传输原理课后习题答案.docx

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1、第二章 流体静力学吉泽升版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外表力两种。质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小及质量成正比，由加速度产生，及质点外的流体无关。而外表力是指作用在流体外表上的力，大小及面积成正比，由及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由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。 2-3写出流体静力学根本方程式，并说明其能量意义和几何意义。解:流体静力学根本方程为：同一静止液体中单位重量液体

2、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。 2-4如图2-22所示，一圆柱体d，质量M50在外力F520N的作用下压进容器中，当时到达平衡状态。求测压管中水柱高度H 解：由平衡状态可知：代入数据得m 盛水容器形状如下图。，h2，h3，h4，h5。求各点的表压强。解：表压强是指：实际压强及大气压强的差值。2-6两个容器A、B充满水，高度差为a0为测量它们之间的压强差，用顶部充满油的倒U形管将两容器相连，如下图。油的密度油=900m3，h，a。求两容器中的压强差。解：记中心高度差为a，连接器油面高度差为h，B球中心及油面高度差为b；由流体静力学公式知：2-

3、8一水压机如下图。大活塞直径D，小活塞直径5，杠杆臂长a15，b，活塞高度差h1m。当施力F198N时，求大活塞所能克制的载荷F2。解：由杠杆原理知小活塞上受的力为F3：由流体静力学公式知：F22-10水池的侧壁上，装有一根直径d的圆管，圆管内口切成a45的倾角，并在这切口上装了一块可以绕上端铰链旋转的盖板，2m，如下图。如果不计盖板自重以及盖板及铰链间的摩擦力，问开起盖板的力T为假设干(椭圆形面积的a34)解：建立如下图坐标系，o点在自由液面上，y轴沿着盖板壁面斜向下，盖板面为椭圆面，在面上取微元面,纵坐标为y，淹深为 * ,微元面受力为板受到的总压力为盖板中心在液面下的高度为 20045

4、盖板受的静止液体压力为9810*2.3* 压力中心距铰链轴的距离为 ：0.6m,由理论力学平衡理论知，当闸门刚刚转动时，力F和T对铰链的力矩代数和为零，即：故2-14有如下图的曲管。段长L1，45，垂直放置，B端封闭，管中盛水，其液面到O点的距离L2，此管绕轴旋转。问转速为多少时，B点的压强及O点的压强一样段中最低的压强是多少位于何处解：盛有液体的圆筒形容器绕其中心轴以等角速度旋转时，其管内相对静止液体压强分布为：以A点为原点，为Z轴建立坐标系O点处面压强为B处的面压强为其中：为大气压。当时中的任意一点的压强为对上式求P对r的一阶导数并另其为0得到，即中压强最低点距O处 代入数据得最低压强为1

5、03060第三章习题吉泽升版某流场速度分布为 ，试求过点(3，1，4)的流线。解：由此流场速度分布可知该流场为稳定流，流线及迹线重合，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：试判断以下平面流场是否连续解：由不可压缩流体流动的空间连续性方程3-19，20知： ， 当0，1，或 0，1，2，时连续。三段管路串联如下图，直径d1=100 ，d2=50，d325，断面平均速度v310，求v12，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， 故： 质量流量为：水从铅直圆管向下流出，如下图。管直径d110 ，管口处的水流速度，试求管口下方h2m处的水流

6、速度v2，和直径d2。解：以下出口为基准面，不计损失，建立上出口和下出口面伯努利方程： 代入数据得：由 得水箱侧壁接出一直径D的管路，如下图。h1，h2=3.0m,不计任何损失，求以下两种情况下A的压强。(1)管路末端安一喷嘴，出口直径；(2)管路末端没有喷嘴。解：以A面为基准面建立水平面和A面的伯努利方程： 以B面为基准，建立面伯努利方程：1当下端接喷嘴时， 解得, 2当下端不接喷嘴时， 解得如下图，用毕托管测量气体管道轴线上的流速，毕托管及倾斜(酒精)微压计相连。200，75，酒精细度1=800m3，气体密度23；1.2v(v为平均速度)，求气体质量流量。解：此装置由毕托管和测压管组合而成

7、，沿轴线取两点，A(总压测点，测静压点为B，过两点的断面建立伯努利方程有： 其中, 0,此时A点测得的是总压记为*，静压为不计水头损失，化简得由测压管知：由于气体密度相对于酒精很小，可忽略不计。由此可得气体质量流量:代入数据得如下图，一变直径的管段，直径，高差，用压强表测得7x104，4x104，用流量计测得管中流量12m3，试判断水在管段中流动的方向，并求损失水头。解:由于水在管道内流动具有粘性，沿着流向总水头必然降低，故比拟A和B点总水头可知管内水的流动方向。即：管内水由A向B流动。以过A的过水断面为基准，建立A到B的伯努利方程有：代入数据得，水头损失为4m第九章 导 热1. 对正在凝固的

8、铸件来说，其凝固成固体局部的两侧分别为砂型无气隙及固液分界面，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 0时()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3的水垢，其热导率为1(m )。及水相接触的水垢层外表温度为111 。通过锅底的热流密度q为424002，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，由公式9-11知111， 得 =238.2 4. 有一厚度为20的平面墙，其热导率为(m)。为使墙的每

9、平方米热损失不超过1500W，在外侧外表覆盖了一层为0.1 (m)的隔热材料，复合壁两侧外表温 度分布750 和55 ，试确定隔热层的厚度。解：由多层壁平板导热热流密度计算公式9-14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160和170，管外覆盖厚度为80的石棉隔热层，管壁和石棉的热导率分别为1(m)，2(m)。管道内外表温度为240 ，石棉层外表温度为40 ，求每米长管道的热损失。解：由多层壁圆管道导热热流量公式9-22知 ,所以每米长管道的热损失为7解：查表8. 外径为100的蒸汽管道覆盖隔热层采有密度为203的超细玻璃棉毡，蒸汽管外壁温度为400，要求隔热层外

10、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： 查附录C知超细玻璃棉毡热导率 由圆筒壁热流量计算公式9-20知：得 而 得出 9. 解： 10. 在如图9-5所示的三层平壁的稳态导热中，已测的t123及t4分别为600，500，200及100，试求各层热阻的比例解：根据热阻定义可知而稳态导热时各层热流量一样，由此可得各层热阻之比为 =100：300：100 =1：3：111题略 解：参考例9-6查表，代入式得 12液态纯铝和纯铜分别在熔点铝660，铜1083浇铸入同样材料构成的两个砂型中，砂型的密实度也一样。试问两个砂型的蓄热系数哪个大？为什么？答：此题为讨论题，砂

11、型的蓄热系数反映的是材料的蓄热能力，综合反映材料蓄热和导热能力的物理量，取决于材料的热物性。 两个砂型材料一样，它们的热导率和比热容c及紧实度都一样，故两个砂型的蓄热系数一样大。 注：铸型的蓄热系数及所选造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度及冷铁等因素有关！ 考虑温度影响时，浇注纯铜时由于温度较纯铝的高，砂型的热导率会增大，比热和密度根本不变，从而使得砂型蓄热系数会有所增大13试求高，宽且很长的矩形截面铜柱体放入加热炉内一小时后的中心温度。：铜柱体的初始温度为20，炉温1020，外表传热系数m2，m，=7803。解：此题为二维非稳态导热问题，参考例9.8 ，可看成两块无限大平板导热求解

12、，铜柱中心温度最低，以其为原点，以两块平板法线方向为坐标轴，分别为x，y轴。那么有：热扩散率查9-14得，钢镜中心的过余温度准那么为中心温度为=0.036*293-1293+1293 =125798415一含碳量0.5%的曲轴，加热到600后置于20的空气中回火。曲轴的质量为，外表积为8702，比热容为(),密度为78403，热导率为42(m)，冷却过程的平均外表传热系数取为(m2)，问曲轴中心冷却到30所经历的时间。原题有误解：当固体内部的导热热阻小于其外表的换热热阻时，固体内部的温度趋于一致，近似认为固体内部的温度t仅是时间的一元函数而及空间坐标无关，这种忽略物体内部导热热阻的简化方法称为

13、集总参数法。 通常，当毕奥数时，采用集总参数法求解温度响应误差不大。对于无限大平板1，无限长圆柱1/2，球体1/3。特性尺度为。经上述验算此题可以采用此方法计算温度随时间的依变关系。参阅杨世铭编传热学第二版，P105-106,公式3-29其中F为外表积， 为传热系数， 为时间，为流体温度， V为体积。代入数据得：s 第十章 对流换热1. 某窖炉侧墙高3m，总长12m，炉墙外壁温t 170。周围空气温度t 30，试求此侧墙的自然对流散热量热流量注：原答案计算结果有误，已改正。解：定性温度 定性温度下空气的物理参数： ， ，特征尺寸为墙高 3m .那么：故 为 湍 流。查表10-2，得 ， 2.

14、一根10的金属柱体，从加热炉中取出置于静止的空气中冷却。试问：从加速冷却的目的出发，柱体应水平还是竖直放置辐射散热一样？试估算开场冷却的瞬间两种情况下自然对流外表传热系数之比均为层流解：在开场冷却的瞬间，可以设初始温度为壁温，因而两种情形下壁面温度一样。水平放置时，特征尺寸为柱体外径；竖直放置时，特征尺寸为圆柱长度，Ld 。近似地采用稳态工况下获得的准那么式来比拟两种情况下自然对流外表传热系数，那么有： (1) 水平放置. , , (2) 竖直放置. , 由此可知：对给定情形，水平放置时冷却比拟快。所以为了加速冷却，圆柱体应水平放置。3. 一热工件的热面朝上向空气散热。工件长500，宽200，

15、工件外表温度220，室温20，试求工件热面自然对流的外表传热系数对原答案计算结果做了修改解：定性温度 定性温度下空气的物理参数： ， 特征尺寸， 热面朝上： 故为湍流。查表得 ， 4. 上题中假设工件热面朝下散热，试求工件热面自然对流外表传热系数解：热面朝下： , 层流，查表得 5. 有一热风炉外径7m，高42m，当其外外表温度为200，及环境温度之差为40，求自然对流散热量原答案缺少最后一步，已添加解：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，那么特征尺寸为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的空气及水到达临界雷诺数

16、各自所需的板长，取流速1计算，平板外表温度100原答案计算有误，已修改解：定性温度为(1).对于空气查附录计算得 (2). 对于水那么有 ： 8. 在稳态工作条件下，20的空气以10的速度横掠外径为50，管长为3m的圆管后，温度增至40。横管内匀布电热器消耗的功率为1560W，试求横管外侧壁温原答案定性温度计算有误，已修改解： 采用试算法 假设管外侧壁温为60，那么定性温度为 查表得 ， 即: 及假设不符，故重新假设，设壁温为.那么定性温度 查表得 ， ， ， ，即： 及假设温度误差小于5%，是可取的。即壁面温度为.10. 压力为1.013*105的空气在内径为76的直管内强制流动，入口温度为

17、65，入口体积流量为3，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，查查附录F得 为旺盛湍流。由于流体温差较大应考虑不均匀物性的影响，应采用实验准那么式10-23或24计算 即 质量流量散热量 因为，所以需要进展入口段修正。入口段修正系数为所需管长：11. 解：12管内强制对流湍流时的换热，假设一样，在30条件下水的外表传热系数比空气的高多少倍？解：定性温度 查附录D得到: 查附录F得到： 为湍流，故一样 在该条件下，水的外表传热系数比空气高倍。第十一章 辐射换热1 100W灯泡中钨丝温度为2800K，发射率为。1假设96%的热量

18、依靠辐射方式散出，试计算钨丝所需要最小面积；2计算钨丝单色辐射率最大时的波长解：1 钨丝加热发光, 按黑体辐射发出连续光谱，将数据代入为：A1=9.2*10-52由维恩位移定律知，单色辐射力的峰值波长及热力学温度的关系 ，当2800k时，=1.034*10-6m3. 一电炉的电功率为1，炉丝温度为847，直径为1，电炉的效率辐射功率及电功率之比为，炉丝发射率为，试确定炉丝应多长？解：由黑度得到实际物体辐射力的计算公式知：4. 试确定图11-28中两种几何构造的角系数X12 解：由角系数的分解性得：由角系数的相对性得： 所以对于外表B和1，、2时，,查表得，对于外表B和A，1，,查表得，所以，。

19、对外表2和1，2，,查表得。对于外表(2)1, ,查表得,所以，由角系数的分解性, ，对外表2和A，1，1，,查表得。对面2和1，1，2， ，查表得，代入数据得，所以5两块平行放置的大平板的外表发射率均为，温度分别为t1=527和t2=27，板的间距远小于板的宽及高。试计算1板1的本身辐射2对板1的投入辐射3板1的反射辐射4板1的有效辐射5板2的有效辐射6板1及2的辐射换热量解：由于两板间距极小，可视为两无限大平壁间的辐 射换热，辐射热阻网络如图，包括空间热阻和两个表 面辐射热阻。 =，辐射换热量计算公式为 11-29其中J1和J2为板1和板2的有效辐射，将上式变换后得故：1板1的本身辐射为

20、2对板1的投入辐射即为板2的有效辐射 3板1的反射辐射为， 1=1- =0.2 ,4板1的有效辐射为 5板2的有效辐射为 6由于板1及2间的辐射换热量为： 6. 设保温瓶的瓶胆可看作直径为10高为26的圆柱体，夹层抽真空，夹层两内外表发射率都为。试计算沸水刚注入瓶胆后，初始时刻水温的平均下降速率。夹层两壁壁温可近似取为100及20解：，代入数据得w，而，查附录知100 水的物性参数为代入数据得7. 两块宽度为W，长度为L的矩形平板，面对面平行放置组成一个电炉设计中常见的辐射系统，板间间隔为S，长度L比W和S都大很多，试求板对板的角系数解：参照例11-1作辅助线和，代表两个假想面，及、组成一个封

21、闭腔，根据角系数完整性：，同时可把图形看成两个由三个外表组成的封闭腔，对的角系数8. 一电炉内腔如图11-29所示，顶面1的温度t1=30，侧面2有阴影线的面的温度为t2=250，其余外表都是重辐射面。试求L11和2两个面均为黑体时的辐射换热量；21和2两个面为灰体1，2时的辐射换热量解：将其余四个面看成一个面从而构成一个由三个外表组成的封闭系统当1、2两个面均为黑体，另一个外表绝热，系统网络 图如下 先求1对2的角系数：4,查表得，代入数据得 为J1、J2之间的当量热阻， w负号表示热量由2传导12当1、2面为灰体，另一外表为绝热面，系统网络图如下 负号表示热量从2面传向1面。9. 直径为的球壳内充满N2，2，和水蒸气H2O组成的混合气体，其温度t 527。组成气体的分压力分别为2=1.013*105，2=0.608*105，20.441*105，试求混合气体的发射率g 解：为透明体，无发射和吸收辐射的能力。射程， 混合气体的温度及和值查图11-24和11-26得 ， 计算参量/2=(2.062+0.441)/(+(+)(0.441+0.608) 分别从图11-25，11-27查得： 把以上各式代入公式