材料工程基础题目(2012-09)

第一章 工程研究方法

1、（Z10-11）。流体流动的压强降Δp是速度v，密度ρ，线性尺度l、l1、l2，重力加速度g。粘滞系数μ，表面张力ζ，体积弹性模量E的函数。即

ΔP＝F（v、ρ、l、l1、l2 、g、u、ζ、E）

取v、ρ、l作为基本物理量，利用因次分析法，将上述函数写成无因次式。

2、已知固体颗粒在流体中以等速u沉降，且u与粒径d，颗粒密度ρm(流体密度ρ)，动力粘度μ和重力加速度g，试用π定律发和矩阵法求揭示该颗粒沉降的无量纲乘积。

3、试分别用瑞利法和π定理法将压差ΔP、速度w、重度r和重力加速度g组合成无量纲乘积。

4、试证明直径为d的小球在密度为ρ，动力粘度为μ的流体中，以相对速度w运动时流动粘性阻力为：

5、请根据纳维斯托克斯（N-S）方程，分别用量纲分析法和方程分析法得出相似准则数，并写出准则方程。

6、（L5-1）。气流通过一等直径管道，拟用1／4缩小的透明模型中通过水故流的办法进行试验。已知：气体的ρ

气

＝1.2kg/m3 。v

气

＝

0.15cm2/s； 水的ρ水＝1000kg/m3，v水＝0．01cm2/s。 实物的气流速度为24m/s， 试确定：

1）相应的模型中之水流速度。

2）若测得模型单位管长的压力降为13.8kN/m2，则原型中单位管长的压力降应为若干？

第二章 工程流体力学

1、（L 1-7）。质量为5kg，面积为40×45cm2的—收木板，沿着涂有滑油的斜面等速向下运动。已知v＝1m/s，δ＝1mm(油膜厚度)，求滑油的粘度。

2、（L 1-9）。一套筒长H＝20 cm，内径D＝5.04cm，重量G＝6.8N，套在直径d＝5cm的立轴上，如图所示。当套筒与轴之间充以甘油（μ＝8P）时求套筒在自重作用下将以多大速度沿立轴下滑？不计空气阻力。

3、（L 2-2）。图示的容器中，水和气达到下平衡状态，求容器内气体的压强，接触大气液面上为标准大气压，水的重度γ＝9807N／m3。

4、（L 2-3）。开敞容器，盛装γ2＞γ1的两种液体，如图所示，求(a)在下层液体中任一点的压强；（b）1和2两测压管中的液面哪个高些？哪个和容器内的液面同高？为什么?

5、（L2-6）。双U型管，用来测定比重比水小的液体的比重。试用液柱高差来确定未知液体的比重值。(管中的水是在标准大气压下，4℃的纯水)

6、（L2-8）。一直立的煤气管，在下部测压管中测得水柱差h1＝100 mm，在H＝20 m处测得h2＝115mm如题2—8图示。煤气管外面的空气重度γ＝12.64N/m3 试求管内煤气的重度。

7、（L2-10）。用两个U型管串联在一起去测量一个贮气罐中的气体压强，见图示，已知h1＝80cm，h2＝70 cm，h3＝80 cm，大气压为760mm汞柱，γ汞＝1.3332×105N/m3，气柱重量可略去。求罐内气体的压强等于多少？

8、（Z 2-13）。一封闭容器盛装γ2（水银）＞γ1（水）的两种不同液体，试问同一水平线上的1、2、3、4、5各点的压强哪点最大？哪点最小？哪些点相等？

9、(L3-5)。如图，密度不变的流体以151/s的流量，沿100mm直径的管AB流动，此管在B点分为BC、BD管，管径均为25mm，第三条分支BE，管径为50 mm，流经分支时，QBC＝3QBE ,vBD＝4m/s。求三个支管中流量各为多少？AB、BC和BE管中的流速各为多少？

10、（Z 3-9）。 管路由不同直径的两管前后相连接所组成，小管直径dA＝0,2m，大管直径dB＝0.4m。水在管中流动时，A点压强PA＝70kN

／m2，B点压强PB＝40kN／m2，B点流速VB＝1m/s。试判断水在管中的流动方向，并计取水流经两断面间的水头损失。

11、（L3-8）。如图，泵的吸水管以1：5的坡度(高度1水平距为 5)放置、水以1.8m/s的速度通过，若已知压力降到低于大气压70 kN／m2时空气会逸出，形成气蚀，使水泵不能正常工作，计算最大可能的管长l为多少？忽略水头损失，设水池中之水是静止的。

12、（L3-11）。用图示测压管测定水管中的点流速，当读数Δh＝0.4m，h1＝0.3m，h2＝0.1m时，测压计中介质的比重S＝0.8，求A、B 两点的流速uA、uB为多少?

13、（L3-17）。输水管路三通各管段的直径为，d1＝400 mm，d2＝300 mm，d3＝200mm，流量Q1＝5001/s，Q2＝3001/s，Q3＝2001/s，压力表读数P g＝77kN/m2，求另外两管段的压力?(不计损失，三通水平放置)

护层外圆的温度为t3＝48℃，热损失为440 W/m，求所需保温层厚度。水泥蛭石的导热系数为λ1＝0.105W/m℃，保护层的导热系数为λ＝0.192W/m℃。

3、（【S-lt,2-8】）。试求平板间空气夹层的当量导热系数和对流换热量。设夹层厚度为25.0mm，高200mm，热表面温度为150℃，冷表面温度50℃。 4、（【S-lt,2-12】）。试求某余热锅炉中四排管子所组成的顺排管簇的换热系数。设管子的外直径为60mm，

,烟气的平均温度为tf

2

=600℃，管壁温度tw =120℃，烟气通过最窄截面处的平均流速为w=800m/s，冲击角为60°。

5、（【S-lt,2-16】）。用热电偶测量管道内的空气温度。如果管道内空气温度与管道壁的温度不同，则由于热电偶与管道壁之间的辐射换热会产生测温误差，试计算当管道壁温度t2＝100℃，热电偶读数温度t1＝200℃时的测温误差。假定热电偶接点处的对流换热系数ac＝46．52W/m℃，其黑度ε1 = 0.9。

6、（【S-lt,2-18】）。为了减少上题中由于辐射换热所引起的热电偶读数误差，在热电偶接点周围围以遮热罩。如果空气温度为233.6℃，其它各给定值仍和例2-16相同， 由遮热罩表面到气流的对流换热系数ac’=11.63W/m2℃，遮热罩黑度ε3 =0.8。试求此时热电偶的读数应为多少？

7、（S2-1）。有一座玻璃池窑的胸墙，用硅砖砌筑，内表面平均温度为1300℃，外表面平均温度为300℃，胸墙厚度为450mm，面积为10m2 。试求通过胸墙的散热损失量。

8、（S2-2）。某炉窑炉墙由耐火粘土砖、硅藻土层与红砖砌成，硅藻土与红砖的厚度分别为40mm和250mm，导热系数分别为0.13和0.39w/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？

9、（S2-6）。试求通过如图所示的复合壁的热流量，假设热流是一维的；已知各材料的热导系数为：λA =1.2，λB =0.6， λC =0.3，λD =0.8w/m℃。

10、（S2-16）。水平放置外径为0.3m的蒸汽管，管外表面温度为450℃，管周围空间很大，充满着50℃的空气。试求每米管对空气的自然对流热损失。

11、（S2-20）。空气以10m/s的速度流过直径为50mm、长为1.75m的管道，管壁温度为150℃，如果空气的平均温度为100℃，求对流换热系数。

12、（S2-27）。两无限大平行平面，其表面温度分别为20℃及600℃，黑度均为0.8。试求这两块平行平面的（1）本身辐射、（2）投射辐射、（3）有效辐射、（4）净辐射热量。

13、（S2-32）。热空气在φ426x 9mm的钢管内流过，热空气的温度用一个装在外径为15m m的瓷保护管中的热电偶来测量，已知钢管内壁温度为110℃，热电偶读数(即瓷管温度)为220℃，瓷管的黑度为0.8，空气向瓷管的对流换热系数为52.4w/m2℃。设瓷管本身的热传导可忽略不计。试求由于热电偶保护管向钢壁的辐射换热而引起的测量相对误差(％)。并求出空气的实际温度。

14、（S2-37）。今设计一窑的侧墙。已知内表面湿度为1000℃，要求外表面温度不超过120℃(环境温度为20℃)。如此壁用耐火粘土砖砌筑，其厚度应不低于多少毫米?

15、（S3-40）。一根内径为20mm，外径为30mm的钢管，包上20mm厚的保温材料，保温材料的导热系数为0.057W/m℃，表面黑度为0.7，保温层的内壁温度为200℃，周围环境温度为20℃。试计算每米管长的热损失。

第四章 干燥

1、（【S-lt,6-1】）。已知空气的干球温度t＝30℃，湿球温度twb＝25℃，大气压强p＝99325 Pa，求空气的相对湿度（ψ）、绝对湿度（ρw ）、水蒸气分压（pw）、湿含量（x）、热含量(I)、露点(td)及密度（ρs）。 2、下列三种空气作为干燥介质，问采用何者干燥推动力最大？何者最小？为什么？

⑴ t=60℃，X=0.015kg/kg干空气 ⑵ t=70℃，X=0.040kg/kg干空气

⑶ t=80℃，X=0.045kg/kg干空气

3、 已知大气压强为0.1Mpa，温度为30℃，露点温度为20℃，求空气的相对湿度、含湿量、焓、水蒸气分压。

4，将干球温度27℃，露点为22℃的空气加热到80℃，试求加热前后空气的相对湿度的变化量。

5、将20℃，?1?15%的新鲜空气与50℃，?2ma1?50kg/s?80%的热气体混合，且

，ma2?20kg/s，且新鲜空气和废气的比热相同，求混合后

气体的相对湿度、焓。如将混合气体加热到102℃该气体的相对湿度和焓为多少？

6、一理想干燥器在总压为100kPa下，将湿物料水分由50%干燥至1%，湿物料的处理量为20kg/s。室外大气温度25℃，湿含量为0.005kg水/kg干空气，经预热后送入干燥器。废气排出温度为50℃，相对湿度60%。试求：⑴空气用量；⑵预热温度；⑶干燥器的热效率。

第五章 燃料与燃烧

1、（【S-lt,4-1】）。已知煤的干燥无灰基组成（%）为

Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf 80.2 6.1 11.6 1.4 0.7 又知：收到基时水分组成Mar =3.5% 干燥基时灰分组成Ad =8.2% 求：收到基时Car 的百分含量。

2、（【S-lt,4-4】）。某窑炉用发生炉煤气为燃料，其组成干基为：

组分： CO2 CO H2 CH4 C2H4 H2S N2 体积（%）： 4.5 29.0 14.0 1.8 0.2 0.3 50.2

湿煤气含水量为4%。当a=1.1时，计算： ①空气量（Nm3/Nm3煤气）； ②烟气量（Nm3/Nm3煤气）。

3、（【S-lt,4-5】）。某倒焰窑所用的煤的收到基组成为：

组分： Car Har Oar Nar Sar Mar Aar 质量（%）： 72 6 4.8 1.4 0.3 3.6 11.9 高温阶段在窑底处测定其干烟气组成为： 组分： CO2 O2 N2 体积（%）： 13.6 5.0 81.4 灰渣分析：含C17%，灰分83%。

高温阶段小时烧煤量为400kg，计算该阶段每小时烟气生成量（Nm3）及空气需要量（Nm3）。

4、（【S-lt,4-7】）。在上题中设高温系数η＝0.80，发生炉煤气温度tf 与空气温度ta 均为20℃，计算实际燃烧温度是多少？ 5、（S-lt,4-1）。已知烟煤的干燥无灰基组成（%）为：

Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf 82.4 6.0 9.2 1.7 0.7

测得空气干燥基水分Mad＝3%，灰分Aad＝15%，收到基水分Mar

＝5%，计算：

①1kg干燥无灰基煤折合成空气干燥基煤、收到基煤时，各为若

干？

②收到基时该烟煤的组成百分率。

6、（S4-3）。某窑炉使用发生炉煤气为燃料，其组成（%）为： CO2 CO H2 CH4 C2H4 O2 N2 H2S H2O 5.6 25.9 12.7 2.5 0.4 0.2 46.9 1.4 4.4 燃烧时a＝1.1，计算：

①燃烧所需实际空气量（Nm3/Nm3煤气）; ②实际生成湿烟气量（Nm3/ Nm3煤气）；

干？

②收到基时该烟煤的组成百分率。

6、（S4-3）。某窑炉使用发生炉煤气为燃料，其组成（%）为： CO2 CO H2 CH4 C2H4 O2 N2 H2S H2O 5.6 25.9 12.7 2.5 0.4 0.2 46.9 1.4 4.4 燃烧时a＝1.1，计算：

①燃烧所需实际空气量（Nm3/Nm3煤气）; ②实际生成湿烟气量（Nm3/ Nm3煤气）；

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