金属凝固原理复习大纲
绪论
1、凝固定义
宏观上：物质从液态转变成固态的过程。微观上：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。
2、液态金属凝固的实质：原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程
液态金属的结构特征：“近程有序”、“远程无序”
组成：液态金属是由游动的原子团、空穴或裂纹构成
3、液态金属的性质：粘度和表面张力
粘度的物理意义：单位接触面积，单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力
粘度的本质上是原子间的结合力
影响液体金属粘度的主要因素是：化学成分、温度和夹杂物
表面张力的物理意义：作用于表面单位长度上与表面相切的力，单位N/m
影响液体金属表面张力的主要因素是：熔点、温度和溶质元素。取决于质点间的作用力4、液体结构的特性：近程有序和远程无序
晶体:凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。
单晶体:在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体
多晶体:大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。
吸附是液体或气体中某种物质在相界面上产生浓度增高或降低的现象。
金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶
金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为二次结晶
当向溶液中加入某种溶质后，使溶液表面自由能降低，并且表面层溶质的浓度大于溶液内部深度，则称该溶质为表面活性物质（或表面活性剂），这样的吸附称为正吸附。反之，如果加入溶质后，使溶液的表面自由能升高，并且表面层的溶质浓度小于液体内部的浓度，则称该溶质为非表面活性物质（或非表面活性剂），这样的吸附为负吸附
第一章凝固过程的传热
1、凝固过程的传热特点：“一热、二迁、三传”
“一热”指热量的传输是第一重要；
“二迁”指存在两个界面，即固－液相间界面和金属－铸型间界面。
“三传”指动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维热物理过程。
2、金属型特点：具有很高的导热性能；非金属型铸造特点：与金属相比具有非常小热导率，故凝固速度主要取决于铸型的传热性能。铸型外表面温度变化不大，故可把铸型看成是半无限厚的。
第二章凝固动力学
1、自发过程：从不平衡态自发地移向平衡态的过程（不可逆过程）
2、化学势：某一组元的化学势为1mol该组元物质的吉布斯自由能，是1mol的恒温等压势。
3、公切线原理求相平衡P61.63
4、判断平衡相（液相还是固相）P65
4、溶质平衡分配系数K0：恒温下固相溶质浓度C S与液相溶质浓度C L达到平衡时的比值。
K0=C S/C L=m L/m S=
5、界面曲率对溶质平衡分配系数k0影响：曲率半径小的晶体，其固液界面前沿富集起来的液相溶质浓度比曲率半径大的晶体小。在理想溶液中是均匀向下移动相图中液固相线位置。
6、压力对溶质平衡分配系数k0的影响：均匀地向上移动相图中液固相线位置。
第三章凝固动力学
1、形核：亚稳定的液态金属通过起伏作用在某些微观小区域内生成稳定存在的晶态小质点的过程。
2、均质形核：在没有任何外来的均质溶体中，依靠液体金属内部自身结构自发地形核。均质形核在溶体各处概率相同，全部固液界面都由形核过程提供。因此热力学能障大，所需驱动力大。
异质形核：在不均匀的溶体中依靠外来夹杂或型壁界面所提供的异质界面进行形核。异质形核首先发生在外来界面处，因此能障较小，所需的驱动力也较小。
3、形核相变的驱动力：固液相体积自由能差；阻力：界面能。
4、形核速率是在单位体积中单位时间内形成的晶核数目。
5、在液相中那些对形核有催化作用的现成界面上形成的晶核称为非自发形核
6、均质形核理论的局限性：
均质形核是对理想纯金属而言的，其过冷度很大比实际液态金属凝固时的过冷度大多了。实际上金属结晶时的过冷度一般为几分之一摄氏度到十几摄氏度。实际的液态金属(合金)在凝固过程中多为异质形核。
7、均质形核与异质形核的异同：
相同点：异质形核的临界晶核半径在形式上与均质形核临界晶核半径完全相同
不同点：①均质形核临界晶核是球体，而异质形核的晶核为球体的一部分（球冠），因而异质晶核中所含原子数目少，这样的晶坯易形成。②润湿角θ与均质形核无关，而影响异质晶核的体积
8、形核剂的条件：
①适配度小②粗糙度大③分散性好④温稳定性好
9、当晶格点阵适配度δ≤5% 时，通过点阵畸变过渡，可以实现界面两侧原子之间的一一对应。这种界面称为完全共格界面，其界面能较低，衬底促进非均质生核的能力很强；当5%＜δ＜25%时为部分共格界面；当δ≥25% 时，为不共格，夹杂物衬底无形核能力。10、界面共格对应原则：固相杂质表面的原子排列规律和原子（晶粒细化剂的选择原则）间距与新相晶核相近。（晶粒细化剂选择原则）
11、粗糙界面（非小晶面）：微观粗糙，宏观光滑。非小晶面长大。大部分金属属于此类。
光滑界面（小晶面）：微观光滑，宏观粗糙。小晶面长大。非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此。
第四章单相合金的凝固
1、合金可分为单相合金和多相合金两大类。单相合金是指在凝固过程中只析出一个固相的合金，如固溶体、金属间化合物等。多相合金是指凝固过程中同时析出两个以上新相的合金如有共晶、包晶或偏晶转变的合金。
2、溶质再分配：合金在凝固过程中，已析出固相排出多余的溶质原子（或溶剂原子），并富集在界面的液体中，造成成分分离的现象。（合金凝固过程的一大特点）
3、平衡分配系数K o实际上描述了在固、液两相共存的条
件下溶质原子在界面两侧的平衡分配特征。
4、成分过冷：合金晶体在长大过程中，因溶质再分配而引起的过冷，称为成分过冷。其过冷度称为成分过冷的过冷度。
5、热过冷：金属凝固过程中，纯粹由热扩散控制形成的过冷，称为热过冷，其过冷度称为热过冷的过冷度。
6、成分过冷条件：①合金凝固过程中溶质在固-液界面前沿富集；②满足成分过冷判别式。
7、成分过冷的过冷度在生长着的固-液界面处最小，离开界面逐渐增大，因此界面很不稳定。
8、成分过冷降低了实际过冷度，阻碍了晶体的生长。凡是溶质富集的地方，那里成分过冷就越大，其过冷度就越小，该处生长就越慢。
9、影响成分过冷的因素：
由成分过冷判据式可知，下列因素有利于成分过冷：
①液相中温度梯度小，G L小；
②晶体生长速度快，v大；
③陡的液相线斜率，m L大；
④原始成分浓度高，C0大；
⑤液相中溶质扩散慢，D L低；
⑥k0＜1时，k0小；k0＞1时，k0大
备注：①和②属于工艺因素，③-⑥属于合金方面因素。
10、强成分过冷元素（表面活性元素）的选取原则：
①熔点低（液相线斜率陡，m L大）
②原子半径大（液相中溶质扩散慢，D L 低）
③在合金中的固溶度小（k0小）
11、成分过冷的单相合金四种宏观生长方式（如右图）：
①无成分过冷的平面生长（G L1）
②窄成分过冷区的胞状生长（G L2）
③较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长（G L3）
④宽成分过冷区的自由树枝晶生长（G L4）
12、“外生生长”与“内生生长”的概念：
外生生长：晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式。平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属此类。
内生生长：等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式。
13、合金固溶体凝固时的晶体生长形态：
?不同的成分过冷情况（成分过冷主要结论！）
①无成分过冷——平面晶
②窄成分过冷区间——胞状晶
③成分过冷区间较宽——柱状树枝晶
⑤宽成分过冷——内部等轴晶
14、平面生长→胞状生长→树枝晶生长演变过程：
由大逐渐减小，即随“成分过冷”程度增大，固溶体生长方式变化为：
平面晶→胞状晶→胞状树枝晶(柱状树枝晶)→内部等轴晶(自由树枝晶)
第五章多相合金的凝固
1、共晶组织的分类：
①规则共晶(金属一金属共晶)，属于非小平面—非小平面共晶。
?固一液界面：在原子尺度上是粗糙界面。
?组成：金属—金属相或金属—金属间化合物相。
?组织形态：层片状及棒状（出现哪种结构要取决于：①α与β相间的体积比②第三组元的存在。若某一相体积分数小于1/π时，该相出现棒状结构；若体积分数在1/π-1/2之间时，两相均以片状结构出现。造成原因：结构表面能的大小。体积分数小于1/π时，棒状结构表面能小于片状结构；体积分数在1/π-1/2之间时，片状结构表面能小于棒状结构）。
?决定共晶两相长大的因素：热流的方向和两组元在液相中的扩散，两相长大过程互相依赖的关系是界面附近的溶质横向扩散。
?固一液界面形态：将近似地保持着平面，其等温面基本上也是平直的。（每一相的长大受着另一相存在的影响，当共晶结晶时，两相并排地结晶出来并垂直于固一液界面长大）。
②非规则共晶(金属一非金属共晶)，属于非小平面一小平面。
?固一液界面：一个是特定的晶面。
?组织形态：多种多样，简化为片状与丝状两大类。
?固一液界面形态：非平面的且是极不规则的，其等温面也不是平直的。
△金属—金属共晶与金属—非金属共晶相同点：热力学原理和动力学原理一样；不同点如上所述。
2、共生生长：在共晶合金结晶时，后析出的相依附于领先相表面而析出，进而形成相互交叠的双相晶核且具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元，彼此偶合的共同向前生长。
3、离异生长：两相没有共同的生长界面，它们各以不同的速度而独立生长，在形成的组织中没有共生共晶的特征，这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称为离异共晶。
4、偏晶合金的最终显微形貌将要取决于三个界面能、L1与L2的密度差以及固一液界面的推进速度
5、晶体生长机制（方式）：
?非小晶面结构——连续长大（正常长大）
?小晶面结构——侧面长大①二维晶核台阶②晶体缺陷台阶：螺位错、孪晶沟槽。
6、“侧面长大”方式的三种机制：
?二维晶核机制：台阶在界面铺满后即消失，要进一步长大仍须再产生二维晶核。
?螺旋位错机制：这种螺旋位错台阶在生长过程中不会消失。
?孪晶面机制：长大过程中沟槽可保持下去，长大不断地进行。
7、非平衡状态下的共晶生长区P173
第六章金属凝固的宏观组织
1、浇注及凝固过程中液体的三种流动形式:
①浇注时存在液流的冲刷——强制对流。
②浇注时及浇注完毕后液体存在自然对流。
③存在着枝晶间及分枝间的液体流动——微观流动。
2、金属凝固的典型宏观组织：
①表层细晶区
②内部柱状晶区：晶粒垂直于型壁排列，且平行于热流方向
③中心等轴晶区：晶粒较为粗大
3、获得细等轴晶的措施：
①增大冷却速度（V冷↑）和降低浇
注温度（t浇↓）
②加强液体在浇注和凝固期间的流
动
（促使型壁上已凝固层晶体的脱落，
分枝的熔断脱落及脱落晶体的增
殖。）
③孕育处理
⑴外加晶核：
（在浇注时向液流中加入被细化相
具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属的碎粒，使之成为异质形核的有效衬底，促使异质形核，增加晶粒数而细化晶粒。）
⑵采用生核剂
（加入的物质不一定能作为晶核，但通过它与液态金属的某些元素相互作用，能产生晶核或成为有效衬底，这类物质称为生核剂。）
⑶采用强过冷成分元素
（强成分过冷元素在Al-Si合金中称为变质
剂，生产中称为变质处理）
孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添
加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到
细化晶粒的目的。———————————————————————————————————————简答题目：
1、纯金属和实际金属液态结构有何异同？
纯金属的液态结构：接近熔点的液态金属是由和原子晶体显微晶体和“空穴”组成。
实际金属的液态结构：存在着两种起伏：能量起伏、浓度起伏。微观上是由结构和成分不同的游动原子集团，空穴和许多固态，气态，液态化合物组成，是一种浑浊液体，而从化学键上看除了金属基体与其合金元素组成的金属键外，还存在着其他化学健。
2、液态金属的基本特征是什么？
①有固定的体积。②有很好的流动性。③物理化学性质接近于固态，而远离气态。
3、相平衡条件
相平衡时，每一组元在共存的各相中的化学势都必须相等。在k个元素含有p个相的体系中，恒温等压的化学平衡条件是：
4、固液界面在结构上有哪两种类型？他们在微观和宏观上的特点是什么？
光滑界面（小平面）和粗糙界面（非小平面）。粗糙界面：微观粗糙，宏观光滑；光滑界面：微观光滑，宏观粗糙。
5、界面类型的实质是什么？
能量最低时的原子沉积几率不同。能量最低时原子沉积几率近似为0或1，说明是光滑界面；能量最低时原子沉积几率近似为远离0或1，说明是粗糙界面。
6、讨论长大机制与过冷度的关系。
①过冷度小，按螺位错方式长大；②过冷度大，连续长大；③二维晶核长大在任何情况下，可能性都不大。
7、形核的首要条件是什么？
形核的首要条件是系统必须处于亚稳态提供相变驱动力；其次需要通过起伏作用克服能障才能形成稳定存在的晶核并确保其进一步生长。
8、为什么自发形核的临界形核功等于形成临界形核表面能的1/3？
见P93
9、均质形核机制必须具备哪些条件？
①冷液体中存在相起伏，以提供固相晶核的晶胚。
②形核导致体积自由能降低，界面自由能提高。为此，晶胚需要体积达到一定尺寸才能稳定存在。
③过冷液体中存在能量起伏和温度起伏，以提供临界形核功。
④为维持形核功，需要一定的过冷度
10、即三个基本条件：过冷度，能量起伏，结构起伏。为什么过冷度是液态金属凝固的驱动力？
等压条件下，体系自由能随温度升高而降低，且液态金属
自由能随温度降低的趋势大于固态金属。在熔点附近凝固
时，热焓和熵值随温度的变化可忽略不计，则有相变驱动
力：
过冷度△T＝T-Tm为金属凝固的驱动力，过冷度越大，凝固驱动力越大；金属不可能在T＝Tm时凝固。
11、为什么说异质形核比均质形核容易？影响异质形核的基本因素和其他条件是什么？（1）因为均质形核在其形核过程中为克服过程中的能障，所需要的过冷度是很大的，而实际金属凝固过程中的过冷度远小于此，所以较难发生；对异质形核而言，液态金属中存在一些微小的固相杂质质点，并且液态金属在凝固时还和型壁相接触，于是晶核就可以优先依附于这些现成的固体表面形核，因此形核所需的过冷度大大降低，所以异质形核比均质形核更容易。
12、界面共格对应原则的实质是什么？
增大固、液两相界面附着力，减小异质形核的形核功，使固相质点成为异质形核的有效衬底。
13、成分过冷的判据式（有过冷/无过冷）
无成分过冷判据式为：
有成分过冷判据式为：
14、成分过冷的本质是什么？
①成分过冷使实际过冷度降低，阻碍固液界面的推进。
②成分过冷使界面不稳定，不能保持平面生长。
③成分过冷阻止原有界面的生长，促进界面前方液相中形核。
15、共生生长具备的两个基本条件是什么？
①两相生长能力要相近，且析出相要容易在先析出相上形核和长大。
②A、B两组元在界面前沿的横向传输能保证两相等速生长的需要。
期末成绩=考试60％+平时40％
一、填空题15×1分=15分
二、名词解释题5×4分=20分
三、简答题5×5分=25分
四、计算与证明3×10分=30分
五、论述题1×10分=10分
食工原理复习题及答案(不含计算题) 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_________.平均流速为______。 ***答案*** 0.0157m3.s-1 2.0m.s-1 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。 ***答案*** 2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。 ***答案*** 出口阀 4.（3分）题号2005 第2章知识点100 难度容易 某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________. ***答案*** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近____________的温度，而传热系数K值接近____________的对流传热系数。 ***答案*** 饱和水蒸汽；空气 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________. ***答案*** 间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称_______________。由于中央循环管的截面积_______。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的
______________，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的_______________循环。 ***答案*** 标准式，较大，要小，自然 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为_________,平均流速为_______。 ***答案*** 22kg.s-1 ; 2.8m.s-1 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. ***答案*** 粒子所受合力的代数和为零24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 11. 非结合水份是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快____________倍。 ***答案*** 201 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp
化工热力学答案_课后总习题答案详解 第二章习题解答 一、问答题： 2-1为什么要研究流体的pVT 关系？ 【参考答案】：流体p-V-T 关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。（1）流体的PVT 关系可以直接用于设计。（2）利用可测的热力学性质（T ，P ，V 等）计算不可测的热力学性质（H ，S ，G ，等）。只要有了p-V-T 关系加上理想气体的id p C ，可以解决化工热力学的大多数问题。 2-2在p -V 图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。 【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：T >T c 、p >p c 。 2）临界点C 的数学特征： 3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线； 4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。 5）过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。 6）过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。 7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。 2-3 要满足什么条件，气体才能液化？ 【参考答案】：气体只有在低于T c 条件下才能被液化。 2-4 不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？ 【参考答案】：不同。真实气体偏离理想气体程度不仅与T 、p 有关，而且与每个气体的临界特性有 ()() () () 点在点在C V P C V P T T 00 2 2 ==?? ?
关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子r T ，r P 和ω。 2-5 偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？ 【参考答案】：偏心因子ω为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氩，氪、氙）在形状和极性方面的偏心度。为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。 偏心因子不可以直接测量。偏心因子ω的定义为：000.1)p lg(7.0T s r r --==ω ， ω由测定的对比温度为0.7时的对比饱和压力的数据计算而得，并不能直接测量。 2-6 什么是状态方程的普遍化方法？普遍化方法有哪些类型？ 【参考答案】：所谓状态方程的普遍化方法是指方程中不含有物性常数a ，b ，而是以对比参数作为独立变量；普遍化状态方程可用于任何流体、任意条件下的PVT 性质的计算。普遍化方法有两种类型：（1）以压缩因子的多项式表示的普遍化关系式 (普遍化压缩因子图法)；（2）以两项virial 方程表示的普遍化第二virial 系数关系式(普遍化virial 系数法) 2-7简述三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别。 【参考答案】：三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别在于为了提高对比态原理的精度，引入了第三参数如偏心因子ω。三参数对应态原理为：在相同的 r T 和r p 下，具有相同ω值的所有 流体具有相同的压缩因子Z ，因此它们偏离理想气体的程度相同，即),P ,T (f Z r r ω=。而两参数对应状态原理为：在相同对比温度r T 、对比压力 r p 下，不同气体的对比摩尔体积r V （或压缩因子z ） 是近似相等的，即(,) r r Z T P =。三参数对应状态原理比两参数对应状态原理精度高得多。 2-8总结纯气体和纯液体pVT 计算的异同。 【参考答案】： 由于范德华方程（vdW 方程）最 大突破在于能同时计算汽、液两相性质，因此，理论上讲，采用基于vdW 方程的立方型状态方程能同时将纯气体和纯液体的性质计算出来（最小值是饱和液体摩尔体积、最大值是饱和气体摩尔体积），但事实上计算的纯气体性质误差较小，而纯液体的误差较大。因此，液体的p-V-T 关系往往采用专门计算液体体积的公式计算，如修正Rackett 方程，它与立方型状态方程相比，既简单精度又高。 2-9如何理解混合规则？为什么要提出这个概念？有哪些类型的混合规则？ 【参考答案】：对于混合气体，只要把混合物看成一个虚拟的纯物质，算出虚拟的特征参数，如Tr ，
金属凝固原理思考题 1．表面张力、界面张力在凝固过程的作用和意义。 2．如何从液态金属的结构特点解释自发形核的机制。 3．从最大形核功德角度，解释0 /= ?dr G d的含义。 4．表面张力、界面张力在凝固过程和液态成形中的意义。 5．在曲率为零时，纯镍的平衡熔点喂1723K，假设镍的球形试样半径是1cm，1μm、μm，其 熔点温度各为多少已知△H=18058J/mol，V m =606cm3/mol，σ=255×107J/cm2 6．证明在相同的过冷度下均质形核时，球形晶核与立方形晶核哪种更易形成。 7．用平面图表示，为什么晶体长大时，快速长大的晶体平面会消失，而留下长的速度较慢的平面。 8．用相变热力学分析为何形核一定要在过冷的条件下进行。 9．证明在相同的过冷度下均质形核时，球形晶核与立方形晶核哪种更易形成。 8．试导出平衡凝固及液相完全混合条件下凝固时T*与f s 的关系。 9．Ge-Ga锭中含有Ga10ppm（质量分数），凝固速度R为8×10-3J/s，无对流现象，试绘出凝 固后锭长度上的成分分布图，给出最初成分、最后过渡区的长度。设D L =5×10-5cm2/s, k = 10．从溶质再分配的角度出发，解释合金铸件中宏观偏析形成的原因及其影响因素。 12．根据成分过冷理论，阐述工艺和合金两个方面的因素对结晶形貌的影响方式。 13．在揭示铸件内部等轴晶的形成机制和控制铸件凝固组织方面，大野美的实验有何意义。14．在片层状规则共晶的生长过程中，界面上各组元原子的扩散运动规律及其与生长速度的关系。 15．在长大速度一定的条件下，温度梯度G L 是否影响规则共晶的片层间距原因何在 16．如何认识液态金属的结构特征，液态金属的结构特征对形核有何影响。 17．试分析表面张力和界面张力形成的物理原因及其与物质原子间结合力的关系。 18．证明在相同的过冷度下均质形核时，体积相同的球形晶核与立方形晶核哪种更易形成。 试导出平衡凝固及液相完全混合条件下T* L 与f L 的关系。19。Al-Cu（w C =1%）合金于单向 凝固中生长速度为3×10-4cm/s，完全没有对流（合金相图中C E =33%（Cu），C Sm =%（Cu），
自然辩证法 第一章马克思主义自然观 1、如何理解朴素唯物主义自然观、机械唯物主义自然观和辩证唯物主义自然观的辩证关系？ 2、如何认识机械唯物主义自然观的局限性？ 3、如何把握系统自然观、人工自然观和生态自然观对认识人与自然辨证关系的意义和作用？ 4、如何理解马克思主义自然观形成和发展的价值和意义？ 5、如何认识生态自然观和生态文明建设之间的辩证关系？ 第二章马克思主义科学技术观 1、如何理解18、19世纪科学技术发展与马克思、恩格斯科学技术思想产生的关系？ 2、怎样认识马克思、恩格斯的科学技术思想在马克思主义理论体系中的重要地位？ 3、马克思、恩格斯和国外学者关于技术本质的分析有何主要差异？ 4、如何理解科学技术一体化的特征？ 5、为什么说科学发展表现为继承与创新的统一？ 6、怎样认识技术发展的动力？ 第三章马克思主义科学技术方法论 1、如何理解马克思主义科学技术方法论与科学研究中的具体方法的关系？ 2、如何理解辩证思维渗透在科学研究的全部过程中？ 3、如何把握创造性思维特性？ 4、数学方法的运用对于科学研究是否有创造性的作用？ 5、注意多学科的交叉与融通有何方法论意义？ 6、掌握系统科学和复杂性科学的方法对于科学研究有何积极意义？ 7、观察是否渗透信念？ 8、实验有自己独立的生命，是否不需要理论的指导？理论对实验如有指导，是否实验就没有自己独立的生命？ 9、技术构思、技术设计和技术试验三者的关系如何？ 第四章马克思主义科学技术社会论 1、为什么说“科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量”？ 2、如何看待科学技术对人的异化和对自然的异化？ 3、科学技术的社会体制和组织机构对科学技术的发展有何意义？ 4、为什么要对科学技术工作者进行伦理规范？ 5、如何保障科学技术在社会中健康、持续地运行？ 6、如何理解科学技术文化与人文文化之间的冲突与协调？ 第五章中国马克思主义科学技术观与创新型国家 1、怎样认识毛泽东、邓小平、江泽民、胡锦涛科学技术思想的与时俱进？ 2、如何理解胡锦涛“大力发展民生科技”的重要思想？ 3、为什么说中国马克思主义科学技术观是一个科学、完整的思想理论体系？ 4、如何理解中国马克思主义科学技术观的理论精髓？
2 习题 第1章 绪言 一、是否题 1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。( 错。 和 ，如一 体积等于2V 的绝热刚性容器，被一理想的隔板一分为二，左侧状态是T ，P 的理想气体，右侧是T 温度 的真空。当隔板抽去后，由于Q ＝W ＝0， ， ，，故体系将在T ，2V ，0.5P 状态下 达到平衡， ， ， ） 2. 封闭体系的体积为一常数。（错） 3. 封闭体系中有两个相 。在尚未达到平衡时，两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则 两个相都等价于均相封闭体系。（对） 4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P (T ，V )的自变量中只有一个强度 性质，所以，这与相律有矛盾。（错。V 也是强度性质） 7. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终 态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的 ；同样，对于初、终态压力相等的过程有 。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。） 8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是（其中 ），而一位学生认 为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。(错。) 9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。（错。有时可能不一致） 10. 自变量与独立变量是不可能相同的。（错。有时可以一致） 三、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。 3. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P ，V )等温可逆地膨胀到(P ，V )，则所做的功为 i i f f (以V 表示)或 (以P 表示)。 4. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知 )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P ，则
金属凝固原理思考题 1．表面张力、界面张力在凝固过程的作用和意义。 2． 如何从液态金属的结构特点解释自发形核的机制。 答：晶体熔化后的液态结构是长程无序，而短程内却存在不稳定的、接近有序的原子集团。由于液态中原子运动较为强烈，在其平衡位置停留时间甚短，故这种局部有序排列的原子集团此消彼长，即结构起伏和相起伏。当温度降到熔点以下，在液相中时聚时散的短程有序原子集团，就可能成为均匀形核的晶胚，从而进行均匀形核。 3．从最大形核功的角度，解释 d G / dr 0 的含义。 4．表面张力、界面张力在凝固过程和液态成形中的意义。 5． 在曲率为零时，纯镍的平衡熔点为 1723K ，假设镍的球形试样半径是 1cm ，1μm 、μ m ， 3 7 2 其熔点温度各为多少已知△ H=18058J/mol ， V m =606cm/mol ，σ =255×10 J/cm 6．（与第 18 题重复）证明在相同的过冷度下均质形核时，球形晶核与立方形晶核哪种更易 形成。 答：对于球形晶核：过冷液中出现一个晶胚时，总的自由能变化为 G=（ 4πr 3 V ） G/3 2 σ。临界晶核的半径为 * ，由 d * =-2 σ / v mm T ，则临界形 +4πr r G/dr=0 求得： r G=2σT /L 核的功及形核功为： * 3 /3 2 3 2 2 G 球=16πσ G v =16πσ T m /3(L m T) . 对于立方形晶核：同理推得临界半径形 r * =-4 σ/ G v ，形核功 * 3 / 2 。 G 方 =32σ G v * * 则 G 球 < G 方，所以在相同的过冷度下均质形核时，球形晶核比立方形晶核更容易。 7．用平面图表示，为什么晶体长大时，快速长大的晶体平面会消失，而留下长的速度较慢的 平面。 8．用相变热力学分析为何形核一定要在过冷的条件下进行。 答：在一定温度下，从一相转变为另一相的自由能变化： G= H-T S 。令液相到固相 转变的单位体积自由能变化为： G V =G S -G L ，(G S 、G L 分别为固相和液相单位体积自由能） 。由 G=H-S 可知， G V =（H S -H L ) —T(S S -S L ) 。由于恒压下， H P =H S -H L =—L m ， S m =S S -S L =— L m /T m ，（L m 为熔化热， S m 为熔化熵）。整理以上各式得： G V L m T ，其中 m -T 。由上式可知： T m T=T 要使 G V <0，必须使 T>0，即 T 化工热力学复习题 一、选择题 1. T 温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（ C ） A. 饱和蒸汽 超临界流体 过热蒸汽 2. 纯物质的第二virial 系数B （ A ） A 仅是T 的函数 B 是T 和P 的函数 C 是T 和V 的函数 D 是任何两强度性质的函数 3. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ B ） A. 1x y z Z Z x x y y ?????????=- ? ? ?????????? B. 1y x Z Z x y x y Z ?????????=- ? ? ?????????? C. 1y x Z Z x y x y Z ?????????= ? ? ?????????? D. 1y Z x Z y y x x Z ?????????=- ? ? ?????????? 4. 关于偏离函数M R ，理想性质M *，下列公式正确的是（ C ） " A. *R M M M =+ B. *2R M M M =- C. *R M M M =- D. *R M M M =+ 5. 下面的说法中不正确的是 ( B ) （A ）纯物质无偏摩尔量 。 （B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数。 （C ）偏摩尔性质是强度性质。 （D ）强度性质无偏摩尔量 。 6. 关于逸度的下列说法中不正确的是 ( D ) （A ）逸度可称为“校正压力” 。 （B ）逸度可称为“有效压力” 。 （C ）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D ）逸度可代替压力，使真实气体的状态方程变为fv=nRT 。 （E ）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。 7. 二元溶液，T, P 一定时,Gibbs —Duhem 方程的正确形式是 ( C ). a. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 2 = 0 b. X 1dlnγ1/dX 2+ X 2 dlnγ2/dX 1 = 0 ` c. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 1 = 0 d. X 1dlnγ1/dX 1– X 2 dlnγ2/dX 1 = 0 8. 关于化学势的下列说法中不正确的是( A ) A. 系统的偏摩尔量就是化学势 B. 化学势是系统的强度性质 C. 系统中的任一物质都有化学势 D. 化学势大小决定物质迁移的方向 9．关于活度和活度系数的下列说法中不正确的是 ( E ) （A ）活度是相对逸度，校正浓度,有效浓度；(B) 理想溶液活度等于其浓度。 （C ）活度系数表示实际溶液与理想溶液的偏差。（D ）任何纯物质的活度均为1。 （E ）r i 是G E /RT 的偏摩尔量。 10．等温等压下，在A 和B 组成的均相体系中，若A 的偏摩尔体积随浓度的改变而增加，则B 的偏摩尔体积将（B ） A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不一定 " 11．下列各式中，化学位的定义式是 ( A ) 12．混合物中组分i 的逸度的完整定义式是（ A ）。 A. d G ___i =RTdln f ^i , 0lim →p [f ^i /(Y i P)]=1 B. d G ___i =RTdln f ^i , 0lim →p [f ^ i /P]=1 C. dG i =RTdln f ^i , 0lim →p f i =1 ； D. d G ___i =RTdln f ^i , 0lim →p f ^ i =1 j j j j n nS T i i n T P i i n nS nV i i n nS P i i n nU d n nA c n nG b n nH a ,,,,,,,,])([.])([.])([.])([.??≡??≡??≡??≡μμμμ 《液态金属成型原理》习题一 （第一章 第三章） 1. 根据实验现象说明液态金属结构。描述实际液态金属结构。 实验依据： 1）多数金属熔化有约3-5%的体积膨胀,表明原子间距增加1-1.5%； 2）熔化时熵增大，表明原子排列混乱程度增加，有序性下降； 3）汽化潜热远大于熔化潜热, 比值=15-28，液态结构更接近固态； 4）衍射图的特征可以用近程有序概括；仅在几个原子间距范围内，质点的排列与固态相似，排列有序； 液态金属结构：液体是原子或分子的均质的、密集的、“短程有序”的随机堆积集合体。其中既无晶体区域，也无大到足以容纳另一原子的空穴。与理想结构不同，实际金属含有杂质和合金元素，存在着能量起伏、结实验数据 液体结构定性推论 熔化时，约 3-5%的体积膨 胀。 原子间距增加1-1.5%,排列松散 Lb>>Lm 与固态相比，金属原子的结合键破坏很少部分 熔化时熵增大 排列的有序性下降，混乱度增加 气、液、固相比较，液态金属结构更接近固态 构起伏和成分起伏。 2.估计压力变化10kbar引起的铜的平衡熔点的变化。已知液体铜的摩尔 体积为8.0?10-6m3/mol，固态为7.6?10-6m3/mol，熔化潜热Lm=13.05kJ/mol，熔点为1085?C。 41.56K 3.推导凝固驱动力的计算公式，指出各符号的意义并说明凝固驱动力的本 质。 本质：凝固驱动力是由过冷度提供的，过冷度越大，凝固驱动力越大。 4.在环境压力为100kPa下，在紧靠熔融金属的表面处形成一个直径为2μm 的稳定气泡时，设气泡与液体金属的σ=0.84N/m，求气泡的内压力。 P=100kPa +( 2*0.84N/m)/(1*10-6m)=1780kPa 5.如何区分固—液界面的微观结构？ 界面结构判据：Jackson因子α≤2，X=0.5时，?G=min，粗糙界面； α≥3，X→ 0或1时，?G=min，光滑界面； 6.推导均质形核下临界晶核半径和临界形核功，并说明过冷度对二者的影 响 e a n d A l l e i 2012《自然辩证法概论》 第一章 马克思主义自然观 1.如何理解朴素唯物主义自然观、机械唯物主义自然观和辩证唯物主义自然观的辩证关系？ 2. 如何认识机械唯物主义自然观的方法论意义？ 3. 如何理解马克思主义自然观形成和发展的价值和意义？ 4. 如何把握系统自然观、人工自然观和生态自然观对认识人与自然辩证关系的意义和作用？ 5. 如何认识中国马克思主义自然观的理论意义和实践价值？第二章 马克思主义科学技术观 1.怎样认识马克思、恩格斯的科学技术思想在马克思主义理论体系中的重要地位？ 2.马克思、恩格斯和国外学者关于技术本质的分析有何主要差异？ 3.如何理解科学技术一体化的特征？ 4.为什么说科学发展表现为继承与创新的统一？ 5.如何理解18、19世纪科学技术发展与马克思、恩格斯科学技术思想产生的关系？ 6.怎样认识技术发展的动力？第三章 马克思主义科学技术方法论1.如何把握创造性思维特性？ 2.数学方法的运用对于科学研究是否有创造性的作用？ 3.掌握系统科学和复杂性科学的方法对于科学研究有何积极意义？ 4.实验有自己独立的生命，是否不需要理论的指导？理论对实验如有指导，是否实验就没有自己独立的生命？ 5.如何理解马克思主义科学技术方法论与科学研究中的具体方法的关系 6.如何理解辩证思维渗透在科学研究的全部过程中 7.注意多学科的交叉与融贯有何方法论意义8.观察是否渗透信念 9.技术构思、技术设计和技术试验三者的关系如何？ 第四章 马克思主义科学技术社会论 1.如何看待科学技术对人的异化和对自然的异化？ 2.为什么要对科学技术工作者进行伦理规范？ 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_0.0157m3.s-1_.平均流速为__ 2.0m.s-1____。 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。出口阀 4.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________.4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近__饱和水蒸汽；_的温度，而传热系数K值接近___空气____的对流传热系数。 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___、__、___.间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称__标准式__。由于中央循环管的截面积__较大_____。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的____要小__，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的____自然__循环。 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为__22kg.s-1 __,平均流速为_ 2.8m.s-1______。 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是__粒子所受合力的代数和为零_ 。滞流沉降时，其阻力系数=__24/ Rep ___. 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁)1140w 11. 非结合水份是主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快___201___倍。 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp 14. 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量WI＿＿WII AI＿＿＿A II。（大于，等于，小于） 大于，小于 15. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的____________，以使前一效引出的______________作后一效_________，以实现_____________再利用。为低、二次蒸汽、加热用、二次蒸汽 16. 物料干燥时的临界水份是指＿由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率；它比物料的结合水份大。 17. 如右图所示：已知,ρ水=1000kg.m-3,ρ空气=1.29kg.m-3,R=51mm,则△p=500_ N.m-2,ξ=_1（两测压点A.B间位差不计） 本题目有题图：titu141.bmp 18. 板框压滤机主要由__滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成_，三种板按1—2—3—2—1—2—3—2—1的顺序排列组成。 19. 去除水份时固体收缩最严重的影响是在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层，因而降低了干燥速率。 20. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的_为低，以使前一效引出的_二次蒸汽作后一效加热用，以实现_二次蒸汽_再利用。 21. 恒定的干燥条件是指空气的＿湿度、温度、速度＿以及＿与物料接触的状况＿都不变。 22. 物料的临界含水量的大小与_物料的性质，厚度和恒速干燥速度的大小__等因素有关。 二、选择题： 1. 当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为( ) B. A. 气体的粘度太小 B. 气体的密度太小 C. 气体比液体更容易起漩涡 D. 气体破坏了液体的连续性 2. 降膜式蒸发器内溶液是（C ）流动的。 A. 自然循环； B. 强制循环； C. 不循环 3. 当空气的t=t=tφ（A）。 化工热力学习题集(附标准答案) ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 模拟题一 一．单项选择题（每题1分，共20分） 本大题解答（用A 或B 或C 或D ）请填入下表： 1. T 温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（C ） A. 饱和蒸汽 B. 超临界流体 C. 过热蒸汽 2. T 温度下的过冷纯液体的压力P （ A ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 3. T 温度下的过热纯蒸汽的压力P （ B ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 4. 纯物质的第二virial 系数B （ A ） A 仅是T 的函数 B 是T 和P 的函数 C 是T 和V 的函数 D 是任何两强度性质的函数 5. 能表达流体在临界点的P-V 等温线的正确趋势的virial 方程，必须至少用到（ ） A. 第三virial 系数 B. 第二virial 系数 C. 无穷项 D. 只需要理想气体方程 6. 液化石油气的主要成分是（ A ） A. 丙烷、丁烷和少量的戊烷 B. 甲烷、乙烷 C. 正己烷 7. 立方型状态方程计算V 时如果出现三个根，则最大的根表示（ B ） A. 饱和液摩尔体积 B. 饱和汽摩尔体积 C. 无物理意义 8. 偏心因子的定义式（ A ） A. 0.7lg()1 s r Tr P ω==-- B. 0.8lg()1 s r Tr P ω==-- C. 1.0lg()s r Tr P ω==- 9. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ B ） A. 1x y z Z Z x x y y ???? ?????=- ? ? ?????????? B. 1y x Z Z x y x y Z ????????? =- ? ? ?????????? C. 1y x Z Z x y x y Z ????????? = ? ? ?????????? D. 1y Z x Z y y x x Z ????????? =- ? ? ?????????? 10. 关于偏离函数M R ，理想性质M *，下列公式正确的是（ C ） A. *R M M M =+ B. *2R M M M =- C. *R M M M =- D. *R M M M =+ 11. 下面的说法中不正确的是 ( B ) （A ）纯物质无偏摩尔量 。 （B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数。 （C ）偏摩尔性质是强度性质。（D ）强度性质无偏摩尔量 。 12. 关于逸度的下列说法中不正确的是 ( D ) （A ）逸度可称为“校正压力” 。 （B ）逸度可称为“有效压力” 。 （C ）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D ）逸度可代替压力，使真实气体 的状态方程变为fv=nRT 。 （E ）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 凝固过程模型的作用。(1)物理模型和数学模型可以定性和定量的描述凝固现象。(2)通过电子计算机数值模拟对凝固过程的研究，有效的控制凝固过程，保证铸件的质量。 为什么说液态金属的结构更接近固态而非气态。(1)能量角度：以面心立方结构其汽化潜热比熔化潜热约大28倍。(2)液态与固态相比，其原子结合键的削弱是不大的。(3)金属由固态转变为液态过程中熵的增值小，可以再次说明，在熔点附近金属的液态结构与固态结构相差不会太大。 液态金属的微观结构有何特点。(1)液体金属原子以近程有序排列排列(2)有能量起伏现象：由于液体中原子热运动的能量较大，每个原子在三维方向都有相邻的原子，经常相互碰撞，交换能量。(3)存在结构起伏:液体中存在的能量起伏造成每个原子集团内具有较大动能的原子能克服邻近原子的束缚，(除了在集团内产生很强的热运动外)还能成簇地脱离原有集团而加入到别的原子集团中，或组成新的原子集团。 液态金属的性质对铸件质量有何影响。 ①粘度对铸坯质量的影响(1)对液态金属流动状态的影响：液态金属流动状态分为紊流和层流。受粘度影响液态金属的流动阻力流动状态。而流动状态直接影响铸坯宏观质量，如气孔等。(2)对液态金属对流的影响：运动粘度越大，对流强度越小。近期研究表明，铸坯的宏观偏析主要受对流的影响。(3)对液态金属净化的影响：粘度越大，夹杂物上浮速度越小，越容易滞留在铸坯中。 ②表面张力对铸坯质量的影响(1)表面张力产生附加压力P=2σ/r，提高金属液中气体析出的阻力。(2)表面张力产生附加压力P=2σ/r，影响金属液与铸型的相互作用。附加压力为正值时(润湿)，铸坯表面光滑，但反映铸型型腔的能力较差。附加压力为负值时(不润湿)，金属液能很好地反映铸型型腔，但是容易与铸型粘结(粘砂)，阻碍收缩，甚至产生裂纹。宽、窄结晶温度范围合金流动停止的机理和特点。 纯金属和窄结晶温度范围：(a)过热量未完全散失前为纯液态流动。(b)冷的前端在型壁上凝固结壳。(c)后边的金属液在被加热的管道中流动，冷却强度下降。由于液流通过I 区终点时，尚有一定的过热度，将已经凝固的壳重新熔化，为第II区。所以，该区是先形成凝固壳，又被完全熔化。第III区是末被完全熔化而保留下来的一部分固相区，在该区的终点金属液耗尽了过热热量。在IV区，液相和固相具有相同的温度——结晶温度。由于在该区的起点处结晶开始较早，断面上结晶完毕也较早，往往在它附近发生堵塞。前端液态金属凝固收缩，形成吸力，产生喇叭状缩孔。 宽结晶温度范围合金：(a)有过热，纯液态流动。(b)温度低于液相线，析出晶体。析出的晶体顺流前进，并不断长大。前端冷却快，晶粒粗大。(c)前端晶粒达到一定数量，结成一个连续的网络，阻碍后边的液态金属流动，流动停止。所联成的网受到后面液态金属向前的推力，造成前突特征。 自然辨证法的性质、学科地位。 课程性质：是马克思主义哲学的重要组成部分。 学科地位：他在哲学认识的层面上，处于马哲和科学技术（具体学科）的中间环节。爱因斯坦：它是“全部科学之母”。 自然辨证法的研究对象和内容。 研究对象和范围领域：自然界—科学—技术—社会。与之相适应，自然辩证法的体系和内容是：自然观—科学观—技术观—科学技术与社会。自然辩证法是对科学技术的发展及其社会发展的相互关系进行考察的研究领域。 内容：辩证唯物主义自然观、科学观与科学方法论、技术观与技术方法论、科学技术与社会。古希腊自然哲学的主要问题。 万物的本原 泰勒斯—水；阿那克西米尼—气；赫拉克利特—火；恩培多柯勒“四元素说，火土气”；留基伯和德谟克利特—原子论。 原子论的基本思想：原子是最小不可分、运动不停息的物质微粒；原子在性质上相同，在大小和形状上是多种多样的；原子在无限虚空中彼此吸引和排斥、分离和结合，构成了自然界的多种对象和万物的运动。 近代：道尔顿化学原子论现代：原子结构理论 （2）宇宙的起源和演化恩培多克勒《论自然》，写宇宙 （3）“自然”的含义 是一个自身有生命的、不断的生长发育的有机体。 关于生命起源的一些猜测：生命起源于泥潭；人是鱼变的；心脏是人体中心；脑室思想和感觉的器官。 古代朴素辩证法自然观的基本特点。 特点：直观性、思辨性、猜测性 把自然界当作一个统一的有机体，力图在某种有固定形体的东西中去寻找统一。自然界的一起东西都在运动、变化、产生和消失。对自然界作直观的考察。 机械唯物主义自然观的贡献和局限性。 贡献：摒弃了古代朴素辩证自然观的直观性、思辨性和猜测性，具有较坚定的自然科学基础，在对自然界细节的认识上高于古代，是巨大的进步。 局限性： （1）机械性：以机械的观点看待自然界和人。用力学的尺度去衡量一切，把一切运动的原因归结为力。恩格斯批判：“滥用力的概念。” （2）形而上学性：与当时自然科学研究所运用的分析方法密切相关。 （3）不彻底性：必然导致自然观与历史观的割裂，陷入神学目的论。 林耐：动植物物种和人是上帝创造的；牛顿：上帝是“第一推动力。” 阐述辩证唯物主义自然观创立的自然科学基础。 (1)生产方式的发展与理论自然科学的产生 从18世纪下半叶开始，以蒸汽机为标志的近代以来的第一次技术革命以及随之而来的产业革命促进了资本主义的发展，推动了自然科学的发展。 (2)18世纪末—19世纪中叶，理论科学地主要成就：牛顿，机械自然观；康德 ①天体演化的“星云说” 1755年，康德发表《自然通史与天体论》，提出了太阳起源的星云假说。1796年，法国的 化工热力学课后答案 第1章 绪言 一、是否题 1. 封闭体系的体积为一常数。（错） 2. 封闭体系中有两个相βα, 。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系； 达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。（对） 3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相 等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =2 1 T T V dT C U ?；同样，对于初、终态 压力相等的过程有? =2 1 T T P dT C H ?。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。） 二、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的 功为() f i rev V V RT W ln =(以V 表示)或() i f rev P P RT W ln = (以P 表示)。 3. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = 0 ，Q =() 1121T P P R C ig P ??? ? ??--， U =( )11 2 1T P P R C ig P ??? ? ? ?--，H = 112 1T P P C ig P ??? ? ??-。 B 等温过程的 W =21ln P P RT -，Q =2 1ln P P RT ，U = 0 ，H = 0 。 C 绝热过程的 W =( ) ???? ????? ? -???? ??--112 11ig P C R ig P P P R V P R C ，Q = 0 ，U = ( ) ??????????-???? ??-11211ig P C R ig P P P R V P R C ，H =1121T P P C ig P C R ig P ??????????-???? ??。 金属凝固原理思考题 1． 表面张力、界面张力在凝固过程的作用和意义。 2． 如何从液态金属的结构特点解释自发形核的机制。 答：晶体熔化后的液态结构是长程无序，而短程内却存在不稳定的、接近有序的原子集团。由于液态中原子运动较为强烈，在其平衡位置停留时间甚短，故这种局部有序排列的原子集团此消彼长，即结构起伏和相起伏。当温度降到熔点以下，在液相中时聚时散的短程有序原子集团，就可能成为均匀形核的晶胚，从而进行均匀形核。 3． 从最大形核功的角度，解释0/=?dr G d 的含义。 4． 表面张力、界面张力在凝固过程和液态成形中的意义。 5． 在曲率为零时，纯镍的平衡熔点为1723K ，假设镍的球形试样半径是1cm ，1μm 、μm ，其熔点温度各为多少已知△H=18058J/mol ，V m =606cm 3/mol ，σ=255×107J/cm 2 6． （与第18题重复）证明在相同的过冷度下均质形核时，球形晶核与立方形晶核哪种更易形成。 答：对于球形晶核：过冷液中出现一个晶胚时，总的自由能变化为ΔG=（4πr 3ΔG V /3）+4πr 2σ。临界晶核的半径为r *，由d ΔG/dr=0求得：r *=-2σ/ΔG v =2σT m /L m ΔT ，则临界形核的功及形核功为：ΔG *球=16πσ3/3ΔG v 2=16πσ3T m 2/3(L m ΔT)2. 对于立方形晶核：同理推得临界半径形r *=-4σ/ΔG v ，形核功ΔG *方=32σ3/ΔG v 2。 则ΔG *球<ΔG *方，所以在相同的过冷度下均质形核时，球形晶核比立方形晶核更容易。 7． 用平面图表示，为什么晶体长大时，快速长大的晶体平面会消失，而留下长的速度较慢的平面。 8．用相变热力学分析为何形核一定要在过冷的条件下进行。 答：在一定温度下，从一相转变为另一相的自由能变化：ΔG=ΔH-T ΔS 。令液相到固相转变的单位体积自由能变化为：ΔG V =G S -G L ，(G S 、G L 分别为固相和液相单位体积自由能）。由G=H-S 可知，ΔG V =（H S -H L )—T(S S -S L )。由于恒压下，ΔH P =H S -H L =—L m ，ΔS m =S S -S L =—L m /T m ，（L m 为熔化热，ΔS m 为熔化熵）。整理以上各式得：m m V T T L G ?-= ?，其中ΔT=T m -T 。由上式可知：要使V G ?<0，必须使ΔT>0，即T化工热力学复习题(附答案)
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