冶金工程学院 备课纸 冶金传输原理
q?t内?t外?1?2?3???1?2?3?850?50?512 W/m2
0.1250.1250.005??0.400.140中间温度：
?10.125?850?512?690?10.40℃
??0.1250.125t3?t1?（q1+2）?850?512（+）?51?1?20.400.10t2?t1?q9．两块平行放置的大钢板1、2，其间距远小于长和宽。已知钢板的温度分别为727℃、
27℃，黑度均为0 .8。若视钢板为灰体，试计算两钢板的自身辐射及其间的辐射热交换量。
?T?解：钢板1自身辐射：E1??Cb?1??4.536?104J/m2
?100??T?钢板2自身辐射：E2??Cb?2??367.416J/m2
?100?板间辐射热量： Q12?44?1
Eb1?Eb2?3.75?104J/m2
11??1?210．一加热炉炉墙由耐火粘土砖（?1?120mm，?1?0.93W/m℃），硅藻土填料层（?2?50mm，?2?0.14W/m℃），红砖层（?3?250mm，?3?0.7 W/m℃）三层组成，炉墙内外壁温度分别为tw1?1080℃，tw4?80℃，求通过炉墙的热通量及红砖层内表面温度tw3。
解：炉墙的热通量：
t?tq?w1w4
?1?2?3???1?2?31000?80920?? 0.120.050.250.129?0.357?0.357??0.930.140.70920??1091.34W/m2 0.843红砖层内表面温度：
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?3q tw3?tw? 4?3?0.25tw3?q3?tw4?1091.34??80?470℃
?30.711．计算直径d=1m的热风管单位长度上的表面辐射热损失。已知热风管为裸露钢表
面，黑度0.8，外表面温度为227℃， 此管置于断面为2×2㎡的砖砌沟槽内，砖槽内表面温度为27℃，黑度0.9。
解：可视为非自见表面热风管A1被可自见表面沟槽A2所包围，则
?11?0,?12?1,?21?A1?0.785 A2Q?CbTT[(1)4?(2)4]1??11??21001100?? ?1A1?12A1?2A21=1.2W/(m.
?1273w/m212．炉壁由三层组成，粘土砖δ1=0.23m,λ
2=0.1W/(m.
℃);石棉粘土砖δ2=0.03m,λ
℃)；红砖δ3=0.24m,λ3=0.5W/(m. ℃)。炉墙内烟气侧换热系数40 W/(m2. ℃)、烟气
温度1020 ℃；炉墙外空气侧换热系数15 W/(m2. ℃)，空气温度20 ℃；试求通过该炉墙的热损失及炉墙外侧的温度。
解：炉墙单位面积上的热损失：
q?tf1?tf21?1?2?31????h1?1?2?3h2?1020?20?943 W/m2
10.230.030.241????401.20.100.5015炉墙外侧的温度：
tw4?tf2?q943?20??83 ℃ h21513．一滑动轴承，轴与轴承的间隙δ=0.1cm，轴的转速n=2980r/min，轴的直径D=15cm，轴承宽度b=25cm。求轴承所消耗的功率。润滑油的粘度为μ=0.245Pa.s。
解：轴表面的圆周速度： u=3.14nD/60=23.4m/s 轴承间隙里流速呈线性分布，速度梯度 ：du/dy=23400 内摩擦力： F=0.245×3.14×0.15×0.25×23400 =675N
D2?nN?M??F..?15.8 KW 23602
解： ??x
滑动轴承所消耗的功率：
14．已知空气流动速度场vx=6(x+y),vy=2y+z,vz=x+y+4z,试分析此流动状态是否连续？
??x???y?y???z?6?2?4?0,?z3
?该流动状态不连续15．如图为一喷嘴，出口直径D1=10 cm，管端直径D2=40 cm，流量Q=0.4 m/s，喷嘴和管以法兰盘连接，共用10个螺栓，不计水和管嘴的重量，水流水平射向一垂直壁面，试求壁面所承受的
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冶金工程学院 备课纸 冶金传输原理 水平推力及每个螺栓受水平拉力。 解：如图取1-1、2-2断面，并列B.E.
p??1?0?2?0?02g?g2gQQ?1??3.4m/s；?2??30.57m/sA1A2p1?461.48kPa设喷嘴对水流的水平作用力F，列动量方程：
?122
p1A1?F??Q(?2??1)
F?6.52kPa
则每个螺栓受水平力为652N
设壁面对水流的水平推力为T，列动量方程：
?T??Q(0??2)
T??Q?2?1834(N)
三）问答题
1、试分析串、并联管路系统的特点，并说明减少管路系统阻力损失的途径。 答：1）串联管路特点：各段流量相同，阻力叠加；
并联管路特点：各支路阻损相同，流量叠加 2）减少流体阻力损失
A）改善固体边界状态 a) hr? 尽量减少局部管件或截面变化，改善局部管件结构
90??圆转弯 突然?逐渐扩大（收缩）
b) hl? 尽量L? ；D↑；选用光滑管
c) “经济流速”的选择：v?hL???综合考虑
?d?投资增加??B) 添加减阻剂
添加减阻剂，改善紊流运动内部结构。三种添加剂：高分子聚合物（聚
氧化乙烯、聚丙烯酰胺）；金属皂；悬浮物（泥、砂、纸浆、石棉）。
2、试分析影响对流换热系数的主要因素。 答：影响因素 h?f?t,?,?,c,?,?,??
1）流态和流动起因
2）流体的物理性质 热导率λ、热容c、密度ρ、粘度μ、膨胀系数β 3）流体有无相变
4) 换热面的几何形状、大小及位置 3、研究对流换热的方法主要有哪些？简单分析这些方法是如何求解对流换热系数的，并说明其适用性。
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答：研究对流换热的方法主要有： 数学分析法、相似理论-模型实验法、类比法 （1） 数学分析法
精确解法：利用F-K方程、N-S方程、连续性方程、边界给热微分方程联立求解。适用简单问题。
近似积分法：取控制体建立能量积分方程，求得温度场的近似关系后，求解积分方程。适用简单问题。
数值解法：采用数值方法求解能量平衡微分方程，以确定对流换热系数。 （2）相似理论-模型实验法
根据相似原理做模型实验的求解方法。是应用最广，最实用的方法，适用复杂的实际问题。
（3）类比法
根据热量传输与动量传输的类似性，通过建立对流换热系数和流动阻力系数之间的函数关系来求解对流换热系数。在一定程度上有效。
4、试论述高温炉气通过平壁炉墙至周围空气的综合传热过程，并简单说明如何减少通过炉墙的散热损失？
答：炉墙的综合传热过程分三个过程： 1）高温炉气以辐射和对流方式传给内壁
q1?h1?tf1?tw?1 ?2）炉壁以传导方式由内壁传到外壁
q2???t?t? ?w1w23）外壁以辐射和对流方式传给周围空气 q3?h2?tw2?tf?对稳态 q1=q2=q3=q
q?tf1?tf21?1???h1?h2???
2
减少炉墙的热损失措施：降低空气与炉外壁的换热系数、降低烟气与炉内壁的换
热系数、采用导热系数低的材料、增加炉墙厚度。
5、分析三种传输现象的普遍规律。
答：1）动量、热量和质量传输通量，均等于各自的扩散系数与各自的浓度梯度乘积的负值，三种传输过程可用一具通式来表达，即：
（通量）=-（扩散系数）×（浓度梯度） 2）、动量、热量和质量扩散系数具有相同的因次，其单位均为m2/s; 3）、通量为单位时间内通过与传输方向垂直的单位面积上的动量、热量或质量，各量的传输方向均与该量的浓度梯度方向相反，故通量的普遍表达式中有一负号。
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