材料工程基礎題集(含答案)

2【例1-2】長度L=1m，直徑d=200mm水平放置的圓柱體，置于內(nèi)徑D=206mm的圓管中以u=1m/s的速度移動，已知間隙中油液的相對密度為d=0.92，運動粘度ν=5.6×10-4m2/s，求所需拉力F為多少？

【解】間隙中油的密度為動力粘度為

（kg/m3）（Pa·s）3由牛頓粘性定律由于間隙很小，速度可認為是線性分布

（N）4習題１1.與牛頓粘性定律直接有關的因素是：

A切應力和壓強；B切應力和剪切變形速度C切應力和剪切變形；D切應力和流速2.為了進行絕緣處理,將導線從充滿絕緣涂料的模具中間拉過．已知導線直徑為０.８mm,涂料的粘度μ＝０.０２Pa.s,模具的直徑為０.９mm,長度為２０mm,導線的牽拉速度為５０m/s，試求所需的牽拉力。5習題一答案B解：由牛頓粘性得2023/10/156【例2-1】如圖2-16所示測量裝置，活塞直徑d=35㎜，油的相對密度d油=0.92，水銀的相對密度dHg=13.6，活塞與缸壁無泄漏和摩擦。當活塞重為15Ｎ時，h=700㎜，試計算Ｕ形管測壓計的液面高差Δh值。圖2-162023/10/157（㎝）得Δh：【解】重物使活塞單位面積上承受的壓強為（Pa）

列１-１面平衡方程2023/10/158【例2-2】如圖2-17所示為雙杯雙液微壓計，杯內(nèi)和Ｕ形管內(nèi)分別裝有密度ρ1=l000kg/m3和密度ρ2=13600kg/m3的兩種不同液體，大截面杯的直徑Ｄ＝100mm，Ｕ形管的直徑d=10mm，測得h=30mm，計算兩杯內(nèi)的壓強差為多少?圖2-172023/10/159=3709.6(pa)【解】列1—2截面上的等壓面方程而故2023/10/1510[例3.1]：左圖為一水箱帶一收縮圓錐噴嘴，水位高h。請判斷下列說法是否正確：（1）h為為常數(shù)時點2的加速度為零，點1有遷移加速度；（2）h隨時間變化時，2點只有當?shù)丶铀俣?，點1既有當?shù)丶铀俣扔钟羞w移加速度。

2023/10/1511【例3.2】已知用拉格朗日變量表示得速度分布為ux=(a+2)eτ-2，uy=(b+2)eτ-2，且τ=0時，x=a，y=b。求（1）τ=3時質(zhì)點分布；（2）a=2，b=2質(zhì)點的運動規(guī)律；（3）質(zhì)點加速度?！窘狻扛鶕?jù)題意可得2023/10/1512將上式積分，得上式中c1、c2為積分常數(shù)。利用τ=0時，x=a，y=b得c1

=-2，c2=-22023/10/1513

（1）將τ=3代入上式得

（2）a=2，b=2時

(3)2023/10/1514【例3.3】在任意時刻，流體質(zhì)點的位置是x=5τ2，其跡線為雙曲線xy=25。質(zhì)點速度和加速度在x和y方向的分量為多少？【解】根據(jù)題意可得2023/10/1515得2023/10/1516【例3.４】給定速度場ux＝x＋

，uy＝－y－，求①

＝1時過（1，1）點的質(zhì)點的跡線；②過（1，1）點的流線?！窘狻竣儆邵E線微分方程2023/10/1517積分得當

＝1時，過（x，y）=（1，1）的質(zhì)點有c1＝3/e，c2＝e。故此質(zhì)點的跡線方程為2023/10/1518

由此例可知，流線與跡線是不一致的。

當

=1時，此流線方程為故此流線方程為過（1，1）空間點有②由流線方程積分得解：先計算爐壁的平均溫度例：設某窯爐的耐火磚壁厚0.5m，內(nèi)壁面溫度為1000℃，外壁面溫度為0℃，耐火磚的導熱系數(shù)λ=1.16×(1+0.001t)W/(m.℃)。試求通過爐壁的熱流密度q?！嫒缓蟾鶕?jù)平均溫度算導熱系數(shù)平均值：再根據(jù)算熱流密度：【例題3.1】一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，厚3mm，導熱系數(shù)為1.05W/(m·K)；中間空氣層厚5mm，設空氣隙僅起導熱作用，導熱系數(shù)為2.60×10-2W／(m·K)。室內(nèi)空氣溫度為25℃。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20W/(m2·K)；室外空氣溫度為-10℃，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15W/(m2·K)。試計算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。解(1)雙層玻璃窗：(2)單層玻璃窗情形：單層玻璃窗的散熱量是雙層玻璃窗的2.6倍?！纠}3.2】一臺鍋爐的爐墻由三層材料疊合組成。最里面是耐火粘土磚，厚115mm；中間是B級硅藻土磚，厚125mm；最外層為石棉板，厚70mm。已知爐墻內(nèi)、外表面溫度分別為495℃和60℃，試求每平方米爐墻每小時的熱損失及耐火粘土磚與硅藻土磚分界面上的溫度。解δl=115mm，δ2=125mm，δ3=70mm。各層的導熱系數(shù)可根據(jù)估計的平均溫度從附錄中查出。k1=1.12W/(m·K)k2=0.116W/(m·K)k3=0.116W/（m·K)

（W/m2)2耐火粘土磚與硅藻土磚分界面的溫度（℃）1每平方米爐墻每小時的熱損失例題4-1，求下列圖形中的角系數(shù)解：

[例題2-5]兩無限大平行平面，其表面溫度分別為20℃及600℃，輻射率均為0.8。試求這兩塊平行平面的（1）本身輻射；（2）投射輻射；3）有效輻射。【解】（1）兩物體的本身輻射為=334.66(w/m2)=26370(w/m2)（2）物體的有效輻射是本身發(fā)射輻射與反射輻射之和，即對于兩個無限大平等平板，一板的有效輻射必然全部投射到二板上，反之亦然。即同理（3）有效輻射(w/m2)

(w/m2)

[例題2-6]兩無限長套管，內(nèi)管和外管的溫度分別是527℃和27℃，輻射率均為0.8，內(nèi)管以熱輻射形式傳給外管的熱量是1060W/m，內(nèi)管直徑是20mm，求：外管直徑為多少？【解】內(nèi)管向外管的輻射面積外管向內(nèi)管的輻射面積內(nèi)管輻射給外管的熱量為單位長度內(nèi)管輻射給外管的熱量為

由已知代入上式

解得0.051m=51mm?！纠?-7】某窯爐壁內(nèi)層為耐火粘土磚，外層為紅磚，已知爐壁內(nèi)表面溫度為1000℃，外表面溫度要求不得超過80℃，并要求盡量多用紅磚少用耐火磚。已知耐火磚的導熱系數(shù)kt=0.698+0.64×10-3t(w/m.K)，紅磚的導熱系數(shù)kt=0.465+0.51×10-3t(w/m.K)，紅磚最高使用溫度