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問答題一火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管，壁厚為9mm，出世溫度為30℃。在進(jìn)行靜推力試驗(yàn)時(shí)，溫度為1750℃的高溫燃?xì)馑陀谠搰姽?，燃?xì)馀c壁面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為1950W/（m².K）。噴管材料的密度ρ=8400kg/m³，導(dǎo)熱系數(shù)為λ=24.6W/（m.K），C=560J/（kg.K）。假設(shè)噴管因直徑與厚度之比較大而可視為平壁，且外側(cè)可作絕熱處理求為使噴管的最高溫度不超過材料允許的溫度而能允許的運(yùn)行時(shí)間

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1.問答題火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管在起動(dòng)過程中受到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。

參考答案：

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，

2.問答題一塊后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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3.問答題汽輪機(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：

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4.問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)均可視為無限大。已知板B中心點(diǎn)的過余溫度下降到初值的一半需要20min，問A板達(dá)到同樣溫度工況需要的時(shí)間？

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5.問答題作為一種估算，可以對(duì)汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中汽缸壁的升溫過程作近似分析：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)描寫式。

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