无机材料热工基础习题库

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第一章 气体力学在窑炉中的应用

思考题

1. 窑炉系统气体流动有何特点？将伯努利方程应用于窑炉系统的气体应注意哪些条

件?二气流伯努利方程有什么特点?

2. 窑炉系统内的“窑压”大小与哪些因素有关?在生产实践中是如何调窑压的？窑压大小对生产过程由什么影响。

3. 在窑炉系统中气体垂直流动时的分流法则是什么?，此法则的适用条件是什么? 4. 音速、马赫数Ma都是表示气体可压缩程度的参数，二者之间有何不同? 5. 为什么亚音速气流无论在多长的收缩管道中流动都不能获得超音速气流? 6. 在超音速流动中，速度随断面积增大而增大的物理实质是什么? 7. 亚音速气流在缩—扩喷嘴中流动获得超音速的条件是什么?

8. 烟囱的“抽力”与哪些因素有关?若烟气的温度相同、同一座烟囱的抽力是夏季大还是冬季大?

9. 若烟气与环境气温都不变，烟囱的抽力是晴天大还是雨天大?为什么? 10.为什么同样规模的烟囱在沿海地区能正常工作而在内地高原地区却达不到原有的排烟能力?

11. 家里燃气灶的结构如何？燃气灶的一次空气量吸入原理是什么？如何调节一次空气量的大小？

作业题

1. 热气体在一垂直的等直径管内自下而上流动，管内气体的平均温度为500℃，管外

空气温度为20℃。试求2—2截面上的静压并画出相应的压头转换图。设1—1截面在上方，1—1与2—2截面之间的距离为10m，压力损失为6Pa。

2. 某窑炉的窑墙厚为240mm，窑墙上下各有一个直径为200mm的小孔，两个孔间垂直距离为lm，窑内气体温度为1000℃，烟气标态密度为1.32kg/Nm3，外界空气温度20℃，窑内零压面在两个小孔垂直距离的中间。求通过上下两个小孔的漏气量。 3. 压缩空气从装有一管嘴的气罐中流入大气，气罐中的压力p1=7×105Pa，温度20℃，求流出速度（Pa=1.05×105Pa，管嘴速度系数?=0.9）；

(1) 管嘴为收缩管； (2) 管嘴为拉伐尔管。

4. 已知烟囱高度35m，上口直径1m，流速为2 Nm/m，烟囱下口直径为上口直径的两倍，烟囱内烟气平均温度为273℃，烟气在烟囱内流动时摩擦阻力系数为0.05，烟囱外界温度20℃，密度1.20kg/m3，求烟囱底部的负压。

5. 某窑炉的烟气量为8000Nm/h，烟气密度为1.34kg/Nm3，烟囱底部的烟气温度为400℃，系统总阻力为180Pa，夏季空气最高温度为38℃，计算烟囱的直径和高度。

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6. 无焰烧嘴用高炉煤气作喷射剂，助燃空气为被喷射气体，煤气燃烧所需空气量为2Nm3/s，煤气与空气温度均为27℃，煤气密度为0.9kg/m3，燃煤气量为600 Nm3/h，要求P4-P2’=500Pa，试设计喷射器的主要尺寸，并计算煤气所需压力P1。

第二章 燃料及其燃烧

思考题

1. 燃料中的氧是否越多越好，为什么？

2. 固体燃料燃烧的组成为何要用四种基准？它们各适用于那种场合? 3. 燃料的高低位热值有何区别？

4. 什么是液体燃料的闪点、燃点、着火点？ 5. 什么是着火温度？

6. 有人认为燃料发热量越高，其理论与实际燃烧温度也越高。分析该说法是否正确并说明原因。

7. 试分析火焰面内温度、浓度与化学反应速度的变化情况。 8. 试提出工业窑炉中强化燃烧过程的主要途径。

9. 使用高压介质雾化油烧嘴时，对雾化剂有何要求?说明原因。 10. 提高燃烧室燃烧温度的措施有哪些？ 作业题

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 收到基时水分Mar=3.5％，干燥基时灰分Ad=8.2％。 求：收到基时Car 的百分含量。 2. 已知某窑用煤的成分分析为：

组分 Car Har Oar Nar Sar Mar Aar 质量(%) 77 3.0 3.6 3.4 1.0 8.0 4.0

若实际燃烧过程中过剩空气系数?=1.11；试计算每kg燃料燃烧? （1）所生成的实 际干烟气量及组成；（2）所需的实际空气量。 3. 已知某窑用煤的成分分析为：

组分 Car Har Oar Nar Sar Mar Aar 质量(%) 72 4.0 6.4 — — 8.2 9.4

试计算当α=1.25时（1）每kg燃料燃烧所生成的干烟气量。（2）所需的实际空气量。 4. 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 燃烧时空气过剩系数为1.1，计算： (1) 燃烧所需实际空气量； (2) 实际生成湿烟气量；

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(3) 干烟气及湿烟气组成百分率。

5. 上题当高温系数为85%，空气、煤气均为20℃，计算实际燃烧温度。若空气预热至 1200℃，此时实际燃烧温度较不预热时提高了多少。 6. 某窑炉用煤作燃料，其收到基组成为：

组分 Car Har Oar Nar Sar Aar Mar w% 72 6 4.8 1.4 0.3 11.9 3.6

实际测得燃烧后的干烟气组成为(V％)：CO2 13.6，O2 5.0，N2 81.4。煤灰中含碳17％、

灰83％，小时燃煤量为400kg，试计算每小时实际烟气量和实际空气量。

7. 已知某固体燃料燃烧所需理论空气量为11Nm3/Kg，产生的理论烟气量为12 Nm3/Kg，今测得其干烟气组成为(V％)：CO2 7.95%、CO 0.42%、O2 4.05%、N2 87.58%，求燃烧产生的实际烟气量。

第三章 传热原理

思考题

1. 傅立叶定律能否应用于非稳态导热?

2. 为什么多层平壁中温度分布曲线不是一条连续的直线，而是一条折线?

3. 天气晴朗干燥时，将被褥晾晒后使用会感到暖和，如果晾晒后再拍打一阵，效果会更好，为什么?

4. 对流换热热阻和导热热阻的概念是否一致?

5. 在傅立叶定律中作为比例系数出现的导热系数λ是物体的物理性质参数，而在牛顿冷却定律中作为比例系数出现的对流换热系数?却不是物理性质参数，为什么? 6. 什么是Nu准数?主要用来求什么值?

7. 平顶建筑物中，顶层天花板表面与室内空气间的换热情况在冬季和夏季是否一样?为什么?

8. 在一保持20℃室温的房间里，夏季穿单衣感到很舒适，在冬季却一定要穿绒衣才觉舒适，试从传热的观点分析其原因。

9. 窗玻璃对红外线几乎是不透明的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人们感到暖和? 10.辐射换热角系数的含义是什么?

11.试从传热学的角度分析热水瓶胆的保温作用一般瓶胆是镀银的真空夹层玻璃)。 12.根据克希霍夫定律，灰体的黑度越大，吸收率越高，但为什么增加表面的黑度可以增加辐射换热量?

13.任意位置两表面之间用角系数来计算辐射换热，这对物体表面作了哪些基本假定? 14.为提高测量精度，用热电偶测量熔窑内温度时，应采用一些什么措施? 15.气体辐射有哪些特点?平均射线行程的定义是什么?

16.实际换热过程总是综合传热过程，但在前面讨论对流换热问题时却总将辐射换热排除在外。试问，能否认为这种讨论问题的方法不恰当? 作业题

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1. 某窑炉炉墙由耐火粘土砖、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?

2. 某厂蒸汽管道为虹75×5的钢管，外面包了一层95mm厚的石棉保温层，普壁和石棉的导热系数分别为50、0.1W/(m·℃)，管道内表面温度为300℃。保温层外表面温度为30℃，试求每米管长的散热损失。在计算中能否略去钢管的热阻，为什么 3. 有一水泥立窑，内层为粘土砖，外层为红砖，其尺寸为d1=2m、d2=2.69m，d3=3.17m，测得该断面内表面温度为1100℃，外壁温度为80℃，求交界面处的温度。 4. 某管道外径为2R，外壁温度为t1，如果外包两层厚度均为R（即δ2=δ3=R）导热系数分别为λ2和λ3（λ2/λ3=2）的保温材料，外层外表面温度为t2，如果将两层保温材料位置对调，其他条件不变，保温情况变化如何？由此得出什么结论。

5. 有两根同样材料制成的等长度水平圆管，具有相同的表面温度，在空气中自然散热，两管的外径相差8倍，若两管都遵循同一准则方程式：Nu=0.53Gr0.25，则两管的对流换热系数相差几倍。

6. 两根不同直径的蒸汽管道，外面都覆盖一层厚度相同、材料相同的热绝缘层。如果管子表面及热绝缘层外表面的温度都相同，试问：两管海米长度热损失相同吗?若不相同，哪个大?试证明之。

7. 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。试求每米管长对空气的自然对流热损失(不考虑辐射散热)。

8. 有一水平放置的空气夹层，夹层厚度为20mm，热面温度为130℃，冷面温度为30℃。试求：

(1)热面的下边，冷面在上边时的对流换热量； (2)热面在上边，冷面在下边时的对流换热量。

9. 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。

10.求两个无限大平行板间的本身辐射、有效辐射、投射辐射、净辐射。已知两个无限大平行板温度分别为1000℃和200℃，黑度均为0.8。

11.将上题中的两平板中安放一块黑度为0.05的遮热板，试求这两无限大平行平面间的净辐热量。

12.求直径为0.3m，黑度为0.8的裸气管的辐射散热损失。已知裸气管的表面温度为440℃，周围环境温度为20℃。如果在裸气管周围安置遮热管(黑度为0.82，直径为0.4)，再计算裸气管的辐射散热损失。

13.用热电偶测量粗管道内热气体的温度，测得管道内壁温度tw=350℃，热电偶的读数t1=450℃。已知热电偶接点处的对流换热系数?c=66.2W/m2?℃，热电偶套管的表面黑度?1=0.8，试计算气体的真实温度。

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