材料工程作业及解答

材料工程作业及解答内容摘要：

0mm, k2=(m℃ )，3＝ 110mm, k3=(m℃ )。 炉墙内侧耐火砖的表面温度为 900℃。 炉墙外侧红砖的表面温度为 50℃。 试计算通过炉墙的导热热流密度 及 硅藻土层的平均温度。 解： 1＝ 200mm ， k1=(m℃ )， 2＝ 50mm, k2=(m℃ )， 3＝ 110mm, k3=(m℃ ) )()()/(121422231112233221141℃，℃ kqttkqttmWkkkttq 硅藻土层的平均温度为 ： )(4642 32 ℃ tt 52 墙壁由材料 1（δ 1=200mm， k1= w/m℃）和材料 2（δ 2=40mm， k2= w/m℃）砌筑而成。 试问在其外表面上包一层多厚的矿物棉保温材料（ k3= w/m℃）才能使通过此墙壁的热损失减少为原来热损失的 40%。 假设墙壁二侧的换热系数保持不变，其中 h1 =10 w/m2℃，h2 =40 w/m2℃。 提示： 由于没有给出壁面的具体温度，只能考虑总热流的情况，可 将传导换热和对流换热组成一串联热阻。 解： δ 1=200mm， k1= w/m℃ δ 2=40mm， k2= w/m℃ k3= w/m℃ δ 3=? [由于没有给出壁面的具体温度，只能考虑总热流的情况，并 将传导换热和对流换热组成一串联热阻 ] [ %40 qq , rtq / ] %40111123322111222111 hkkkhhkkh )11( 22211133  hkkhk  ∴ )(44)( 9 2 mmm  作业六 61 一直径为 5 cm、长为 30 cm的钢圆柱体，初始温度为 20℃，将其放入炉温为 1200℃的加热炉中加热， 用时 ， 钢圆柱体升温到 800℃。 求 钢圆柱体表面与 炉 气间的换热系数h。 钢的物性参数 ： c=480 J/(kg℃ )， ρ =7753 kg/m3， k=33 W/(m℃ )。 解： )e xp (0 cVhAtt tt ff  )( 2 hhlcr rdlcVhA    ) xp (120200 1202000 h h= W/(m2℃ ) 验证： Mrld lrhAVhBi )/( 22    M=1/2 ∴ 可以采用集总参数法 求解。 62 厚 8 mm的瓷砖被堆放在室外货场上，并与 15℃的环境处于热平衡。 此后，把它们搬入25℃的室内。 为了加速升温过程，每块瓷砖被分散地搁在墙旁。 设此时瓷砖两面与室内环境的表面传热系数 h 为 W/ (m2 K)。 为防止瓷砖脆裂，需待其温度上升到 10℃以上才可操作。 问需等待多少时间。 已知瓷砖的 a= 107m2/s， k= W/( m K)。 若瓷砖厚度增加 1倍，其他条件不变，问等待时间又为多少 ? 解： 23 ＜  khBi  因此，可采用集总参数法求解该非稳态导热问题。 )e xp (0 FoBi  2aFo ∴ (m i n ))(13082510 )104(272302    sLnLnaBi  当瓷砖厚度增加 1 倍，其他条件不变时： 2 ＜ khBi  ∴ (m i n ))(26152510 )108(2723   sLn 作业 七 71相互垂直的平表面 1和平表面 2的几何位置和尺寸如图示， 利用交叉线法求角系数 F1， 2。 解： 32)3512()1532(2ab)()(222222222,1 bdacbcadF 72 设有一供热管道外径 d=400mm，长度 10m，外壁温度 t1=80℃，表面黑度ε 1=，把它置于一横截面为 1m 1m的砖砌沟槽内，沟槽内壁黑度ε 2=，温度 t2=40℃。 试求：（ 1）管道表面的辐射换热量； （ 2）若考虑对流换热，且 h=℃，求管道表面的散热量。 [说明，以对角线形式取截面图的 1/4，应用交叉线法和余弦定律，可以证明 F1,2≈ 1] 解 ： （ 1）)1(1)222112112,1AAEEAQ bb（ ] )100( )100[( 424121 TTEE bb  A1=10dπ = （ m2） A2=10 4 1=40 （ m2） ∴ )(3288)1(1)22211。