东北大学2021年9月《金属学与热处理基础》作业考核试题及答案参考10

东北大学2021年9月金属学与热处理基础作业考核试题及答案参考1. 纯物质不可能由蒸气直接变成固体而不经过液相。纯物质不可能由蒸气直接变成固体而不经过液相。此题为判断题(对，错)。正确答案：如碘蒸气可以直接凝华成固体，反之也可以2. 在下列三种钢中，( )钢的硬度最高。A.T10钢B.20钢C.65钢参考答案：A3. 回火是将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。( )A、错误B、正确参考答案：B4. 简述煤的工业分析成分与元素分析成分的关系。简述煤的工业分析成分与元素分析成分的关系。(1)煤的工业分析成分包括固定碳、挥发分、水分、灰分。 (2)煤的元素分析成分包括水分、灰分、碳、氢、氧、氮、硫。 (3)工业分析成分与元素分析成分的关系：元素分析的碳元素的一部分以及全部的氢、氧、氮、硫元素全部包括在工业分析的挥发分中，其余的碳元素以工业分析的固定碳形式存在。 5. 铸造铝合金包括( )。A.铝硅铸造铝合金B.铝铜铸造铝合金C.铝镁铸造铝合金D.铝锌铸造铝合金参考答案：ABCD6. 钛合金按其使用组织状态的不同可分为( )。A.型钛合金B.型钛合金C.型钛合金D.(+)型钛合金参考答案：ABD7. 已知，中压锅炉的压力p=3.9MPa，主蒸汽温度t1=450，给水温度tgs=150，已知条件列于下表。计算该压力下水蒸气热已知，中压锅炉的压力p=3.9MPa，主蒸汽温度t1=450，给水温度tgs=150，已知条件列于下表。计算该压力下水蒸气热力循环过程中过热水蒸气加热过程的Pr并对计算结果进行分析与讨论。3.9MPa锅炉的过热蒸汽特性参数t()u10-6kg/(ms)cpkJ/(kgK)10-3W/(mK)t()u10-6kg/(ms)cpkJ/(kgK)10-3W/(mK)25017.513.91050.936022.612.44755.026018.003.47150.437023.052.41855.927018.483.21250.338023.502.39356.828018.953.03250.339023.942.37357.729019.422.89750.640024.372.35558.730019.892.78950.941024.812.34159.731020.352.70351.442025.242.32860.832020.812.63152.043025.672.31861.833021.262.57252.744026.102.31062.934021.722.52353.445026.532.30364.035022.162.48254.2将上表所列数据代入Pr的表达式得到计算结果汇总于下表。 3.9MPa过热蒸汽的Pr t()Prt()Prt()Prt()Pr2501.3453101.0693700.9984300.9622601.2393201.0533800.9914400.9582701.1803301.0393900.9844500.9542801.1413401.0274000.9772901.1123501.0154100.9723001.0893601.0064200.967(1)3.9MPa的过热蒸汽的Pr随着温度的提高而降低。 (2)3.9MPa过热蒸汽的Pr接近于1.1。 (3)由3.9MPa锅炉的过热蒸汽特性参数表可知，3.9MPa过热蒸汽的动力黏度随着温度的升高逐渐提高。 (4)由3.9MPa锅炉的过热蒸汽特性参数表可知，3.9MPa过热蒸汽的比定压热容随着温度的升高逐渐下降。 (5)由3.9MPa锅炉的过热蒸汽特性参数表可知，3.9MPa过热蒸汽的导热系数随着温度的升高逐渐提高。 8. 欲设计一台空气冷却器，空气在壳侧流动，空气进口温度为，出口温度为，进口处空气体积流量4.68m3/s，平均定压比欲设计一台空气冷却器，空气在壳侧流动，空气进口温度为，出口温度为，进口处空气体积流量4.68m3/s，平均定压比热C1=1009J/(kgK)。冷却水在管内流动，进口水温，出口水温。为了强化传热，采用铜质环肋的肋片管，其基管外径do=26mm，壁厚=1mm，肋化系数(加肋后肋片侧总表面积与该侧未加肋时的表面积之比)=9.6，肋面总效率0=0.91，材料导热系数=398W/(mK)。该冷却器的总管数为108根，水侧流程数为4，空气侧流程数为1。空气与冷却水的流动方向相反。已知空气侧表面传热系数ho=206W/(mK)。试求：查空气物性，得110时，=0.922kg/m3。 空气质量流量：m2=4.680.922=4.315kg/s 冷却水质量流量： 传热量：$冷却水流速： 流动状态为紊流：Nuf=0.023Ref0.8Prfn=0.023244000.84.86500.4=140.11 纯逆流时， 这是两侧流体均不混合的情况，按P、R值，查得t=0.99 管壳换热器中温差：tm=0.9931.41=31.1 管中光壁侧面积A1，圆管外加肋片时的传热量为： 上式变换： 整理得： =8.153m2 9. 材料的冲击韧度越大，其韧性就越差。( )A、错误B、正确参考答案：A10. 08F牌号中，08表示其平均碳的质量分数为( )。A.0.08%B.0.8%C.8%参考答案：A11. 已知钢球磨煤机的最佳钢球充满系数zj=0.12/(n/nlj)1.75，最佳转速与临界转速之间的关系为nzj/nlj=0.740.8。已知钢球磨煤机的最佳钢球充满系数zj=0.12/(n/nlj)1.75，最佳转速与临界转速之间的关系为nzj/nlj=0.740.8。假定钢球磨煤机工作在最佳转速下，试计算钢球磨煤机的最佳钢球充满系数并对计算结果进行分析与讨论。以0.01为步长，将nzj/nlj=0.740.8代入 得到计算结果汇总于下表。 最佳钢球充满系数与nzj/nlj的关系 nzj/nij zj nzj/nij zj 0.74 0.203 0.78 0.185 0.75 0.199 0.79 0.181 0.76 0.194 0.8 0.177 0.77 0.190 (1)从上表可知，最佳转速与临界转速的比值越高，最佳钢球充满系数越小。 (2)钢球磨煤机的出力越大，简体直径D越大，临界转速越小。临界转速越小，最佳转速与临界转速的比值越高，最佳钢球充满系数越小。因此大型钢球磨煤机的单位容积的钢球装载量会有所下降。 12. 试定性讨论纯液体在等压平衡汽化过程中，摩尔性质M(=V、S、G)随T的变化试定性讨论纯液体在等压平衡汽化过程中，摩尔性质M(=V、S、G)随T的变化正确答案：下图中Tb是系统压力下的沸点。rn下图中Tb是系统压力下的沸点。13. 气焊中焊接火焰有哪几种形式?( )A、中性焰B、氧化焰C、氮化焰D、碳化焰参考答案：ABD14. ( )是测量流速的仪器。A.毕托管B文丘里流量计C浮子法D旋浆流速仪参考答案：ACD15. 已知某台400t/h锅炉汽包长度L=14.480m，内径dn=1.400m，壁厚=0.080m，汽包内构件质量为汽包筒身质量的8.15%。已知某台400t/h锅炉汽包长度L=14.480m，内径dn=1.400m，壁厚=0.080m，汽包内构件质量为汽包筒身质量的8.15%。正常水位在汽包几何中心线以下50mm，汽包压力为10.5MPa。汽包的金属质量为Mqb=48353kg，汽包中水的质量为Mw=7667kg，汽包钢材的比热容为0.46kK/(kgK)。假定汽包压力突然下降0.5MPa，计算该锅炉汽包的会有多少千克水被蒸发?并对计算结果进行分析与讨论。查饱和水性质表，得到10MPa饱和水的焓h2=1407.87kJ/kg，饱和温度t2=311，10.5MPa饱和水的焓h1=1429.27kJ/kg，饱和温度t1=314.61。 (1)饱和水闪蒸放出的热量 Q1=Mw(h1-h2)=164074(kj) 查饱和水性质表，10MPa饱和水的汽化潜热r=2725.47-1407.87=1317.6(kJ/kg)。 假定汽包金属的一半质量参与了降温过程，降温幅度为t=314.61-311=3.61()。 (2)金属的吸热量 (3)闪蒸的水量 (1)400t/h锅炉满负荷运行时(BRL)蒸汽压力降低0.5MPa，会使汽包中的水蒸发94.1kg，相当于原始水量的1.23%。 (2)400t/h锅炉满负荷运行时(BRL)蒸汽压力降低0.5MPa，会引起汽包中的水的蒸发和汽包下半部分温度的下降。因此会使汽包产生热应力，同时会使汽包向上弯曲，因此压力下降的幅度不能太大。 (3)汽包锅炉压力突然降低会引起汽水共腾现象，这会进一步导致虚假水位的出现，因此当锅炉降低压力时，压力降低的幅度不能太大。 16. 零件渗碳后，一般需经( )处理，才能达到表面高硬度和高耐磨性要求。A.淬火+低温回火B.正火C.调制参考答案：A17. 分析燃烧煤需要的实际烟气量煤的发热量与元素分析和工业分析成分之间的换算关系。分析燃烧煤需要的实际烟气量煤的发热量与元素分析和工业分析成分之间的换算关系。由式 Vy=Vy0+1.0161(-1)Vom3/kg(标准状态下) 由上式可见： (1)煤的发热量越高，理论空气量越大，实际烟气量越大。 (2)煤的挥发分含量越低，理论烟气量越大，实际烟气量越大。 (3)煤的挥发分含量越低，过量空气系数越大，实际烟气量越大。 18. 根据过量空气系数与氧气浓度的关系表数据计算锅炉空气预热器烟气出口处的空气焓和烟气焓。根据过量空气系数与氧气浓度的关系表数据计算锅炉空气预热器烟气出口处的空气焓和烟气焓。假设空气预热器烟气出口处的过量空气系数：无烟煤，1.38；贫煤，1.31;烟煤，1.28;洗中煤，1.39;褐煤，1.41。飞灰份额afh=0.95 理论空气焓 Hko=Vo(ct)kkJ/kg 实际空气焓 Hk=Vo(ct)kkJ/kg 理论烟气焓 Hyo=VRO2(c)RO2+VN2o(c)N2+VH2Oo(c)H2OkJ/kg 飞灰焓 烟气焓 Hy=Hyo+(-1)Hko+HfhkJ/kg 按照烟气成分分类 烟气中氧气的焓 HO2o=VO2(ct)O2=0.21(-1)Vo(c)O2kJ/kg 烟气中氮气的焓 HN2=HN2o+0.79(-1)Vo(C)N2kJ/kg 烟气中水蒸气的焓 HH2O=HH2Oo+0.0161(-1)Vo(c)H2OkJ/kg 三原子气体焓 HRO2=VRO2(c)RO2kJ/kg 烟气焓 Hy=HO2+HN2+HH2O+HRO2+HfhkJ/kg 将已知条件代入上述各式，计算结果见下表。 国内主要动力煤的烟气焓(空气预热器烟气出口处)(kJ/kg) 序号 煤种 HN2 HRO2 HH2O HO2 Hfh Hy 1 京西无烟煤 1276 311 84 95 25 1791 2 阳泉无烟煤 1359 317 114 102 21 1912 3 焦作无烟煤 1273 303 101 95 23 1795 4 萍乡无烟煤 1228 278 126 92 27 1751 5 金竹山无烟煤 1267 300 103 95 24 1790 6 西山贫煤 1265 312 110 81 22 1789 7 淄博贫煤 1248 301 114 80 25 1767 8 芙蓉贫煤 1172 290 102 75 25 1663 9 抚顺烟煤 1095 261 164 65 16 1602 10 阜新烟煤 906 223 139 54 25 1346 11 开滦烟煤 1130 268 131 67 31 1627 12 大同烟煤 1349 328 146 80 13 1916 13 新汶烟煤 1170 282 140 69 21 1683 14 徐州烟煤 1199 290 152 71 15 1727 15 淮南烟煤 1149 279 138 68 22 1655 16 义马烟煤 905 229 142 54 18 1348 17 平顶山烟煤 1112 267 132 66 28 1605 18 开滦洗中煤 959 214 117 73 38 1401 19 龙凤洗中煤 897 197 141 68 33 1336 20 鹤岗洗中煤 913 204 121 69 38 1346 21 元宝山褐煤 785 181 146 62 23 1197 22 丰广褐煤 724 161 151 57 28 1122 由上表可知： (1)烟气焓以氮气焓为主，其次依次为三原子气体的焓、水蒸气的焓、氧气的焓、飞灰的焓，个别煤种的计算结果与上述规律略有出入。 (2)即便是灰分很高的褐煤，烟气焓中飞灰焓的比例也很低。作为判据忽略飞灰焓不会引起烟气焓计算结果的较大误差。为了更加直观地说明这个问题，将上表的结果进行数据处理得到下表。由下表可知，飞灰焓在烟气焓中的比例不会超过2.82%。将表3-9绘制成图3-2，可以直观地看出烟气焓中飞灰焓的比例很低。 国内主要动力煤的烟气焓构成(空气预热器烟气出口处) (%) 序号 煤种 rN2 rRO2 rH20 r02 rfh r 1 京西无烟煤 71.24 17.37 4.67 5.33 1.39 100 2 阳泉无烟煤 71.08 16.56 5.96 5.31 1.09 100 3 焦作无烟煤 70.91 16.89 5.61 5.30 1.30 100 4 萍乡无烟煤 70.17 15.85 7.17 5.24 1.57 100 5 金竹山无烟煤 70.82 16.78 5.75 5.29 1.36 100 6 西山贫煤 70.71 17.42 6.13 4.54 1.21 100 7 淄博贫煤 70.58 17.03 6.46 4.53 1.40 100 8 芙蓉贫煤 70.44 17.42 6.11 4.52 1.50 100 9 抚顺烟煤 68.37 16.32 10.25 4.06 1.01 100 10 阜新烟煤 67.28 16.54 10.32 3.99 1.87 100 11 开滦烟煤 69.45 16.45 8.08 4.12 1.89 100 12 大同烟煤 70.41 17.11 7.63 4.18 0.67 100 13 新汶烟煤 69.53 16.78 8.34 4.12 1.22 100 14 徐州烟煤 69.44 16.81 8.78 4.12 0.86 100 15 淮南烟煤 69.39 16.88 8.31 4.12 1.30 100 16 义马烟煤 67.15 17.00 10.52 3.99 1.35 100 17 平顶山烟煤 69.27 16.64 8.24 4.11 1.75 100 18 开滦洗中煤 68.41 15.29 8.35 5.21 2.73 100 19 龙风洗中煤 67.13 14.75 10.56 5.11 2.44 100 20 鹤岗洗中煤 67.83 15.16 9.03 5.16 2.82 100 21 元宝山褐煤 65.56 15.15 12.17 5.17 1.95 100 22 丰广褐煤 64.57 14.39 13.44 5.09 2.51 100 19. 特殊物理性能钢包括( )。A.软磁钢B.永磁钢C.无磁钢D.铁道用合金钢参考答案：ABCD20. 假设过量空气系数，渣油的过量空气系数=1.02。计算气体燃料的空燃比。假设过量空气系数，渣油的过量空气系数=1.02。计算气体燃料的空燃比。已知理论空气量，则理论空燃比 S0=1.293Vo/kg/kg (5-16) 设过量空气系数为，则锅炉燃烧过程中的实际空燃比 S=1.293Vo/kg/kg (5-17) 气体燃料的平均摩尔质量 mW=iMWixikg/kmol (5-18) 气体燃料的密度 将已知条件以及我国部分气体燃料的理论空气量表的数据代入式(5-16)式(5-18)得到下表。 国内部分气体燃料的理论与实际空燃比 序号 重油产地 Vom3/m3 (标准状态下) Qar,net(kJ/m3) S0(kg/kg) S(kg/kg) 1 气田煤气 9.49 35600 16.74 1.02 17.08 2 油田煤气 10.33 38270 15.70 1.02 16.01 3 液化石油气 20.24 104670 15.84 1.02 16.16 4 高炉煤气 0.77 3678 0.76 1.02 0.78 5 发生炉煤气 1.18 5650 1.33 1.02 1.35(1)气体燃料的理论空燃比变化范围是0.7616.74，发热量越高，理论空燃比越高。 (2)气体燃料的实际空燃比大约在0.7817.08之间，发热量越高，实际空燃比越高。 (3)在发热量接近的条件下，气体燃料的空燃比大于液体燃料的空燃比。 21. 分析锅炉循环泵与锅炉结构的关系。分析锅炉循环泵与锅炉结构的关系。(1)锅炉循环泵是安装在下降管中的锅水循环泵。 (2)控制循环锅炉、低倍率循环锅炉、复合循环锅炉会使用循环泵为水冷壁、下降管组成的循环回路提供循环动力。 22. 已知某台1025t/h自然循环锅炉的燃料消耗量为125.11t/h太原西山贫煤，直流煤粉燃烧器四角切圆布置，炉膛冷灰斗已知某台1025t/h自然循环锅炉的燃料消耗量为125.11t/h太原西山贫煤，直流煤粉燃烧器四角切圆布置，炉膛冷灰斗中部标高为7.5m，炉膛出口截面中心标高55m，燃烧器一次风标高A，18.84m;B，20.11m;C，21.24m;D，24.195m;E，25.465m;三次风喷嘴标高：F，26.705m;G，27.4m。试计算燃烧器相对标高。炉膛高度 h1=55-7.5=47.5(m) 各层喷嘴中心高度 喷嘴A hr1=18.84-7.5=11.34(m) 喷嘴B hr2=20.11-7.5=12.61(m) 喷嘴C hr3=21.24-7.5=13.74(m) 喷嘴D hr4=24.195-7.5=16.695(m) 喷嘴E hr5=25.465-7.5=17.965(m) 喷嘴F hr6=26.705-7.5=19.205(m) 喷嘴G hr7=27.4-7.5=19.9(m) 一次风喷嘴5层，燃烧90%的煤粉；三次风2层，燃烧10%的煤粉。 燃料消耗量计算 每一个一次风喷嘴消耗的燃料量 每一个三次风喷嘴消耗的燃料量 燃烧器的布置高度 燃烧器的相对高度 xr=hr/h1=14.978/47.5=0.315 23. 铁碳合金状态图中，最大含碳量为5.69%。( )A、错误B、正确参考答案：A24. 工业上广泛应用的铜合金按化学成分的不同分为哪几种?( )A、黄铜B、青铜C、白铜D、合金铜参考答案：ABC25. 对钳工加工特点说法正确的是( )A、可大批量生产B、制造高精度零件C、劳动强队小D、生产率高参考答案：B26. 已知600MW超临界压力锅炉的炉膛容积VL=13505m3。BRL工况时的燃料消耗量B=236.55t/h，煤的收到基低位发热量为Q已知600MW超临界压力锅炉的炉膛容积VL=13505m3。BRL工况时的燃料消耗量B=236.55t/h，煤的收到基低位发热量为Qar,net=21981kJ/kg。计算该锅炉的炉膛容积热负荷并对计算结果进行分析与讨论。炉膛的容积热负荷 (1)烟煤容积热负荷推荐值qV=140200kW/m3，计算结果表明：该锅炉的炉膛容积偏大； (2)该锅炉炉膛截面积偏小，因此水冷壁面积偏大，水冷壁吸热量偏多； (3)由上述分析可知，该锅炉过热蒸汽和再热蒸汽的流量偏大，过热汽温特别是再热汽温偏低。解决该问题的方法：重新布置受热面，使烟气的放热量合理地分配在过热器和再热器受热面上。 27. 比较气流横向冲刷顺列光管管束的对流放热系数和回转式空气预热器中空气的对流换热系数。比较气流横向冲刷顺列光管管束的对流放热系数和回转式空气预热器中空气的对流换热系数。(1)气流横向冲刷顺列管束稳态强制对流换热 Nu=0.2CzCsRe0.65Pr0.33 (2)回转式空气预热器中空气的对流换热系数 Nu=0.03Re0.83Pr0.4 (3)Nu的定义 对回转式空气预热器，当量直径另有定义。由上述三个表达式可得出结论。 (1)回转式空气预热器的空气侧对流换热系数比气流横向冲刷顺列管束的对流换热系数小将近一个数量级。如果空气与热气的换热量不变，就必须增加换热面积，这就解释了空气预热器面积很大的现象。对于回转式空气预热器来说，很多蓄热板密集地安装在转子中，因此回转式空气预热器的体积很庞大。 (2)气体流速对回转式空气预热器换对流热系数的影响大于气流横向冲刷顺列管束对流热系数的影响。 28. 按化学成分和性能特点的不同，硬质合金可分为( )。A.钨钴类硬质合金B.钨钴钛类硬质合金C.万能类硬质合金D.钛合金参考答案：ABC29. 简述煤的发热量的测定过程。简述煤的发热量的测定过程。(1)用钢制坩埚称取煤粉样品1.0g0.01g; (2)将水温调至低于室温11.2； (3)安装点火丝，密闭氧弹； (4)在氧气压力为2.8MPa下，充氧30s； (5)点火做实验； (6)记录实验数据，计算空气干燥基高位发热量； (7)计算收到基高位发热量； (8)计算收到基低位发热量； (9)清洗氧弹，实验器材归位； (10)撰写实验报告。 30. 合金渗碳钢渗碳后必须进行( )后才能使用。A.淬火加低温回火B.淬火加中温回火C.淬火加高温回火参考答案：A