材料工程基础题集课件

材料工程基础题集课件12【例【例1-2】长度长度L=1m，直径，直径d=200mm水平放置的圆柱体，水平放置的圆柱体，置于内径置于内径D=206mm的圆管中以的圆管中以u=1m/s的速度移动，已的速度移动，已知间隙中油液的相对密度为知间隙中油液的相对密度为d=0.92，运动粘度，运动粘度=5.610-4 m2/s，求所需拉力，求所需拉力F为多少？为多少？【解解】间隙中油的密度为间隙中油的密度为动力粘度为动力粘度为 （kg/m3）（Pas）2【解】间隙中油的密度为动力粘度为 （kg/m3）23由牛顿粘性定律由牛顿粘性定律由于间隙很小，速度可认为是线性分布由于间隙很小，速度可认为是线性分布 （N）3由牛顿粘性定律（N）34习题习题1.与牛顿粘性定律直接有关的因素是：与牛顿粘性定律直接有关的因素是：A切应力和压强；切应力和压强；B切应力和剪切变形速度切应力和剪切变形速度C切应力和剪切变形；切应力和剪切变形；D切应力和流速切应力和流速2.为了了进行行绝缘处理理,将将导线从充从充满绝缘涂料的模具中涂料的模具中间拉拉过已知已知导线直径直径为.mm,涂料的粘度涂料的粘度.Pa.s,模具的直径模具的直径为.mm,长度度为mm,导线的的牵拉速度拉速度为m/s，试求所需的求所需的牵拉力。拉力。4习题1.与牛顿粘性定律直接有关的因素是：45习题一答案习题一答案1B2解：由牛顿粘性得解：由牛顿粘性得5习题一答案B52024/6/186 【例【例2-1】如图】如图2-16所示测量装置，活塞直径所示测量装置，活塞直径d=35，油的相对密度，油的相对密度d油油=0.92，水银的相对密度，水银的相对密度dHg=13.6，活塞与缸壁无，活塞与缸壁无泄漏和摩擦。当活塞重为泄漏和摩擦。当活塞重为15时，时，h=700，试计，试计算形管测压计的液面高算形管测压计的液面高差差h值。值。图2-16 2023/8/106 【例2-1】如图2-62024/6/187（）得h：【解】重物使活塞单位面积上承受的压强为 （Pa）列-面平衡方程2023/8/107（）得h：【解】重物使活塞单位面积72024/6/188 【例例2-2】如如图图2-17所所示示为为双双杯杯双双液液微微压压计计，杯杯内内和和形形管管内内分分别别装装有有密密度度1=l000 kg/m3和和 密密 度度2=13 600kg/m3的的两两种种不不同同液液体体，大大截截面面杯杯的的直直径径100mm，形形管管的的直直径径d=10mm，测测得得h=30mm，计计算算两两杯杯内内的的 压压 强强 差差 为为 多多 少少?图2-172023/8/108 【例2-2】如图2-82024/6/189=3709.6(pa)【解】列12截面上的等压面方程 而故2023/8/109=3709.6(pa)【解】列12截92024/6/1810例例3.1：左图为一水箱带一收缩圆锥喷嘴，水位：左图为一水箱带一收缩圆锥喷嘴，水位高高h。请判断下列说法是否正确：。请判断下列说法是否正确：（1）h为为常数时点为为常数时点2的加速的加速 度为零，点度为零，点1有迁移加速度；有迁移加速度；（2）h随时间变化时，随时间变化时，2点只点只 有当地加速度，点有当地加速度，点1既有当既有当 地加速度又有迁移加速度。地加速度又有迁移加速度。2023/8/1010例3.1：左图为一水箱带一收缩圆锥102024/6/1811 【例【例3.2】已知用拉格朗日变量表示得速度分布为已知用拉格朗日变量表示得速度分布为 ux=(a+2)e-2，uy=(b+2)e-2，且，且=0时，时，x=a，y=b。求（。求（1）=3时质点分布；（时质点分布；（2）a=2，b=2质点的运动规律；（质点的运动规律；（3）质点加速度。）质点加速度。【解】根据题意可得2023/8/1011 【例3.2】已知用拉格朗日变量112024/6/1812将上式积分，得 上式中c1、c2为积分常数。利用=0时，x=a，y=b得c1=-2，c2=-22023/8/1012将上式积分，得122024/6/1813 （1）将）将=3 代入上式代入上式 得得 （2）a=2，b=2时时 (3)(3)2023/8/1013 （1）将=3 代入上式 得132024/6/1814 【例【例3.3】在任意时刻，流体质点的位置是在任意时刻，流体质点的位置是x=52，其迹线，其迹线为双曲线为双曲线xy=25。质点速度和加速度在。质点速度和加速度在x和和y方向的分量为方向的分量为多少？多少？【解】【解】根据题意可得根据题意可得2023/8/1014 【例3.3】在任意时刻，流体142024/6/1815得2023/8/1015得152024/6/1816【例3.】给定速度场ux x，uyy，求 1时过（1，1）点的质点的迹线；过（1，1）点的流线。【解】由迹线微分方程2023/8/1016【例3.】给定速度场ux x162024/6/1817积分得当1时，过（x，y）=（1，1）的质点有c13/e，c2e。故此质点的迹线方程为2023/8/1017积分得当1时，过（x，y）=（1172024/6/1818 由此例可知，流线与迹线是不一致的。当=1时，此流线方程为故此流线方程为过（1，1）空间点有 由流线方程积分得2023/8/1018 由此例可知，流线与迹线是不一18解：先计算炉壁的平均温度解：先计算炉壁的平均温度例：例：设某窑炉的耐火某窑炉的耐火砖壁厚壁厚0.5m，内壁面温度，内壁面温度为1000，外壁面温度，外壁面温度为0，耐火，耐火砖的的导热系数系数=1.16(1+0.001t)W/(m.)。试求通求通过炉壁的炉壁的热流密度流密度q。然后根据平均温度算导热系数平均值：然后根据平均温度算导热系数平均值：再根据算热流密度：再根据算热流密度：解：先计算炉壁的平均温度例：设某窑炉的耐火砖壁厚0.5m，内19【例题【例题3.1】一双层玻璃窗，宽】一双层玻璃窗，宽1.1 m，高，高1.2 m，厚，厚3 mm，导热系数为，导热系数为1.05 W/(mK)；中间空气层厚中间空气层厚5 mm，设空气隙仅起导热作，设空气隙仅起导热作用，导热系数为用，导热系数为2.6010-2 W(mK)。室内。室内空气温度为空气温度为25。表面传热系数为。表面传热系数为20 W/(m2K)；室外空气温度为；室外空气温度为-10，表面传，表面传热系数为热系数为15 W/(m2K)。试计算通过双层玻。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。热系数相同。【例题3.1】一双层玻璃窗，宽1.1 m，高1.2 m，厚320解 (1)双层玻璃窗：解 (1)双层玻璃窗：21 (2)(2)单层玻璃窗情形：单层玻璃窗情形：单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的2.62.6倍。倍。(2)单层玻璃窗情形：单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的22【例题【例题3.2】一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组】一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组成。最里面是耐火粘土砖，厚成。最里面是耐火粘土砖，厚115mm；中间；中间是是B级硅藻土砖，厚级硅藻土砖，厚125 mm；最外层为石棉；最外层为石棉板，厚板，厚70mm。已知炉墙内、外表面温度分。已知炉墙内、外表面温度分别为别为495和和60，试求每平方米炉墙每小，试求每平方米炉墙每小时的热损失及耐火粘土砖与硅藻土砖分界面时的热损失及耐火粘土砖与硅藻土砖分界面上的温度。上的温度。【例题3.2】一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组成。最里面是耐火23解解 l=115 mm，2=125 mm，3=70 mm。各层的导热系数可根据估计的平。各层的导热系数可根据估计的平均温度从附录中查出。均温度从附录中查出。k1=1.12 W/(mK)k2=0.116 W/(mK)k3=0.116 W/（mK)解 l=115 mm，2=125 mm，3=70 24 （W/mW/m2 2)2 2 耐火粘土砖与硅藻土砖分界面的温度耐火粘土砖与硅藻土砖分界面的温度 （）1 1 每平方米炉墙每小时的热损失每平方米炉墙每小时的热损失 （W/m2)2 耐火粘土砖与硅藻25例题例题4-14-1，求下列图形中的角系数，求下列图形中的角系数解：解：例题4-1，求下列图形中的角系数解：26 例题例题2-5 两无限大平行平面，其表面温度分别两无限大平行平面，其表面温度分别为为20 及及600，辐射率均为，辐射率均为0.8。试求这两块。试求这两块平行平面的（平行平面的（1）本身辐射；（）本身辐射；（2）投射辐射；）投射辐射；3）有效辐射。）有效辐射。【解解】（1 1）两物体的本身）两物体的本身辐射射为=334.66(w/m=334.66(w/m2 2)=26370(w/m=26370(w/m2 2)例题2-5 两无限大平行平面，其表面温度分别为227（2 2）物体的有效）物体的有效辐射是本身射是本身发射射辐射与反射射与反射辐射之和，即射之和，即对于两个无限大平等平板，一板的有效于两个无限大平等平板，一板的有效辐射必然全部投射到二射必然全部投射到二板上，反之亦然。即板上，反之亦然。即 同理同理 （2）物体的有效辐射是本身发射辐射与反射辐射之和，即对于两个28（3 3）有效辐射有效辐射(w/m(w/m2 2)(w/m(w/m2 2)（3）有效辐射(w/m2)(w/m2)29 例题例题2-6两无限长套管，内管和外管的两无限长套管，内管和外管的温度分别是温度分别是527和和27，辐射率均为，辐射率均为0.8，内管以热辐射形式传给外管的热量，内管以热辐射形式传给外管的热量是是1060W/m，内管直径是，内管直径是20mm，求：，求：外管直径为多少？外管直径为多少？例题2-6两无限长套管，内管和外管的温度分别是5230【解解】内管向外管的内管向外管的辐射面射面积外管向内管的外管向内管的辐射面射面积内管内管辐射射给外管的外管的热量量为【解】内管向外管的辐射面积外管向内管的辐射面积内管辐射给外管31单位位长度内管度内管辐射射给外管的外管的热量量为 由已知由已知 单位长度内管辐射给外管的热量为由已知 32代入上式代入上式 解得解得0.051m=51mm0.051m=51mm。代入上式 解得0.051m=51mm。33 【例【例2-7】某窑炉壁内层为耐火粘土砖，外层】某窑炉壁内层为耐火粘土砖，外层为红砖，已知炉壁内表面温度为为红砖，已知炉壁内表面温度为1000，外，外表面温度要求不得超过表面温度要求不得超过80，并要求尽量多，并要求尽量多用红砖少用耐火砖。已知耐火砖的导热系数用红砖少用耐火砖。已知耐火砖的导热系数kt=0.698+0.6410-3t(w/m.K)，红砖的导热系，红砖的导热系数数kt=0.465+0.5110-3t(w/m.K)，红砖最高使，红砖最高使用温度为用温度为600，红砖看作黑体，环境温度为，红砖看作黑体，环境温度为20，炉壁表面向环境的对流换热系数为，炉壁表面向环境的对流换热系数为7.13(w/m2.K)，求二层材料的最小厚度。，求二层材料的最小厚度。【例2-7】某窑炉壁内层为耐火粘土砖，外层为红砖，已知炉34k1k2【解】平均导热系数计算耐火砖红砖 热流量为 =890.32（w/m2）(w/m.K)(w/m.K)k1k2【解】平均导热系数计算耐火砖红砖 热流量为 35计算两层材料的厚度 同理计算两层材料的厚度 36 【例【例2-8】热水管内径】热水管内径d2=150mm，外径，外径d1=160mm，热水平均温度为，热水平均温度为90，周围空，周围空气温度为气温度为20，管内表面的复合换热系数，管内表面的复合换热系数h2=1200W/m2.K，管外表面的复合换热系数，管外表面的复合换热系数h1=15W/m2.K，管壁导热系数，管壁导热系数k=60W/m.K，管外表面辐射率管外表面辐射率=0.90。试求：试求：(1)热水管每米长散热损失热水管每米长散热损失q1;(2)管外表面的辐射换热系数管外表面的辐射换热系数hr1和和 对流换热系数对流换热系数hc1。【例2-8】热水管内径d2=150mm，外径d1=16037【解】（1）单位长度管壁总传热量计算 =519.92（w/m）【解】（1）单位长度管壁总传热量计算 38外表面温度 对流换热系数辐射换热系数辐射热量外表面温度对流换热系数辐射换热系数辐射热量39习习 题题 七七1 两无限大的平行平面，表面温度分别为两无限大的平行平面，表面温度分别为1000和和100100，黑度为，黑度为0.80.8，试求：，试求：A A 这两块平行平面的（这两块平行平面的（1 1）本身辐射；）本身辐射；（2 2）投射辐射；（）投射辐射；（3 3）有效辐射；）有效辐射；（4 4）净辐射热量。）净辐射热量。B B 如果安放一块黑度为如果安放一块黑度为0.80.8的遮热板，试的遮热板，试求这两无限大平行平面间的净辐射热量。求这两无限大平行平面间的净辐射热量。习 题 七1 两无限大的平行平面，表面温度分别为100040 某医院供暖管内径某医院供暖管内径d2=160mm，外径，外径d1=200mm，管内热水平均温度为，管内热水平均温度为96，周，周围空气温度为围空气温度为5，管内表面的复合换热系数，管内表面的复合换热系数h2=1250W/m2.K，管外表面的复合换热系数，管外表面的复合换热系数h1=20W/m2.K，管壁导热系数，管壁导热系数k=80W/m.K，管外表面辐射率管外表面辐射率=0.80。试求：试求：(1)供暖管每米长散热损失供暖管每米长散热损失q1;(2)管外表面的辐射换热系数管外表面的辐射换热系数hr1和和 对流换热系数对流换热系数hc1。习习 题题 八八 某医院供暖管内径d2=160mm，外径d1=200mm41例4-1 已知空气的干球温度30，湿球温度为25，大气压强p=99.32kPa,试求空气的绝对湿度、相对湿度、水蒸汽分压、湿含量、热焓、露点和干空气的分压。解:查表得30 饱和水蒸汽分压为Ps=4.243kPa,饱和绝对湿度为:例4-1 已知空气的干球温度30，湿球温度为25 42空气的绝对湿度为:空气的相对湿度查表可知为:66%水蒸汽的分压为:空气的绝对湿度为:空气的相对湿度查表可知为:66%水蒸汽的43空气的湿含量为:干空气空气的热焓为:干空气空气的湿含量为:干空气空气的热焓为:干空气44露点对应饱和水蒸汽分压为由表5-1可查出，对应露点为干空气的分压为：露点对应饱和水蒸汽分压为由表5-1可查出，对应露点为干空气的45