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問答題火箭發(fā)動機的噴管在起動過程中受到T_∞=1500K的高溫燃氣加熱，受材料的限制其局部壁溫不得大于1500K.為延長運行時間在噴管內(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。試對此情況下噴管能承受的運行時間作一保守的估計。設(shè)內(nèi)表面與高溫燃氣間的表面?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)面可近似地認為是絕熱的。已知鋼板熱擴散率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℃時所需的時間，及此時鋼板兩表面間的溫差。

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2.問答題汽輪機在啟動一段時間后，如果蒸汽速度保持勻速上升，則汽缸壁中的溫度變化會達到或接近這樣的工況：壁中各點的溫度對時間的偏導(dǎo)數(shù)即不隨時間而異，又不隨地點而變（稱準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況）。試對準(zhǔn)工況導(dǎo)出汽缸壁中最大溫差的計算公式。

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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)工況時氣缸壁中溫度分布可用下列數(shù)學(xué)式描寫：

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3.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中心點的過余溫度下降到初值的一半需要20min，問A板達到同樣溫度工況需要的時間？

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4.問答題作為一種估算，可以對汽輪機啟動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，啟動前汽缸壁溫度均勻并為t₀，進入汽輪機的蒸汽溫度與時間成線性關(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。試對這一簡化模型列出汽缸壁中溫度的數(shù)學(xué)描寫式。

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5.問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。噴鍍過程大致如下：把陶瓷粉末注入溫度高達10⁴K的等離子氣流中，在到達被噴鍍的表面之前，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)，粉末顆粒的熔點為2350K，熔解潛熱為3580KJ/kg。試在不考慮顆粒的輻射熱損失時確定從t₀＝3000K加熱到其熔點所需的時間，以及從剛達到熔點直至全部熔為液滴所需時間。

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