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二 O 一二年招收硕士研究生入学考试试题 考试科目及代码： 适用专业： 可使用的常用工具：计算器 答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。 考试时间 3 小时，总分值 150 分。 准考证号码： 冶金传输原理 冶金工程 831 一、 填空： （30 分） 1、0.5atm（物理大气压）= 2、圆管内层流流动 v = 50662 vmax 。 pa；5mmH2O= 49 pa。 （0.5） a、1.2 b、0.82 c、0.5 。 3、自由射流，沿射流进程，总动量 c ；压强 c ；流量 a a、增大 b、减小 c、不变 d、视具体情况而定 4、热气体的相对位能随高度的增加而 b 。表压力随高度的增加而 a 。 a、增大 b、减小 c、不变 d、视具体情况而定 5、对渐缩喷管，当出口流速达到音速时，若降低外界压力出口流量 c 。 若提高原始压力出口流量 a 。 a、增大 b、减小 c、不变 d、视具体情况而定 6、下列物体中，对热射线反射率最强的是 d 。 a、玻璃 b、高度抛光的金属 c、黑体 d、白体 7、常温下，下列物体中， b 的导热系数最小。 a 铜板 b 耐火纤维板 c 耐火砖 d 重油 8、下列方法中，能削弱管内强制对流传热系数的措施有 d 。 a、减小管的长度 b、采用螺旋管 c、增加粗糙度 d、降低流速 9、下列物体中，对热射线吸收率最强的物体是 d 、反射率最强的物体 。 是 d a、表面光滑的钢板 b、雪 c、二氧化碳 d、大空腔上的小孔 姓名： 报考学科、专业： 密 封 线 内 不 要 写 题 第 1 页 共 4 页

二、概念题（36 分） a) 烟囱抽力及影响因素； （8 分） 答：烟囱抽力即烟囱底部的负压。根据伯努利方程分析影响烟囱抽力的因素。 2 v2 v H 抽 = - p M 1 = [ H ( ρ a − ρ g ) g − ( 2 ρ g − 1 ρ g ) − h摩 ] 2 2 从上式可知：烟囱的抽力与烟囱的高度呈正比，即烟囱越高，抽力就越大； 与大气和热气体的密度差呈正比，即烟气的温度越高，抽力就越大，空气温度越 低抽力就越大； 烟囱的出口速度越大， 抽力就越小； 烟囱中的沿程摩擦阻力越大， 抽力就越小。 b) 何谓零压面、基准面，它们能否自由选取？为什么？（6 分） 答：零压面是表压力为零的面。即容器内压力与外界压力相等的面。是客观存在 的，不能自由选取。基准面为计算位能时为了计算方便人为规定位能为零的 面，可以自由选取。 c) 何谓散料床层孔隙度； （4 分） 答：孔隙度： ε = Vk 孔隙体积 = V 床层体积 （4 分） d) 答： φ12 = e) 何谓角系数； Q1→ 2 表面1发出而落到表面2上的能量 = Q1 表面1发出的所有能量 饱和水蒸气管道外包扎了一层保温材料，试分析水蒸气经管道壁和保温 层到空气的传热过程， 画出热路图， 并提出合理的减小散热损失的方案。 （14 分） 答：传热过程为：管内的蒸汽以辐射和对流的方式将热量传递给管的内壁，管的 内壁面以导热的方式将热量传递给保温层的内表面，保温层的内表面以导热的方 式将热量传递给保温层的外表面，保温层的外表面又以辐射和对流的方式将热量 传递给周围的空气。 热路图为： Rr1 tf1 R 导1 R 导2 tf2 Rr2 Rc1 Rc2 或 tf1 R∑1 R 导1 R 导2 R∑2 tf2 减小散热损失的方案：增加管内对流热阻：降低流速、或增加管径、或采用光滑 第 2 页 共 4 页

管等；或采用热导率（导热系数）小的材料、或增加包扎层厚度、或增加管外表 面传热系数。 三、判断题： （24 分） dv = 0。 dτ （√）2、阻力平方区就是在强湍流时，流体的摩擦阻力与流速的平方成正比。 （×）3、将消防水枪喷嘴制成拉瓦尔管，即可获得超音速流。 （√）4、气力输送过程中，在水平管中输送松散料比在垂直管中输送松散料时 所需的气体流速要大。 （×）5、层流对流传热量小于湍流时的对流传热量。 （×）6、在对加热炉炉墙进行隔热保温时，应将导热系数较小的保温材料放到 导热系数较大的保温材料的内层。 （×）7、对于自然对流传热，由于特征速度不易确定，故只能用雷诺数来判 断其流态。 （√）8、物体的黑度越大，空间热阻就越小。 （×）1、若流体为稳定流动，则 四、两条长度相同，断面积相同的风管，它们的断面形状不同，一为圆 形，一为正方形。若他们的沿程阻力损失相等，而且都处于阻力平方区，问哪条 管道的流量大，大多少？ （12 分） 解： ∵ h 失 = (λ L ρυ 2 L ρυ 2 ) 方 = (λ )圆 d 2 d 2 因为二者均处于阻力平方区，所以λ方 = λ圆 ; 又管长相等： L方 = L圆 ; 2 2 依断面积相等：d 方 = d圆 4 为同种气体：ρ方 = ρ圆 d π 有： 方 = d圆 4 π ∴( v2 v2 )方 = ( )圆 d d d方 v方 π = =4 d圆 4 v圆 q v方 (vA)方 v π = == 方 = 4 ≺ 1 q v圆 (vA)圆 4 v圆 由计算结果可知圆管流量更大。方管流量为圆管流量的 4 π 4 倍。 第 3 页 共 4 页

五、20ºC 空气自圆管内流过，测压管形式及测压管位置如图所示。 D=300mm, h=50mm,求空气流量。 已知 0ºC 空气 ρa=1.293kg／ｍ³, v η=13.28×10-6 m²／s 20ºC 空气 ρa=1.205kg／ｍ³, η=15.06×10-6 m²／s ∆h (16 分) D 2 设流体为湍流流动：v = 0.82v max 验证： Re = vd 解：h动 = 50mmH 2 O = 2 ρv max 解得v max = 2 × 50 × 9.81 = 28.5m / s 1.205 = 0.82 × 28.5 = 23.37 m / s 2300 为湍流流动，所设正确 η = 23.37 × 0.3 = 450578 15.56 × 10 −6 × d 2 = 1.652m 3 / s 4 六、 光滑管内强制对流湍流时的对流传热系数 h 与流速 v 和管径有何种依变关系？ 流速提高一倍，h 提高多少？管径减为一半，h 提高多少？ （16 分） 已知湍流时的对流准数关系数为： Nu=0.023Re0.8Pr0.4 解：据 Nu=0.023Re0.8Pr0.4 得： h= 0.023c 0.34 λ 0.6 ( ρ v)0.8 µ 0.4 d 0.2 管内空气的体积流量：q = vA = 23.37 × π 从式中可看出，对流传热系数 h 与流速 v 的 0.8 次方成正比，与直径的 0.2 次方成反比，当流体的种类一定时，式中 c、λ、ρ、µ均为常数，由此可得，流速 提高一倍时，h 将提高 h2 v 2 = ( 2 )0.8 = ( )0.8 = 1.741 h1 v1 1 当半径减少到原来的 1/2 时，h 将提高 h2 d 2 = ( 1 )0.2 = ( )0.2 = 1.149 h1 d2 1 倍 倍 答：对流传热系数与速度的 0.8 次方成正比，与直径的 0.2 次方成反比，速度提高 一倍，对流传热系数 h 提高 1.741 倍，管径减为一半，h 提高 1.149 倍。 第 4 页 共 4 页

七、一炉内腔如图所示。已知底面 1 的温度为 T1，黑度为ε1，面积为 F1，顶面 2 F3 的温度为 T2，黑度为ε2，面积为 F2，四周为绝热表面 3，面积为 F3，角系数ϕ12， ϕ13，ϕ23 均为已知。 （16 分） 1.画出此换热系统的热辐射网络图 2.据有效辐射的定义，写出有效辐射 J1、J2、J3 的表达式 3.写出确定表面 3 的温度的计算式 2 3 T3 1 解： 1 辐射网络图为： 1 Eb1 1 − ε 1 ε 1F1 J1 ϕ 1 2 F1 J2 1 − ε 2 ε 2F2 Eb2 1 1 ϕ 13 F1 J3= Eb3 ϕ 23 F2 图6分 2 依有效辐射的定义有 J1F1=E1F1+（1—ε1）(J1F1ϕ11+ J2F2ϕ21 + Eb3F3ϕ31 ) J2F2=E2F2+（1—ε2）(J1F1ϕ12+ J2F2ϕ22 + Eb3F3ϕ32) J3=Eb3 F3 绝热 φ11=φ22=0 3） J 2 − Eb3 J 1 − Eb3 + =0 1 1 φ 23 F2 φ13 F1 式中： Eb3=5.67×10-8(T3) 第 5 页 共 4 页