《传递现象导论》1-4章课后答案.docx

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1、传递现象导论1-4章课后答案第一章习题解1-1.水流进高为=02m的两块宽平板之间的通道，如图1-52所示。已知：通道截面具有速度分布一。求:u=0.075-7.5尸通道截面平均速度U.解：由式(1-3)得通道截面平均速度JUdAy_U=-1,MtA.丁卜一2J01(0.075-7.52)1=0.05m/S12.如图153所示，在一密闭容器内装有水及油，密度分别为=998.1kgm3,9=850kgm3,油层高度/!350mm,容器底部装有水银S水银=13600kgm3)液柱压力计，读数为R=%0mm,水银面的高度差=150mm,求容器上方空间的压力Po图-53解：在图1-53中，U型管上取控

2、制面I,两侧压力相等。由式(1-20)流体静力学的平衡定律得力+七渺J水gS+3Q=Po+p水银gR将大气压.7033105Pa和其它已知数据代入上式，可得容器上方空间的压力=1.87105PaJ-,雪雷,釐裔常AM去蟹需耀值=0.2m,9=0.25m,=0.5m,p=1000gm3,p=13550kgm3o求容器B中压力P。H2HgB解：在图154中，各U型管上取控制面I、,各控制面两侧压力相等。设中间管中空气压力为p,并忽略空气密度。由式（1-20）流体静力学的平衡定律得p+g（/?+h）=p+pghJa21HIIPwg勺客pj%g（M）p（R）和其它已知数据代入上式,P=1.25x1.0

3、133x105=1.267x105Pa可得容器B中压力P=7.3810PaB1-4.证明：单位时间单位面积动量的量纲与单位面积力的量纲相同。证明：单位时间单位面积动量为吧,量纲为kgm/skg；Atm2smS2单位面积力为匕，量纲为Nkgms2kgo下=一.一am2m2ms2两者量纲相同18.流体以1流过平板，试求距板面0.15米处的切应力。已知=3.310-4Pa.so解：由式（1-30）可求距板面0.15米处的切应力为T=4也=（1-2y1=3.310-411-20.15=1.510-4Pa广如UAU）y=0.15my=O.15m1-9.润滑系统简化为两平行金属平面间的流动，其间润滑油的粘

4、度为10.0cPo下表面以力0.45N拖动，作用面积为4.6m2,板间距为3.1mm,运动定常。（1）试计算下表面上的剪切应力；（2）若上表面静止，计算下表面处流体的运动速度；（3）若板间流体改为20。C的水或空气，重复上述计算;（20的水粘度为1OcP,空气粘度为0.018cP）（4）用简图表示速度分布；(5)根据计算和简图，对粘度在动量传递中的作用作简单结论。解(1)由式(1-21)可求得下表面上的剪切应力P045=S=OQ98PaAT6(2)根据题意，板间流体的速度分布为线性分布，由式(1-30)得duUT=N_2_=_dyh则下表面处流体的运动速度h00983.110-3U=0.03m

5、s10.010-3(3) 20。C的水=03msryO,Q983.110-3JX)10-3-20的空气h0.0983.110-3rn/了二0.018Xm=16*m/习题卜9附图(4)表示速度分布的简图，见习题19附图。(5)不同流体粘度各异，粘度是影响传递过程的重要物性。111对正在加热中的钢板，其尺寸长X宽X厚为1.5mx0.5m0.025m,两侧温度分别为15和95,试求温度梯度。如果改为铜板和不锈钢板，假定通过壁面传热量相同，则温度梯度又将如何变化。解：查附录三得热导率k：钢45WmC,铜377WmC,不锈钢16WmoCo根据题意，假定钢板内温度沿厚度呈线性分布，有温度梯度上95誉=32

6、00oCmdy0.025通过壁面传热量，由式(1-37)得q=-k1=-453200=-144000Jm2s上式中负为表示传热方向与温度梯度相反。假定通过壁面传热量相同，铜板的温度梯度一忆=-T44=382oCmdyk377不锈钢板的温度梯度1=-=-T440=9000oCmdyk16113输送蒸汽的2in钢管,内径0.052m,壁厚0.004m,夕也0.0508m厚85%氧化镁，再包0.0508m厚软木。若管内表面温度为394.3K,软木外表面温度为305.4K,试求每小时单位管长的热损失。已知热导率：钢45.17WmK,氧化镁0.069WmK,软木0.052WmKo解：本题为圆管多层保温问

7、题。对管壁、氧化镁保温层、软木保温层，由式(173)得TT、rr、Trpri2=_WT-rf-2k1-5T4=27c1M(RJR)/R2)-(R)R3)将以上各式相加，整理得每小时单位管长的热损失Q=In(R/R)丁4)()-InR/R/+1R/R/-B4+2c12c12k1123=/394.3-3054z、M(0.03/0.026)历()3)加91316/0Q808)+245.17120.069120.0521=23.53W=84708Jh117直径为0.7mm的热电偶球形接点，其表面与被测气流间的对流给热系数为400Wm2.K,计算初始温度为25的接点置于200的气流中，需多长时间其温度才

8、能注到1199Co(已知接点k=20WmK,C=400Jkg.K,p=8500kg/m3)P解：先由式(1-77)判别MZ力Trd3hd4000.710-3CCC彳八Bi=hV=6=2,3310-30.1TgTktd2版620可用集总参数法计算，由式(1-79)求解。T-T714f61f=eocy=ep/0-/代入数据199-20025-2006M1O=85004000,710-3则需时间为118一半无限大铝板,初始温度为450,突然将其表面温度降低到150,试计算离铝板表面40mm处温度达到250时所需的时间，以及在此期间内单位表面传出的热量。(已知k=430Wm.K,a=0.3m2h)解：

9、此题为半无限大平壁升温，由式(1-82)得=0.333=时储)0.040T-T250-150,=T-T450-150查附隶五得V=0.305=-=屈所需时间t=51.6s此期间内单位表面传出的热量，由式(1-84)Q=2k(T-T)E负号表示传出热量。3600=243(15-45)I5111=一15I8jm2A0.7850.152=15.85msA0.7850.12=35.67m/sW=PV=IoooXO.28=280依/sF=pA-pA+FF=(W)A(WU)=WU-WUX21=W(U-U)+pA-PA212表21表1第二章习题解答2-4虹吸管路(如图)，管径25mm,H=12m,H=3m,

10、试求310K时水的流率，忽略一切损失。12解：(1)(3)点列伯努力方程：(O)h.IZ=UgS=7.67X0.7850.0252=3.765XIO-3m3/s2-5寻求上题中点压力(Psia),若大气压力为14.4Psia,该系统能否操作。解八PU.肺P1=2+12+hPgPg2gp=14.46890-10009.8112-2022237水饱和蒸汽压为6323.5Pa故不可操作2-8水以流率0.28m3s通过450渐缩管，进口绝对压力为IOOPsia,出口绝对压力为29.OPsia,进出口管的分直径分别为15Cin和IOCm,试求作用在弯头上的力。解：控制体取表压：F=280(35.67-1

11、5.85)+(296890-101300)0.7850.12nx-(1006890-101300)0.7850.152=4058V作用在弯头上的合力为4058/V2-9文丘里流量计测量流率(如图)，进口与喉孔压差为4.2Psic,进口管径2.5cm,喉孔直径为1.5cm,管中流体密度为1450依/冲，试求流率？解：列伯努利方程：+Jj72=4+儿P21p22p-p2=pi2(-)4-12U=2.438ms1V=0.785D2U=1.2010-3m3/S11第三章习题解31.在直径为OO5m的管道内，流体速度为0.6ms,求常温常压下，下述几种流体在管道中运动时的雷诺数，并判断各自的运动状态。a

12、,水(p=998.2kgm3)b,空气(p=1.22kgm3)C汞(p=13550kgm3)d,甘油(p=1261kgm3)解：查附录一得各流体常温常压下的粘度水：1.OO51O3Pa-s,空气：0.01813103Pa-s,汞：1.54710-3Pas,甘油87210-sPas由式(3-1)雷诺数定义pUDRe=代入各自激据可得雷诺数Re,并以魂=2100为临界值判断其流动状态，结果为a水He=2.98x14湍流，b.空气Ke=2019层流，C汞Re=2.62815湍流，d,甘油Ke=434层流。34.流体在半径为R的圆管内流动，写出其流动边界条件。当在其中心轴处放一半径为$的细线，其流动边

13、界条件为何？森：流体在半径为R的圆管内流动，最大速度在管中心，管壁上的速度为0,则流动边界条件为r=0,B=Or=Ru=O在管中心轴处放一半径为、的细线，细线外表面上的速度为0,管壁上的速度为0,其流动边界条件r=r,u=00Mr=Rfu=0z36密度为1.32gCm3、粘度为18.3cP的流体,流经半径为2.67cm的水平光滑圆管，问压力梯度为多少时，流动会转变为湍流？解：圆管内流动，临界雷诺数-2100,则由式（3d）得T=巴T5mspD13200.02672由式（3-34）得P-P=112Pam8pU_8x18.3x10-3X0.545K20.02672当压力梯度大于112Pam时，流动会转变为湍流。3-6.20的甘油在压降0.2x106Pa下，流经长为30.48cm、内径为25.40mm的水平圆管。已知20时甘油的密度为1261kgm3.粘度为0.872Pas.求甘油的体积流率。解：设流动为层流。由哈根-泊谡叶方程，由式（333）得,嗑=X60i54=7.687Xmm必T=F87心j17mshTXO.025402检验D12611517002540=55721000.872流动为层流，计算正确。3-7.293K及Iatm下的空气以30.48ms速度流过一光滑平板。试计算在距离前缘多远处边界层流动由层