材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)
- 格式:doc
- 大小:1.32 MB
- 文档页数:26
第一章 流体的主要物理性质1-1何谓流体,流体具有哪些物理性质?答:流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和气体。
流体的主要物理性质有:密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
2、在图3.20所示的虹吸管中,已知H1=2m ,H2=6m ,管径D=15mm ,如果不计损失,问S 处的压强应为多大时此管才能吸水?此时管内流速υ2及流量Q 各为若干?(注意:管B 端并未接触水面或探入水中)解:选取过水断面1-1、2-2及水平基准面O-O 1-1面(水面)到2-2面的贝努利方程再选取水平基准面O ’-O ’,列过水断面2-2及3-3的贝努利方程(B) 因V2=V3 由式(B)得 图3.20 虹吸管gpH gpa 220222121υγυγ++=++gppa 22222υγγ++=gp g p H H a 202)(2322221υγυγ++=+++ggp2102823222υυγ+=++)(28102水柱m p=-=γ)(19620981022a p p =⨯=)/(85.10)410(8.92)2(222s m ppg a =-⨯=--=γγυ)/(9.1)/(0019.085.104)015.0(3222s L s m A Q ==⨯⨯==πυ5、有一文特利管(如下图),已知d 1 =15cm ,d 2=10cm ,水银差压计液面高差∆h =20cm 。
若不计阻力损失,求常温(20℃)下,通过文氏管的水的流量。
解:在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2处测量静压力差p 1和p 2,则由式const v p =+22ρ可建立有关此截面的伯努利方程: ρρ22212122p v p v +=+ 根据连续性方程,截面1和2上的截面积A 1和A 2与流体流速v 1和v 2的关系式为2211v A v A =所以 ])(1[)(2212212A A p p v --=ρ 通过管子的流体流量为 ])(1[)(2212212A A p p A Q --=ρ )(21p p -用U 形管中液柱表示,所以074.0))15.01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22223332212'2=-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=--∆=πρρρA A h g A Q (m 3/s)式中 ρ、'ρ——被测流体和U 形管中流体的密度。
材料加工原理课后习题答案【篇一:《材料加工成型原理》思考题参考答案】s=txt>单晶体的塑性变形:滑移和孪生;多晶体的塑性变形:晶内变形和晶界变形通过各种位错运动而实现的晶内一部分相对于另一部分的剪切运动,就是晶内变形。
剪切运动有不同的机理,其中最基本的是滑移、孪生和扭析。
其中滑移变形是主要的;而孪生变形是次要的,一般仅起调节作用。
在t》0.5t熔时,可能出现晶间变形。
这类变形不仅同位错运动有关,而且扩散机理起着很重要的作用。
扩散蠕变机理又包括扩散-位错机理、溶质原子定向溶解机理、定向空位流机理。
在金属和合金的塑性变形过程中,常常同时有几种机理起作用。
具体的塑性变形过程中各种机理的具体作用要受许多因素的影响。
例如晶体结构、化学成分、相状态、组织、温度、应变量和应变速率等因素的影响。
在冷态条件下,由于晶界强度高于晶内,多晶体的塑性变形主要是晶内变形,晶间变形只起次要作用,而且需要有其它变形机制相协调。
变形机理主要有:晶内滑移与孪生、晶界滑移和扩散蠕变。
热塑性变形时,通常的热塑性变形速度较快,而且高温下,由于晶界的强度低于晶内,使得晶界滑动易于进行,所以晶粒相互滑移和转动起着尤为重要的作用。
温度越高,原子动能和扩散能力就越大,扩散蠕变既直接为塑性变形作贡献,也对晶界滑移其调节作用。
热塑性变形的主要机理是晶内滑移。
2. 滑移和孪生塑性变形机制的主要区别滑移是指在力的作用下晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变,滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。
孪生是指晶体在切应力作用下沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。
滑移和孪生是单晶体的主要变形机制,都是通过位错运动而实现晶内的一部分相对于另一部分的剪切运动。
但是他们也明显的区别,如下:由孪生的变形过程可知,孪生所发生的切变均匀地波及整个孪生变形区,而滑移变形只集中在滑移面上,切变是不均匀的;孪生切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍(而是几分之一原子间距),而滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍;孪生变形后,孪晶面两边晶体位向不同,成镜像对称;而滑移时,滑移面两边晶体位向不变;由于孪生改变了晶体的取向,因此孪晶经抛光浸蚀后仍可观察到,而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现;孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多,常萌发于滑移受阻引起的局部应力集中区;孪生变形的速度极大,常引起冲击波,发出声响;滑移时全位错运动的结果,孪生是不全位错运动。
第一章流体的主要物理性质1-1何谓流体,流体具有哪些物理性质?答:流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和气体。
流体的主要物理性质有:密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg/m3,试求教重度γ和质量体积v。
解:由液体密度、重度和质量体积的关系知:∴质量体积为1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中,当压强为2MN/m2时体积为995cm3,当压为多少?强为1MN/m2时体积为1000 cm3,问它的等温压缩率kT公式(2-1):解:等温压缩率KTΔV=995-1000=-5*10-6m3注意:ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa将V=1000cm3代入即可得到K=5*10-9Pa-1。
T注意:式中V是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所示,在相距h=0.06m的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板,在薄板的上下分别放有不同粘度的油,并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v=0.3m/s被拖动时,每平方米受合力F=29N,求两种油的粘度各是多少?解:流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡,即代入数据得η=0.967Pa.s第二章流体静力学2-1作用在流体上的力有哪两类,各有什么特点?解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。
质量力是作用在流体内部任何质点上的力,大小与质量成正比,由加速度产生,与质点外的流体无关。
而表面力是指作用在流体表面上的力,大小与面积成正比,由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。
2-2什么是流体的静压强,静止流体中压强的分布规律如何?解:流体静压强指单位面积上流体的静压力。
静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定,即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。
2-3写出流体静力学基本方程式,并说明其能量意义和几何意义。
解:流体静力学基本方程为:同一静止液体中单位重量液体的比位能可以不等,比压强也可以不等,但比位能和比压强可以互换,比势能总是相等的。
材料加⼯冶⾦传输原理习题答案第⼀章流体的主要物理性质1-1何谓流体,流体具有哪些物理性质?答:流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和⽓体。
流体的主要物理性质有:密度、重度、⽐体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg /m 3,试求教重度y 和质量体积v 。
解:由液体密度、重度和质量体积的关系知:)m /(88208.9900g 3N VG=*===ργ∴质量体积为)/(001.013kg m ==ρν1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中,当压强为2MN /m 2时体积为995cm 3,当压强为1MN /m 2时体积为1000 cm 3,问它的等温压缩率k T 为多少? 解:等温压缩率K T 公式(2-1): TT P V VK-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3注意:ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa将V=1000cm 3代⼊即可得到K T =5*10-9Pa -1。
注意:式中V 是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所⽰,在相距h =0.06m 的两个固定平⾏乎板中间放置另⼀块薄板,在薄板的上下分别放有不同粘度的油,并且⼀种油的粘度是另⼀种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v =0.3m/s 被拖动时,每平⽅⽶受合⼒F=29N ,求两种油的粘度各是多少?解:流体匀速稳定流动时流体对板⾯产⽣的粘性阻⼒⼒为YA F 0y x νητ==平板受到上下油⾯的阻⼒之和与施加的⼒平衡,即hh F 0162/22/h νηνηνητ=+==合代⼊数据得η=0.967Pa.s第⼆章流体静⼒学(吉泽升版)2-1作⽤在流体上的⼒有哪两类,各有什么特点? 解:作⽤在流体上的⼒分为质量⼒和表⾯⼒两种。
质量⼒是作⽤在流体内部任何质点上的⼒,⼤⼩与质量成正⽐,由加速度产⽣,与质点外的流体⽆关。
⽽表⾯⼒是指作⽤在流体表⾯上的⼒,⼤⼩与⾯积成正⽐,由与流体接触的相邻流体或固体的作⽤⽽产⽣。
一、名词解释1 流体:能够流动的物体。
不能保持一定的形状,而且有流动性。
2 脉动现象:在足够时间内,速度始终围绕一平均值变化,称为脉动现象。
3 水力粗糙管:管壁加剧湍流,增加了流体流动阻力,这类管称为水力粗糙管。
4 牛顿流:符合牛顿粘性定律的流体。
5 湍流:流体流动时,各质点在不同方向上做复杂无规则运动,相互干扰的运动。
这种流动称为湍流。
6 流线:在同一瞬时,流场中连续不同位置质点的流动方向线。
7 流管:在流场内取任意封闭曲线,通过该曲线上每一点,作流线,组成的管状封闭曲面,称流管。
8 边界层:流体通过固体表面流动时,在紧靠固体表面形成速度梯度较大的流体薄层称边界层。
9 伪塑性流:其特征为(),当n<1时,为伪塑型流。
10非牛顿流体:不符合牛顿粘性定律的流体,称之为非牛顿流体,主要包括三类流体。
11宾海姆塑流型流体:要使这类流体流动需要有一定的切应力ι时流体处于固结状态,只有当切应力大于ι时才开始流动。
12稳定流:运动参数只随位置改变而与时间无关,这种流动就成为稳定流。
13非稳定流:流场的运动参数不仅随位置改变,又随时间不同而变化,这种流动就称为非稳定流。
14迹线:迹线就是流体质点运动的轨迹线,特点是:对于每一个质点都有一个运动轨迹,所以迹线是一族曲线,而且迹线只随质点不同而异,与时间无关。
16 水头损失:单位质量(或体积)流体的能量损失。
17 沿程阻力:它是沿流动路程上由于各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力,也叫摩擦阻力。
18 局部阻力:流体在流动中因遇到局部障碍而产生的阻力。
19脉动速度:脉动的真实速度与时均速度的差值成为脉动速度。
20 时均化原则:在某一足够长时间段内以平均值的速度流经一微小有效断面积的流体体积,应该等于在同一时间段内以真实的有脉动的速度流经同一微小有效断面积的流体体积。
21热传导:物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递称为热传导。
第一章(第二章的内容)第一部分:液态金属凝固学1.1 答:(1)纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。
原子集团的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离的原子,这样的结构处于瞬息万变的状态,液体内部存在着能量起伏。
(2)实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体,也就是说,实际的液态合金除了存在能量起伏外,还存在结构起伏。
1.2答:液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。
表面张力对应于液-气的交界面,而界面张力对应于固-液、液-气、固-固、固-气、液-液、气-气的交界面。
表面张力σ和界面张力ρ的关系如(1)ρ=2σ/r,因表面张力而长生的曲面为球面时,r为球面的半径;(2)ρ=σ(1/r1+1/r2),式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。
附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。
1.3答:液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素;不同点:流动性是确定条件下的冲型能力,它是液态金属本身的流动能力,由液态合金的成分、温度、杂质含量决定,与外界因素无关。
而冲型能力首先取决于流动性,同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。
提高液态金属的冲型能力的措施:(1)金属性质方面:①改善合金成分;②结晶潜热L要大;③比热、密度、导热系大;④粘度、表面张力大。
(2)铸型性质方面:①蓄热系数大;②适当提高铸型温度;③提高透气性。
(3)浇注条件方面:①提高浇注温度;②提高浇注压力。
(4)铸件结构方面:①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度;②降低结构复杂程度。
1.4 解: 浇注模型如下:则产生机械粘砂的临界压力 ρ=2σ/r显然r =×0.1cm =0.05cm 21则 ρ==6000Pa 410*5.05.1*2-不产生机械粘砂所允许的压头为H =ρ/(ρ液*g )==0.08m 10*750060001.5 解: 由Stokes 公式上浮速度 92(2v )12r r r -=r 为球形杂质半径,γ1为液态金属重度,γ2为杂质重度,η为液态金属粘度γ1=g*ρ液=10*7500=75000γ2=g 2*ρMnO =10*5400=54000所以上浮速度 v ==9.5mm/s 0049.0*95400075000(*10*1.0*223)-)(-3.1解:(1)对于立方形晶核 △G 方=-a 3△Gv+6a 2σ①令d △G 方/da =0 即 -3a 2△Gv+12a σ=0,则临界晶核尺寸a *=4σ/△Gv ,得σ=△Gv ,代入①4*a △G 方*=-a *3△Gv +6 a *2△Gv = a *2△Gv 4*a 21均质形核时a *和△G 方*关系式为:△G 方*= a *3△Gv 21(2)对于球形晶核△G 球*=-πr *3△Gv+4πr *2σ34临界晶核半径r *=2σ/△Gv ,则△G 球*=πr *3△Gv 32所以△G 球*/△G 方*=πr *3△Gv/( a *3△Gv)3221将r*=2σ/△Gv ,a *=4σ/△Gv 代入上式,得△G 球*/△G 方*=π/6<1,即△G 球*<△G 方*所以球形晶核较立方形晶核更易形成3-7解: r 均*=(2σLC /L)*(Tm/△T)=cm =8.59*10-319*6.618702731453*10*25.2*25)+(-9m△G 均*=πσLC 3*Tm/(L 2*△T 2)316=π*=6.95*10-17J 316262345319*)10*6.61870(2731453*10*10*25.2()+()-3.2答:从理论上来说,如果界面与金属液是润湿得,则这样的界面就可以成为异质形核的基底,否则就不行。
第一章 流体的主要物理性质1-1何谓流体,流体具有哪些物理性质?答:流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和气体。
流体的主要物理性质有:密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg /m 3,试求教重度y 和质量体积v 。
解:由液体密度、重度和质量体积的关系知: ∴质量体积为)/(001.013kg m ==ρν1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中,当压强为2MN /m 2时体积为995cm 3,当压强为1MN /m 2时体积为1000 cm 3,问它的等温压缩率k T 为多少?解:等温压缩率K T 公式(2-1): TT P V V K ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3注意:ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa将V=1000cm 3代入即可得到K T =5*10-9Pa -1。
注意:式中V 是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所示,在相距h =0.06m 的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板,在薄板的上下分别放有不同粘度的油,并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v =0.3m/s 被拖动时,每平方米受合力F=29N ,求两种油的粘度各是多少?解:流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡,即代入数据得η=0.967Pa.s第二章 流体静力学(吉泽升版)2-1作用在流体上的力有哪两类,各有什么特点?解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。
质量力是作用在流体内部任何质点上的力,大小与质量成正比,由加速度产生,与质点外的流体无关。
而表面力是指作用在流体表面上的力,大小与面积成正比,由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。
2-2什么是流体的静压强,静止流体中压强的分布规律如何?解: 流体静压强指单位面积上流体的静压力。
静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定,即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。
第一章 流體的主要物理性質1-1何謂流體,流體具有哪些物理性質?答:流體是指沒有固定的形狀、易於流動的物質。
它包括液體和氣體。
流體的主要物理性質有:密度、重度、比體積壓縮性和膨脹性。
2、在圖3.20所示的虹吸管中,已知H1=2m ,H2=6m ,管徑D=15mm ,如果不計損失,問S 處的壓強應為多大時此管才能吸水?此時管內流速υ2及流量Q 各為若干?(注意:管B 端並未接觸水面或探入水中)解:選取過水斷面1-1、2-2及水準基準面O-O 1-1面(水面)到2-2面的貝努利方程再選取水準基準面O ’-O ’,列過水斷面2-2及3-3的貝努利方程(B) 因V2=V3 由式(B)得圖3.20 虹吸管 gpH gpa 220222121υγυγ++=++gppa 22222υγγ++=gp g p H H a 202)(2322221υγυγ++=+++ggp2102823222υυγ+=++)(28102水柱m p =-=γ)(19620981022a p p =⨯=)/(85.10)410(8.92)2(222s m p p g a=-⨯=--=γγυ)/(9.1)/(0019.085.104)015.0(3222s L s m A Q ==⨯⨯==πυ5、有一文特利管(如下圖),已知d 1 =15cm ,d 2=10cm ,水銀差壓計液面高差∆h =20cm 。
若不計阻力損失,求常溫(20℃)下,通過文氏管的水的流量。
解:在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2處測量靜壓力差p 1和p 2,則由式const v p =+22ρ可建立有關此截面的伯努利方程: ρρ22212122p v p v +=+根據連續性方程,截面1和2上的截面積A 1和A 2與流體流速v 1和v 2的關係式為2211v A v A =所以 ])(1[)(2212212A A p p v --=ρ 通過管子的流體流量為 ])(1[)(2212212A A p p A Q --=ρ )(21p p -用U 形管中液柱表示,所以074.0))15.01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22223332212'2=-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=--∆=πρρρA A h g A Q (m 3/s)式中 ρ、'ρ——被測流體和U 形管中流體的密度。