145px; height:45px' 故： span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:7;left:0px;margin-left:79px;margi n-top:10px;width:124px; height:46px' span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:8;left:0px;margin-left:133px;margin-top:0px;width:222px; height:24px'质量流量为： 水从铅直圆管向下流出，如图所示已知管直径d1＝10 cm，管口处的水流速度vI＝/s，试求管口下方h＝2m处的水流速度v2，和直径d2 span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:11;left:0px;margin-left:65px;margin-top:47px;width:172px; height:48px' 为基准面，不计损失，建立上出口和下出口面伯努利方程： 解：以下出口 代入数据得：v2=/s span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:12;left:0px;margin-left:27px;margin-top:14px;width:76px; height:23px' 得:d2= 水箱侧壁接出一直径D＝的管路，如图所示。
已知h1＝，h2=,不计任何损失，求下列两种情况下A的压强 (1)管路末端安一喷嘴，出口直径d=；(2)管路末端没有喷嘴 span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:14;left:0px;margin-left:369px;margin-top:9px;width:192px; height:48px' 面为基准面建立水平面和A面的伯努利方程： 解：以A span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:15;left:0px;margin-left:287px;margin-top:15px;width:208px; height:48px' 面为基准，建立A,B面伯努利方程： 以B span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:16;left:0px;margin-left:160px;margin-top:14px;width:77px; height:24px' 当下端接喷嘴时， 解得va=/s, PA= span style='mso-ignore:vglayout;;z-index:18;left:0px;margin-left:181px;margin-top:17px;width:46px; height:24px' 当下端不接喷嘴时， 解得PA= n-top:40px;width:223px; height:53px'纲参数 选择 d，ρ ，V为基本物理量，则τ ，η ，⊿均可它们表示，此得到三个无量 所以 此可得准数方程： 5．用孔板测流量。
管路直径为d，流体密度为ρ，运动粘性系数为ν，流体经过孔板时的速度为v，孔板前后的压力差为Δp试用量纲分析法导出流量Q的表达式 解：物理量之间的关系选择d V为基本物理量，则 对，1=b 对,-1=-C 对，0=a-3b+c 对 1=y 对对 -1=x-3y+z, -2=-z 可得准数方程 所以 第八章 热量传递的基本概念 2．当铸件在砂型中冷却凝固时，于铸件收缩导致铸件表面与砂型间产生气隙，气隙中的空气是停滞的，试问通过气隙有哪几种基本的热量传递方式？ 答：热传导、辐射 注：无对流换热 3．在你所了解的导热现象中，试列举一维、多维温度场实例 答：工程上许多的导热现象，可以归结为温度仅沿一个方向变化，而且与时间无关的一维稳态导热现象 例，大平板、长圆筒和球壁此外还有半无限大物体，如铸造时砂型的受热升温 多维温度场：有限长度的圆柱体、平行六面体等，如钢锭加热，焊接厚平板时热源传热过程 4．假设在两小时内，通过152mm×152mm×13mm实验板传导的热量为 837J，实验板两个平面的温度分别为19℃和26℃，求实验板热导率 解：傅里叶定律可知两小时内通过面积为152×152mm2的平面的热量为 873=- 得 第九章 导 热 1. 对正在凝固的铸件来说，其凝固成固体部分的两侧分别为砂型及固液分界面，试列出两侧的边界条件。
解：有砂型的一侧热流密度为 常数，故为第二类边界条件， 即τ＞0时 固液界面处的边界温度为常数， 故为第一类边界条件，即 τ＞0时Τw=f(τ) 注：实际铸件凝固时有气隙形成，边界条件复杂，常采用第三类边界条件 3. 用一平底锅烧开水，锅底已有厚度为3mm的水垢，其热导率λ为 1W/(m · ℃)已知与水相接触的水垢层表面温度为111 ℃通过锅底的热流密度q为42400W/m2，试求金属锅底的最高温度 解：热量从金属锅底通过水垢向水传导的过程可看成单层壁导热，公式知 111℃， 得 =℃ 4. 有一厚度为20mm的平面墙，其热导率λ为/(m·℃)为使墙的每平方米热损失不超过1500W，在外侧表面覆盖了一层λ为 W/(m·℃)的隔热材料，已知复合壁两侧表面温 度分布750 ℃和55 ℃，试确定隔热层的厚度 解：多层壁平板导热热流密度计算公式知每平方米墙的热损失为 得 6. 冲天炉热风管道的内/外直径分别为160mm和170mm，管外覆盖厚度为80mm的石棉隔热层，管壁和石棉的热导率分别为λ1=/(m℃) λ2=/(m℃)已知管道内表面温度为240 ℃ ，石棉层表面温度为40 ℃ ，求每米长管道的热损失。
解：多层壁圆管道导热热流量公式知 , 所以每米长管道的热损失为 7．解： 查表已知 8. 外径为100mm的蒸汽管道覆盖隔热层采有密度为20Kg/m3的超细玻璃棉毡，已知蒸汽管外壁温度为400℃，要求隔热层外壁温度不超过50℃，而每米长管道散热量小于163W，试确定隔热层的厚度 解：已知 查附录C知超细玻璃棉毡热导率 圆筒壁热流量计算公式知： 得 特征尺寸， 热面朝上： 故为湍 流 查表得 4. 上题中若工件热面朝下散热，试求工件热面自然对流表面传热系数 解：热面朝下： , 层流，查表得 5. 有一热风炉外径D=7m，高H=42m，当其外表面温度为200℃，与环境温度之差为40℃，求自然对流散热量 解：定性温度 定性温度下空气的物性参数为： , 依题应为垂直安装，则特征尺寸为H = 42 m. , 为湍流. 查表得 自然对流散热量为 7. 在外掠平板换热问题中，试计算25℃的空气及水达到临界雷诺数各自所需的板长，取流速v=1m/s计算，平板表面温度100℃ 解：定性温度为 (1).对于空气查附录计算得 (2). 对于水则有： 8. 在稳态工作条件下，20℃的空气以10m/s的速度横掠外径为50mm，管长为3m的圆管后，温度增至40℃。
已知横管内匀布电热器消耗的功率为1560W，试求横管外侧壁温 解： 采用试算法 假设管外侧壁温为60℃，则定性温度为 查表得 ， 即: 与假设不符，故重新假设，设壁温为 .则定性温度 查表得 ， ， 即： 与假设温度误差小于5%，是可取的即壁面温度为℃. 10. 压力为*105Pa的空气在内径为76mm的直管内强制流动，入口温度为65℃，入口体积流量为/s，管壁平均温度为180℃，试问将空气加热到115℃所需管长为多少？ 解：强制对流定性温度为流体平均温度流体平均温度 附录F得 查查 为旺盛湍流 于流体温差较大应考虑不均匀物性的影响，应采用实验准则式 计算Nuf 即 = 质量流量 散热量 因为，所以需要进行入口段修正 入口段修正系数为 第一章 流体的主要物理性质 1-1何谓。