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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。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。設三氧化二鋁（Al₂O₃）粉末的直徑為D_p=50μm，密度ρ=3970kg/m³，導熱系數(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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1.問答題一種火焰報警器采用低熔點的金屬絲作為傳熱元件，當該導線受火焰或高溫煙氣的作用而熔斷時報警系統(tǒng)即被觸發(fā)，一報警系統(tǒng)的熔點為500℃，λ=210W/(m.K)，ρ=7200kg/m³，c=420J/(kg.K)，初始溫度為25℃。問當它突然受到650℃煙氣加熱后，為在1min內發(fā)生報警訊號，導線的直徑應限在多少以下？設復合換熱器的表面換熱系數(shù)為12W/(m².K)。

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2.問答題一塊厚20mm的鋼板，加熱到500℃后置于20℃的空氣中冷卻。設冷卻過程中鋼板兩側面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為35W/(m².K)，鋼板的導熱系數(shù)為45W/(m².K)，若擴散率為1.375×10^-5m²/s。試確定使鋼板冷卻到空氣相差10℃時所需的時間。

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3.問答題一根裸露的長導線處于溫度為t的空氣中，試導出當導線通以恒定電流I后導線溫度變化的微分方程式。設導線同一截面上的溫度是均勻的，導線的周長為P，截面積為Ac比熱容為c，密度為ρ電阻率為ρ_ε，與環(huán)境的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，長度方向的溫度變化略而不計。若以知導線的質量為3.45g/m，c=460J/(kg.K)，電阻值為3.63×10^-2Ω/m，電流為8A，試確定導線剛通電瞬間的溫升率。

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4.問答題一熱電偶熱接點可近似地看成為球形，初始溫度為25℃，后被置于溫度為200℃地氣流中。問欲使熱電偶的時間常數(shù)t_c=1s熱接點的直徑應為多大？以知熱接點與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為350W/（m².K），熱接點的物性為：λ=20W/（m.K），c=400J/（kg.k），ρ=8500kg/m³如果氣流與熱接點之間還有輻射換熱，對所需的熱接點直徑有何影響？熱電偶引線的影響忽略不計。

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由于熱電偶的直徑很小，一般滿足集總參數(shù)法，時間常數(shù)為：

5.問答題一具有內部加熱裝置的物體與空氣處于熱平衡。在某一瞬間，加熱裝置投入工作，其作用相當于強度為Q的內熱源。設物體與周圍環(huán)境的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h（常數(shù)），內熱阻可以忽略，其他幾何、物性參數(shù)均以知，試列出其溫度隨時間變化的微分方程式。

參考答案：

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