材料工程基础习题 (1)

3-17 (如图) 输水管路三通各段的直径为:d1=400mm,d2=300mm,d3=200mm,流量Q1=500 l/s, Q2=300 l/s,Q3=200 l/s,压力表读数pg=77KN/m2,求另外两管段的压力?(不计损失,三通水平放置) (68.89KN/m2,57.64KN/m2) 3-21 (如图)一虹吸管直径100mm各管段垂直距离如图,求流量,A、B点压力,画管道总水头线,不计水头损失。 (0.0738m2/s)

题3-17图 题3-21图

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4-3 已知管径d=150mm,流量Q=15 l/s,液体温度为10℃,其运动粘性系数v=0.415cm/s,

1在此温度下的流动状态;2在此温度下的临界流速;3若过流断面积改为面积相试确定:○○○

等的正方形管道,则其流态如何? 4-15 直径d=300mm的铁皮风管,通过20℃空气,平均流速V=20m/s,沿程压力损失△p=5mm水柱,若流速加大一倍,沿程压力损失将增大为多少? (16.82mm水柱)

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4-18(如图)水泵抽水系统,流量Q=0.0628m3/s水的粘度ν=1.519×10㎡/s,管径d=200mm,ε=0.4mm,h1=3m,h2=17m,h3=15m,l2=12m,各处局部系数ζ1=3,ζ2(直角弯管d/R=0.8),ζ3(光滑折管θ=30?),ζ4=1.

求:1)管道的沿程阻力系数λ(用莫迪图)

2)水泵的扬程H。 3)水泵的有效功率Nε。(Nε=γQH) (21.99m,13.54Kw)

题4-18图 题4-22图

4-21 如图所示,管路由油库将油放出,出口处为大气压力。已知H=9m,l1=l2=50m,d=0.1m,

1管中流量;○2画出管路λ=0.02,局部阻力系数:进口ζ1=0.5,弯头ζ2=0.5,阀门ζ3=3.0,求:○

3若下游是流入另一个油池如图(b),上下游池面高度差为9m,总水头线及测压管水头线;○

则上述两项结果将如何? (0.021m3/s) 4-22 虹吸管自水箱吸引水流入大气。已知d=25mm,l1=6m,全管长20m,设λ=0.025,进口ζ1=0.8,直角弯头d/R=0.5,折管角θ=30?(按光滑管的ζ),求虹吸管流量及最高点B处的压力。

(0.000981㎡/s,3.62m水柱)

(a) (b)

题4-21图

3-1 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热试验中,得到以下数据:管壁平均温度tw=69℃,空气温度tf=20℃,管子外径d=14mm,如加热段长80mm,输入加热段的功率为8.5W,如果全部热量通过对流换热传给空气,试问对流换热系数为多大?

3-2 一外径为0.3m,壁厚为5mm圆管,长为5m,外表面平均温度为80℃。200℃的空气在

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管外横向掠过,表明传热系数为80W/(m·℃),入口温度为20℃的水以0.1m/s的平均流速

3

在管内流动,如果此过程处于稳态,试确定水的出口温度。水Cp=4184J/(kg?K),ρ=980kg/m。3-17 如图所示,一个封闭大空腔上开有一个直径d为10mm 的小孔,整个空腔表面保持均匀一致的温度Tw=1200K。试求小孔的辐射力及辐射能,最大光谱辐射强度及其对应的波长,空腔内任何位置得到的投射辐射。 3-21 试求直径为0.3m、辐射率为0.8的裸气管的辐射散热损失。已知裸气管的表面温度为440 ℃,周围环境温度为10℃。如果在裸气管周围安置遮热管(辐射率为0.82,直径为0.4m),试求:(1)重算裸气管的辐射散热损失;(2)如同时考虑对流换热损失,裸气管的散热损失

又为多少?已知遮热管对流换热系数为35W/(m·℃)。 3-22 液氮储存容器为双壁镀银的夹层结构(如图),外壁内表面温度tw1=20 ℃,内壁外表面温度tw2=-183℃,镀银壁的辐射率ε=0.02。试计算由于辐射换热每单位面积容器壁的散热量。

题3-17图 题3-22图

3-25 热空气在ψ426×9mm的钢管内流过,热空气的温度用一个装在外径为15mm的瓷保护管中的热电偶来测量。已知钢管内壁温度为110℃,热电偶读数(即瓷管温度)为220℃,

瓷管的辐射率为0.8,空气向瓷管的对流换热系数为52.4W/(m·℃),设瓷管本身的热传导可忽略不计。试求:由于热电偶保护管向钢管壁的辐射换热而引起的测量相对误差(%),并求出空气的实际温度。

3-26在习题3-25的装置中,为了减小热电偶的测量误差,把热电偶保护瓷管用薄铝圆筒屏蔽,屏蔽筒的辐射率为0.3,面积为保护瓷管端部的4倍。空气向屏蔽筒的对流换热系数为

35W/(m·℃),其他数据与上题相同。试求:此时空气的真实温度以及热电偶的测量相对误差(%)。

3-27 平壁外表面覆盖着厚25mm、导热系数为0.14W/(m·℃)的隔热层,隔热层内壁温度为315 ℃,环境温度为38℃,为保证隔热层外表面温度不超过41℃,对流换热系数应当为多少?(隔热层外表面辐射率εw=1)

2-1 有一座玻璃池窑的胸墙,用硅砖砌筑,内表面平均温度1300℃,外表平均温度300℃,

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胸墙厚度为450mm,面积10m。试求通过胸墙的散热损失量。 (3.3×10w) 2-2 某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土层与红砖砌成,硅藻土与红砖的厚度分别为40mm和250mm,导热系数分别为0.13和0.39W/(m·℃),如果不用硅藻土层,但又希望炉墙的散热维持原状,则红砖必须加厚到多少厘米? (370mm) 2-4 某厂蒸汽管道为Ф175×5的钢管,外面包了一层95mm厚的石棉保温层,管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1 W/(m·℃),管道内表面温度为300℃,保温层外表面温度为50℃。试问每米长的散热损失。在计算中能否略去光管的热阻,为什么? ( 222W/m) 2-6 试求通过如图所示的复合壁的热流量。假设热流是一维的;已知各材料的导热系数为:

λA=1.2、λB=0.6、λC=0.3、λD=0.8 W/(m·℃)。 ( 122W )

2-16 水平放置外径为0.3m的蒸汽管,管外表面温度为450℃,管周围空间很大,充满着50℃的空气。试求每米管长对空气的自然对流热损失(不考虑辐射散热)。 (2710W/m) 2-20 60℃的水进入一内径为25.4mm的管子,水的流速为2cm/s。试求水的出口温度(已知管长3m,管壁温度恒定为80℃)。 (71.8℃)

题2-6图

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