材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)

?mT?2.8976*10?3,当T=2800k时,?m=*10-6m

3. 一电炉的电功率为1KW,炉丝温度为847℃,直径为1mm,电炉的效率(辐射功率与电功率之比)为,炉丝发射率为,试确定炉丝应多长? 解:由黑度得到实际物体辐射力的计算公式知: 4. 试确定图11-28中两种几何结构的角系数X12 解:①由角系数的分解性得:X1,2?X1,(2?B)?X1,B 由角系数的相对性得:

X(2?B),1?X(2?B),A?X(2?B),(1?A) 所以X(2?B),1?X(2?B),(1?A)?X(2?B),A

对於表面B和(1+A),X=、Y=、Z=2时,

XB,(1?A)YZ?1,?1.333,查表得 XXYZ?0.211,对於表面B和A,X=,Y=,Z=1,?1,?0.667,

XX查表得XB,A?0.172,所以XB,1?XB,(1?A)?XB,A?0.211?0.172?0.039,

X1,B?YXYX33XB,1?*0.039?0.0585。对表面(2+B)和(1+A),X=,Y=,Z=2,22Z?1.667,?1.333,查表得X(2?B),(1?A)?0.15。对於表面(2+B),A,X=,Y=,Z=1,

XZ?1.667,?0.667,查表得X(2?B),A?0.115,

X所以X(2?B),1?X(2?B),(1?A)?X(2?B),A?0.15?0.115?0.035, ②由角系数的分解性

X1,2?X2,1A21.5?X2,1?X2,1, X2,1?X2,(1?A)?X2,A,对表面2A11.5YZ?0.67,?0.67,查表得X2,A?0.23。对XXYZ?0.67,?1.33 , 面2和(1+A),X=,Y=1,Z=2,XX和A,X=,Y=1,Z=1,查表得X2,(1?A)?0.27?X2,1?X2,(1?A)?X2,A,代入数据得X2,1?0.04,所以

X1,2?X2,1?0.04

5.两块平行放置的大平板的表面发射率均为,温度分别为t1=527℃和t2=27℃,板的间距远小於板的宽与高。试计算(1)板1的本身辐射(2)对板1的投入辐射(3)板1的反射辐射(4)板1的有效辐射(5)板2的有效辐射(6)板1与2的辐射换热量

解:由於两板间距极小,可视为两无限大平壁间的辐 射换热,辐射热阻网路如图,包括空间热阻和两个表 面辐射热阻。 ε=α=,辐射换热量计算公式为 (11-29) 其中J1和J2为板1和板2的有效辐射,将上式变换後得

?800?2故:(1)板1的本身辐射为 E1??1Eb1?0.8?5.67????18579.5W/m

?100?(2)对板1的投入辐射即为板2的有效辐射 G1?J2?4253.4W/m (3)板1的反射辐射为, ρ1=1- α= , (4)板1的有效辐射为 J1?19430.1W/m (5)板2的有效辐射为 J2?4253.4W/m (6)由於板1与2间的辐射换热量为:

2242q1,2?15176.7W/m2

6. 设保温瓶的瓶胆可看作直径为10cm高为26cm的圆柱体,夹层抽真空,夹层两内表面发射率都为。试计算沸水刚注入瓶胆後,初始时刻水温的平均下降速率。夹层两壁壁温可近似取为100℃及20℃

解:?1,2??T1?4?T2?4???T1?4?T2?4?A1Cb????????DhCb???????100100100100????????A(E?Eb2)?????????,代入数

?1b?111111??1??1??1?1?2?1?2?1?2据得?1,2?1.42w,而?1,2*t?cm?T??T?1,2?1,2,查附录知100 ℃水的物性参数为??tcmc?VC?4.22KJ/?Kg.?C?,??958.4Kg/m3

代入数据得

?T?1.72*10?4℃/s t7.两块宽度为W,长度为L的矩形平板,面对面平行放置组成一个电炉设计中常见的辐射系统,板间间隔为S,长度L比W和S都大很多,试求板对板的角系数

解:(参照例11-1)作辅助线ac和bd,代表两个假想面,与A1、A2组成一个封闭腔,根据角系数完整性:Xab,cd?1?Xab,ac?Xab,bd,同时可把图形看成两个由三个表面组成的封闭腔,

Xab,acab?ac?bcs?w?b2?w2???A1对A2的角系数

2ab2ws?w?b2?w2?1?2?2wb2?w2?s

wX1,2?Xab,cd8. 一电炉内腔如图11-29所示,已知顶面1的温度t1=30℃,侧面2(有阴影线的面)的温度为t2=250℃,其余表面都是重辐射面。试求?1)1和2两个面均为黑体时的辐射换热量;(2)1和2两个面为灰体ε1=,ε2=时的辐射换热量

解:将其余四个面看成一个面从而构成一个由三个表面组成的封闭系统

⑴当1、2两个面均为黑体,另一个表面绝热,系统网路 图如下 先求1对2的角系数X1,2:

X=4000,Y=5000,Z=3000,

YZ?1.25,?0.75,查表得XXA15*4?0.15*?0.25, A24*3X1,2?0.15,X2,1?X1,21?X1,2A1?Req111?A1(1?X1,2)A2(1?X2,1),

代入数据得

1?8.88? Req?0.11(Req为J1、J2之间的当量热阻), ReqEb1??bT1?5.67*10?8*(30?273)4?477.9w/㎡ Eb2??bT2?5.67*10?8*(250?273)4?4242.2 w/㎡ ?1,2?由

44Eb1?Eb2477.9?4242.2(负号表示热量???34220.9w

Req0.112传导1)

(2)当1、2面为灰体,另一表面为绝热面,系统网路图如下

负号表示热量从2面传向1面。

9. 直径为的球壳内充满N2,CO2,和水蒸气(H2O)组成的混合气体,其温度t g=527℃。组成气体的分压力分别为PN2=*105Pa,PCO2=*105Pa,PH2O=*105Pa,试求混合气体的发射率εg 解:N2为透明体,无发射和吸收辐射的能力。

射程L=,d=,Ph20L?0.441?105?0.24?0.14592?105Pa?m ?5270C,及Ph20L和PC02L值查图11-24和11-26得

混合气体的温度tg

??H0=, ??C02?0.009

2计算参量(P+PH0)/2=+?10/2=?10Pa

255Ph20/(Ph20+PC02)=+=

(Ph0+PC0)L=+ ?10225?0.24?0.25113?105Pa?m

???0.018

分别从图11-25,11-27查得:CH20?1.55 把以上各式代入公式?q?CH20??H20+??C02-??

=?0.019?0.009?0.018?0.02

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