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問(wèn)答題火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管在起動(dòng)過(guò)程中受到T_∞=1500K的高溫燃?xì)饧訜?，受材料的限制其局部壁溫不得大?500K.為延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間在噴管內(nèi)壁噴涂了一層厚10mm的陶瓷，其物性參數(shù)為λ=10W/(m.K)，α=6×10^-6m²/s。試對(duì)此情況下噴管能承受的運(yùn)行時(shí)間作一保守的估計(jì)。設(shè)內(nèi)表面與高溫燃?xì)忾g的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=2500W/(m².K)，噴管的初始溫度T₀=300K。

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一種保守的估計(jì)方法是假定噴管壁面是絕熱的，則相當(dāng)于厚為2δ₁的平板，

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1.問(wèn)答題一塊后300mm的板塊鋼坯（含碳近似為0.5％）的初溫為20℃，送于溫度為1200℃的爐子里單側(cè)加熱，不受熱側(cè)面可近似地認(rèn)為是絕熱的。已知鋼板熱擴(kuò)散率α=5.55×10^-6m²/s，加熱過(guò)程中平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為290W/(m².K)，設(shè)確定加熱到鋼板表面溫度低于爐溫15℃時(shí)所需的時(shí)間，及此時(shí)鋼板兩表面間的溫差。

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2.問(wèn)答題汽輪機(jī)在啟動(dòng)一段時(shí)間后，如果蒸汽速度保持勻速上升，則汽缸壁中的溫度變化會(huì)達(dá)到或接近這樣的工況：壁中各點(diǎn)的溫度對(duì)時(shí)間的偏導(dǎo)數(shù)即不隨時(shí)間而異，又不隨地點(diǎn)而變（稱(chēng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況）。試對(duì)準(zhǔn)工況導(dǎo)出汽缸壁中最大溫差的計(jì)算公式。

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把氣缸壁作為平壁處理且假定其外表面絕熱，如上圖所示，則準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況時(shí)氣缸壁中溫度分布可用下列數(shù)學(xué)式描寫(xiě)：

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3.問(wèn)答題有兩塊同樣材料的平板A及B，A的厚度為B的兩倍，從統(tǒng)一高溫爐中取出置于冷流體中淬火。流體與各表面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均可視為無(wú)限大。已知板B中心點(diǎn)的過(guò)余溫度下降到初值的一半需要20min，問(wèn)A板達(dá)到同樣溫度工況需要的時(shí)間？

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4.問(wèn)答題作為一種估算，可以對(duì)汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中汽缸壁的升溫過(guò)程作近似分析：把汽缸壁看成是一維的平壁，啟動(dòng)前汽缸壁溫度均勻并為t₀，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽溫度與時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系，及t_f=t_f0+ωt，其中ω為蒸汽溫速率，汽缸壁與蒸汽間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h為常數(shù)，汽缸壁外表面絕熱良好。試對(duì)這一簡(jiǎn)化模型列出汽缸壁中溫度的數(shù)學(xué)描寫(xiě)式。

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5.問(wèn)答題等離子噴鍍是一種用以改善材料表面特性（耐腐蝕、耐磨等）的高新技術(shù)。陶瓷是常用的一種噴鍍材料。噴鍍過(guò)程大致如下：把陶瓷粉末注入溫度高達(dá)10⁴K的等離子氣流中，在到達(dá)被噴鍍的表面之前，陶瓷粉末吸收等離子氣流的熱量迅速升溫到熔點(diǎn)并完全溶化為液滴，然后被沖擊到被噴鍍表面迅速凝固，形成一鍍層。設(shè)三氧化二鋁（Al₂O₃）粉末的直徑為D_p=50μm，密度ρ=3970kg/m³，導(dǎo)熱系數(shù)λ=11W/(m.K)，比熱容c=1560J/(kg.K)，這些粉末顆粒與氣流間的表面換熱系數(shù)為10000W/(m².K)，粉末顆粒的熔點(diǎn)為2350K，熔解潛熱為3580KJ/kg。試在不考慮顆粒的輻射熱損失時(shí)確定從t₀＝3000K加熱到其熔點(diǎn)所需的時(shí)間，以及從剛達(dá)到熔點(diǎn)直至全部熔為液滴所需時(shí)間。

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