材料加工冶金传输原理习题答案 吴树森版

解:由题意知: 故为层流。

升高温度或增大管径d均可增大雷诺数,从而改变运动状态。

4.5 在长度L=10000m、直径d=300mm的管路中输送重γ=9.31kN/m3的重油,其重量流量G=2371.6kN/h,求油温分别为10℃(ν=25cm2/s)和40℃(ν=1.5cm2/s)时的水头损失

解:由题知:

油温为10℃时

40℃时

4.6某一送风管道(钢管,⊿=0.2mm).长l=30m,直径d=750 mm,在温度T=20℃的情况下,送风量Q=30000m3/h。问:(1)此风管中的沿程损失为若干?(2)使用一段时间後,其绝对粗糙度增加到⊿=1.2mm,其沿程损失又为若干?(T=20℃时,空气的运动粘度系数ν=0.175cm2/s) 解:(1)由题意知: 由於Re>3.29*105,故 (2):同(1)有

4.7直径d=200m,长度l=300m的新铸铁管、输送重度γ=8.82kN/m3的石油.已测得流量Q=0.0278m3/s。如果冬季时油的运动粘性系数ν1=1.092cm2/s,夏季时ν2=0.355cm2/s,问在冬季和夏季中,此输油管路中的水头损失h1各为若干?

解:由题意知

冬季

同理,夏季有 因为

由布拉休斯公式知:

第五章 边界层理论

5.2流体在圆管中流动时,“流动已经充分发展”的含义是什麽?在什麽条件下会发生充分发展了的层流,又在什麽条件下会发生充分发展了的湍流?

答: 流体在圆管中流动时,由於流体粘性作用截面上的速度分布不断变化,直至离管口一定距离後不再改变。进口段内有发展着的流动,边界层厚度沿管长逐渐增加,仅靠固体壁面形成速度梯度较大的稳定边界层,在边界层之外的无粘性流区域逐渐减小,直至消失後,便形成了充分发展的流动。

当流进长度不是很长(l=0.065dRe),Rex小於Recr时为充分发展的层流。随着流进尺寸的进一步增加至l=25-40d左右,使得Rex大於Recr时为充分发展的湍流 3.常压下温度为30℃的空气以10m/s的速度流过一光滑平板表面,设临界雷诺数Recr=3.2*105,试判断距离平板前缘0.4m及0.8m两处的边界层是层流边界层还是湍流边界层?求出层流边界层相应点处的边界层厚度 解:由题意临界雷诺数知对应的厚度为x,则

4.

常压下,20℃的空气以10m/s的速度流过一平板,试用布拉修斯解求距平板

前缘0.1m,vx/v∞=0处的y,δ,vx,vy,及avx/y 解:平板前缘0.1m处

Re?Vx??10?0.145?6.64?10?2?1015.06?10?6 故为层流边界层

VxVx?0?Vy?0,y?0V??V0?0V 又由 ? 而 则

由速度分布与边界层厚度的关系知:

Vx3y1y3?()?()?0?y?0或y?3?(舍去)V 再由 02?2?

1.506?10?5?0.1?5.0??1.94?10?3mm由布拉修斯解知??5.0?V010

?x5.

η=0.73Pa·s、ρ=925Kg/m3的油,以0.6m/s速度平行地流过一块长为0.5m

宽为0.15m的光滑平板,求出边界层最大厚度、摩擦阻力系数及平板所受的阻力 解:(1)由题意知:

第七章 相似原理与量纲分析

1. 用理想流体的伯努利方程式,以相似转换法汇出Fr数和Eu数

vpv解: 理想流体的伯努利方程:z1??1?z2?2?2

?2g?2g????2p1(v1)2?p2(v2)??z2??实际系统:z1? (1) ?????2g?2g?????p1(v1)2(v2)2?p2??z2??模型系统:z1? (2) ?????2g?2g?p122做相似变换得

?2?2?Cv(v1)2Cv(v2)2?Cpp2代入(2)式得Clz1? ??Clz2??????C?Cg?2gCgC?Cg?2gCg??Cpp1上式的各项组合数群必须相等,即:Cl?CpC?Cv2CpC?CgCl?v ?CgC?1 、2CgCv2?1

所以,所以将上述相似变换代入上式得到弗劳德数和欧拉数

g?l?g?l?glp??p?得:?2???Fr 、??Eu 222?2???(v)(v)?(v)(v)???(v)3. 设圆管中粘性流动的管壁切应力τ与管径d,粗糙度Δ,流体密度ρ,黏度η,流速有关ν,试用量纲分析法求出它们的关系式

解法一:设有关物理量关系式为: f(?,d,?,?,?,v)?0,其中?0??a?bDc?dVe 量纲关系

?b?1?a?1?a?b???1??3a?b?c?d?e →?c?a?d?1 ??e?a?1??2??b?e??因此,?0??a?1?aDa?d?1?dVa?1

??d???????2??? =?v?????V=???V2Re??d?????d???Dv?add??a?1=f(Re,)?V2

?d解法二:由关系式知:f(?,d,?,?,?,v)?0

选择d,ρ ,V为基本物理量,则τ ,η ,⊿均可由它们表示,由此得到三个

??ML-1T?2??1?abc ?无量纲参数d?V?L?a?ML?3?bLT所以 由此可得准数方程:

???1c5.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,孔板前後的压力差为Δp。试用量纲分析法汇出流量Q的运算式。

解:物理量之间的关系

f(Q,d,?,?,V,?p)?0

选择d,?,V为基本物理量,则

?1?Qda?bVc?MT???L??ML??LT?1a?3b?1?c,对?M?,1=b

?a?2Q? 对?T?,-1=-C ??b?1??1?2

d?v?c?1? 对?L?,0=a-3b+c

?2??LT???dm?nVl?L?m?ML?3?n?LT?1?l2?1?0?n??,?2?m?l??2?

dV??1??l?对?M?,1=y

?x?0?p??Eu 对?L?,-1=x-3y+z??y?1??3?2?V?z?2?对?T?, -2=-z 可得准数方程

Qd2?V?f(Eu,?dV)

所以,Q?f(Eu,?dV)d2?V?f(Eu,12)d?V Re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,由於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(砂型外侧未被升温波及)

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