南工大材料工程导论试卷A答案定

南京工业大学第1页共5页南京工业大学材料工程导论试题（A）闭卷试题标准答案2010--2011学年第二学期使用班级材实验0801一、名词解释（每题3分，共18分）1、层流与湍流答：层流是指流体在管道中作有秩序的、层次分明的流动，流速层间没有质点扩散现象发生，流体内部没有漩涡产生（1.5分）。湍流则是指流体在流动过程中，流体质点有不规则的运动，速度的大小和方向随时发生变化，出现漩涡（1.5分）。2、几何相似与动力相似答：几何相似指原、模型对应点流动空间任意相应线段两线段夹角相同，任意相应线段长度保持一定比例。（1.5分）动力相似指原、模型对应点同名力作用下，相应的同名力成比例。3、节点与子区域答：节点：数值模拟中需求解未知量的几何位置（1.5分）。子区域为网络剖分中，由一系列直线（平面）或曲线（曲面）簇将计算区域所分隔的互不重叠的小区域。（1.5分）4、油的恩氏粘度与凝固点答：恩氏粘度是tC时粘度计小孔中流出200ml油所需时间/20C时粘度计小孔中流出200ml水所需时间。（2分）。油失去流动性的最低温度称凝固点。（1分）5、干球温度与湿球温度答：干球温度t为湿空气的真实温度（1.5分）。湿球温度为大量空气与少量水分相接触时热、质传递平衡时湿空气温度（1.5分）。6、串联传热与并联传热答：导热与对流换热的串联传热过程称串联传热（1.5分）；辐射与对流换热的并联传热过程称并联传热（1.5分）。二、简答题（每题6分，共36分）1、请绘制毕托管（Pitottube）的构造简图，并简述其测速原理。答：（1）毕托管由两根弯成直角的同心套管组成，外管壁上近端处沿圆周开有小孔，两管之间环隙的端点是封闭的，U型压差计两端分别连接到内管和套管环隙（2分）（也可直接画出图，不用语言解释。）（2）测定速度时，毕托管的管口正对流体流动方向，内管感受的是动压和静压，（1分）而套管小孔由于与流体流动方向平行，感受的仅仅是静压（1分）南京工业大学第2页共5页而U型压差计测定的压差就是该点处的动能，由动能就可求得该点的流速。（1分）或者：毕托管中心管测得的为流体的静压能gp与动能gu22之和称之为冲压能，（2分）毕托管的外套管测得的仅为流体流动的静压能gp，（2分）两者的差值为动能gu22，根据此动能即可计算得到流体流动的速度。（1分）（可以列出能量方程分析说明）2、简述离心泵工作点的定义及其流量的调节途径。答：离心泵特性曲线与管路特性曲线交点处的流量与压头称泵的工作点（2分）。流量调节途径如下：（1）改变管道阻力特性，如阀门开度等。（2）改变泵轴转速。（3）切割叶轮外径。（4）离心泵串、并联操作（每点1分，共4分）。3、简述传热中Prandtl（Pr）准数与Grashof准数的表达式及其物理含义。答：Pr=CP/。（2分）它表示流体物性对给热过程的影响。（1分）Gr=gL3t2/2。（2分）表示自然对流运动状态对给热过程的影响。（1分）应说明各式符号的含义。4、简述常用热工用燃料的种类及其燃烧方法。答：常用热工用燃料有固体燃料、液体燃料和气体燃料。固体燃料主要有固定床、沸腾床和悬浮床式燃烧方法。液体燃料主要用雾化燃烧方法，部分用气化燃烧方法（可不答）。气体燃料主要有长焰、短焰、无焰式燃烧方法。5、简述有限差分中一阶向前、向后、中心差商和二阶差商的定义及其截断误差。答：一阶向前差商：f/x=（f（x+x）-f（x））/x，截断误差为x的同级无穷小量0（x）；（1.5分）一阶向后差商：f/x=（f（x）-f（x-x））/x，截断误差与向前差商同；（1.5分）。一阶中心差商：f/x=（f（x+x）-f（x-x））/2x，截断误差为（x）2的同级无穷小量0（x）2(2分)。二阶差商f2/x2=（f（x+x）-2f（x）+f（x-x））/x2,截断误差为（x）2的同级无穷小量0（x）2。(1分)6、写出Fick第一定律和Fick第二定律的表达式，并说明其适用条件。答：Fick第一定律：JA=-DABdCA/dZ；JA为组分A的分子扩散速率，dCA/dZ为组分A的浓度梯度，DAB为DAB在A、B混合物中的分子扩散系数。（2分）适用于稳态传质。（1分）Fick第二定律：Ci/t=Di（2Ci/x2+2Ci/y2+2Ci/z2）。（1分）适用于非稳态传质。（1分）三、计算题（第一题13分，其它每题11分，共46分）1、水从液面恒定的水箱经过水平粗、细管射出，如图所示。假设z1=12m,z2=z3=6.5m,2-2截面与出口3-3截面的管内径分别为：d2=13mm,d3=7.5mm,1-1截面到2-2截面管路的总阻力损失为2m水柱，不计2-2截面到出口3-3截面的总阻力损失。试求：（1）出口处的南京工业大学第3页共5页速度u3；（2）接近出口的截面2-2处的速度u2与压强p2；解：（1）求管嘴出口处的速度u3。在1-1截面与3-3截面间列柏努利方程式：13233121122Hgpguzgpguz（3分）已知：p1=p3=0(表压)：u1≈0；H1=2m水柱，故上式可以简化为：guHzz223131)/(26.8)25.612(81.92)(21313smHzzgu（1分）（2）求截面2-2处的速度u2和压强p2：由333.0135.722222332dduu得)/(75.226.8333.0333.032smuu（2分）在截面1-1与截面2-2间列柏努利方程式：12222121122Hgpguzgpguz（2分）则115.362.19/75.25.3)2/()/(2122212Hguzzgp可得23.11510009.8130558()()pPa表压（1分）或在截面2-2与截面3-3间列柏努利方程式：2222332322upupzzgggg（2分）因为p3=0(表压)，23zz，上式简化为：22222328.262.7522puu2228.262.751000303332app（1分）2、某车间热处理炉，炉膛温度为527oC，设有高为2m，宽为1.5m、黑度为0.75的铸铁炉门，车间室内温度为27oC。为减少其热损失，在炉门前50mm处放置一与炉门尺寸相同、黑度为0.15的铝板，试求放置铝板前后该热处理炉因热辐射而损失热量的减少量（黑体辐射系数C0按5.67W.m-2.K-4计算）。解：（1）放置铝板前，炉门为四壁所包围，12=1.0，s=1=0.75(1分)南京工业大学第4页共5页Q12=C01A1((T1/100)4-(T2/100)4)=5.670.7521.5(84-34)=9102.05W（3分）（2）放置铝板后，设铝板温度为T3,炉门和铝板可认为是两无限大平面间的相互辐射,所以，13=1.0，s=1/（1/1+1/3-1）=1/7（1分）则：Q13=C0sA1((T1/100)4-(T3/100)4)=5.671/721.5(84-(T3/100)4)（1分）铝板与四周墙壁的辐射传热量为：Q32=C03A3((T3/100)4-(T2/100)4)=5.670.1521.5((T3/100)4-34)（1分）稳定传热条件下：Q13=Q32，可解出，T3=672.02K，Q13=Q32=4997.2W（2分）（3）放置铝板前后该热处理炉因热辐射损失热量的减少量ΔQ＝Q12－Q13＝9102.05－4997.2＝4104.85W（2分）3、常压下以温度为20℃、相对湿度为60%的新鲜空气为介质，干燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到90℃后送入干燥器，离开时的温度为45℃、湿度为0.022kg/kg绝干气。每小时有1100kg温度为20℃、湿基含水量为3wt%的湿物料送入干燥器，物料离开干燥器时温度升到60℃、湿基含水量降到0.2%。湿物料的平均比热为3.28kJ/(kg绝干料·℃)。试求：（1）水分蒸发量W；（2）新鲜空气消耗量L0；（3）若风机装在预热器的新鲜空气入口处，求风机的风量。注：当t0=20℃、φ0=60%时，H0=0.009kg/kg绝干气。解：（1）蒸发量W其中（2）新鲜空气消耗量L0南京工业大学第5页共5页由于：t0=20℃、φ0=60%时，H0=0.009kg/kg绝干气，故：新鲜空气消耗量为：（3）风机的风量V∴4、在20C，1atm下,CO2气体透过厚为1mm的静止空气层向Na2CO3溶液中扩散。已知空气不溶于Na2CO3溶液，CO2在Na2CO3溶液面上可被迅速吸收(即相界面上CO2的浓度可忽略不计)，气相主体中CO2的摩尔分数为0.2,CO2在空气中20C时的扩散系数D为0.18cm2/s。试求在该系统中CO2的扩散速率为多少？解：本题为分子单向扩散，令CO2为A，空气为B。（1分）则NA＝（D/RT）（p/pBm）（pA1-pA2）（3分）pBm＝（pB1-pB2）/ln(pB2/pB1)（2分）经计算：D＝1.810-5m2/s，＝0.001m,pA1=20.27kPa,pA2=0,pB1=81.06kPa，pB2=101.325kPa，pBm＝90.8kPa（2分）将上述数据代入可得：NA＝1.6710-4kmol/(m2.s)（3分）