材料科学工程基础计算题
材料科学与工程基础期末试题
《材料科学基础》试卷Ⅴ一、填空题(20分，每空格1分)1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+22.二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。
3.晶体的空间点阵分属于7 大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α=β=γ=90°，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。
4.合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。
5．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过滑移的方式进行的。
此外还有孪生和扭折等方式。
6.成分过冷区从小到大，其固溶体的生长形态分别为平面状，胞状和树枝状。
1．原子扩散的驱动力是：组元的化学势梯度2．凝固的热力学条件为：过冷度3. 某金属凝固时的形核功为△G*，其临界晶核界面能为△G，则△G*和△G的关系为△G* =1/3 △G5．金属液体在凝固时产生临界晶核半径的大小主要取决于过冷度。
6．菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。
7. 冷变形金属加热过程中发生回复的驱动力是：冷变形过程中的存储能9.合金铸锭的缺陷可分为缩孔和偏析两种。
二、判断题（正确的打“√”错误的打“×”，每题1分，共12分）1. 体心立方结构是原子的次密排结构，其致密度为0.74。
（×）2. 同一种空间点阵可以有无限种晶体结构，而不同的晶体结构可以归属于同一种空间点阵。
（√）3. 结晶时凡能提高形核率、降低生长率的因素，都能使晶粒细化。
（√）4. 合金液体在凝固形核时需要能量起伏、结构起伏和成分起伏。
（√）5. 小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高。
（×）6. 非均匀形核时晶核与基底之间的接触角越大，其促进非均匀形核的作用越大。
（×）7. 固溶体合金液体在完全混合条件下凝固后产生的宏观偏析较小。
材料科学与工程基础第三章答案
3.8 铁具有BCC 晶体结构，原子半径为0.124 nm,原子量为55.85g/mol 。
计算其密度并与实验值进行比较。
a = 4R/J 3 = 4 0.124/1.732 nm 二 0.286 nmV = a 3= (0.286 nm)3= 0.02334 nm P = 2.334 10 23cm 3BCC 结构的晶胞含有2个原子,其质量为：m 二 2 55.85g/(6.023 1023) = 1.855 10 22g密度为 二 1.855 10 22g/(2.334 10 23m 3) =7.95g/cm 3计算铱原子的半径，已知Ir 具有FCC 晶体结构，密度为22.4 g/cm 3，原子量为 192.2 g/mol 。
先求出晶胞边长a ，再根据FCC 晶体结构中a 与原子半径R 的 关系求R 。
FCC 晶体结构中一个晶胞中的原子数为 4,=4 192.2g/(6.023 1023a 3cm 3) = 22.4g/cm 3，求得 a = 0.3848 nm由 a = 2^2 R 求得 R = v2 a/4 = 1.414 0.3848 nm/4 = 0.136 nm 3.10计算钒原子的半径，已知 V 具有BCC 晶体结构，密度为5.96g/cm 3，原子量为 50.9 g/mol 。
答：先求出晶胞边长a ，再根据BCC 晶体结构中a 与原子半径R 的关系求R 。
BCC 晶体结构中一个晶胞中的原子数为 2,=2 50.9g/(6.023 1023a 3cm 3) = 5.96 g/cm 3，求得 a = 0.305 nm 由 a = 4R/J 3 求得 R = 73 a/4 = 1.732 0.305 nm/4 = 0.132 nm 3.11 一些假想的金属具有图3.40给出的简单的立方晶体结构。
如果其原子量为70.4 g/mol ，原子半径为0.126 nm ，计算其密度。
答: BCC 结构，其原子半径与晶胞边长之间的关系为:3.9答:答：根据所给出的晶体结构得知， a = 2R =2 0.126 nm 二0.252 nm一个晶胞含有1个原子,密度为： 二 1 70.4g/(6.023 10230.252310 21cm 3)=7.304 g/cm 33.12 Zr 具有HCP 晶体结构，密度为6.51 g/cm 3。
材料科学与工程基础第三章答案(供参考)
3.8 铁具有BCC晶体结构，原子半径为0.124 nm，原子量为55.85g/mol。
计算其密度并与实验值进行比较。
答：BCC结构，其原子半径与晶胞边长之间的关系为：a = 4R/3= 4⨯0.124/1.732 nm = 0.286 nmV = a3 = (0.286 nm)3 = 0.02334 nm3 = 2.334⨯10-23 cm3BCC结构的晶胞含有2个原子，∴其质量为：m = 2⨯55.85g/(6.023⨯1023) = 1.855⨯10-22 g密度为ρ= 1.855⨯10-22 g/(2.334⨯10-23 m3) =7.95g/cm33.9 计算铱原子的半径，已知Ir具有FCC晶体结构，密度为22.4g/cm3，原子量为192.2 g/mol。
答：先求出晶胞边长a，再根据FCC晶体结构中a与原子半径R的关系求R。
FCC晶体结构中一个晶胞中的原子数为4，ρ= 4⨯192.2g/(6.023⨯1023⨯a3cm3) = 22.4g/cm3，求得a = 0.3848 nm 由a = 22R求得R = 2a/4 = 1.414⨯0.3848 nm/4 = 0.136 nm 3.10 计算钒原子的半径，已知V 具有BCC晶体结构，密度为5.96g/cm3，原子量为50.9 g/mol。
答：先求出晶胞边长a，再根据BCC晶体结构中a与原子半径R的关系求R。
BCC晶体结构中一个晶胞中的原子数为2，ρ= 2⨯50.9g/(6.023⨯1023⨯a3cm3) = 5.96 g/cm3，求得a = 0.305 nm 由a = 4R/3求得R = 3a/4 = 1.732⨯0.305 nm/4 = 0.132 nm3.11 一些假想的金属具有图3.40给出的简单的立方晶体结构。
如果其原子量为70.4 g/mol，原子半径为0.126 nm，计算其密度。
答：根据所给出的晶体结构得知，a = 2R =2⨯0.126 nm = 0.252 nm 一个晶胞含有1个原子，∴密度为：ρ= 1⨯70.4g/(6.023⨯1023⨯0.2523⨯10-21cm3)= 7.304 g/cm33.12 Zr 具有HCP晶体结构，密度为6.51 g/cm3。
“材料科学与工程基础”第二章习题 答案题目整合版
“材料科学与工程基础"第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体,晶格常数a=0。
287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7。
8g/cm3 1mol 铁＝6。
022×1023 个=55。
85g所以， 7.8g/1(cm ）3=(55。
85/6.022×1023）X /（0。
287×10-7）3cm3X ＝1。
99≈2（个)2。
在立方晶系单胞中，请画出：（a ）［100]方向和[211］方向,并求出他们的交角； (b )（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
(c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0。
75，并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数.（a ）［2 1 1］和［1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35。
26。
或cos θ==， 35.26θ=(b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0。
75 z= ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1。
444A 。
(见教材177页) 点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0。
598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数)，已知碳占据r —Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以 （2。
11×12。
01)/（97.89×55.85）＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的.请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数.见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得,单元内包含一个圆(纤维)的面积.20.9064==。
“材料科学与工程基础”第二章习题 答案题目整合版要点
“材料科学与工程基础”第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7.8g/cm3 1mol 铁＝6.022×1023 个=55.85g所以， 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X /(0.287×10-7)3cm3X ＝1.99≈2（个）2.在立方晶系单胞中，请画出：（a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
（c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。
（a ）[2 1 1]和[1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35.26。
或cos θ==， 35.26θ=（b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0.75 z = ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1.444A 。
（见教材177页） 点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以 （2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。
请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。
见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。
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材料科学与工程基础 - 第二章 - 课后习题答案2.1 选择题1.D2.B3.C4.A5.D2.2 填空题1.结构、性质、性能、制备、应用2.金属、陶瓷、聚合物3.晶体4.金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料5.原子、分子2.3 简答题1.材料科学与工程的基础概念和特点有：–材料科学：研究材料的结构、性质、制备和性能等方面的科学。
–材料工程：研究通过控制材料的结构和制备方法，得到具有特定性能和使用寿命的材料并应用于工程中。
材料科学与工程的特点包括：–综合性：材料科学与工程是一门综合性的学科，涉及物理、化学、力学、热学等各个学科。
–实用性：材料科学与工程以实际应用为目的，研究如何通过控制材料的结构和性能，满足工程和产品的需求。
–发展性：随着科技的进步和社会的发展，材料科学与工程也在不断发展，涌现出各种新材料和新技术。
2.不同材料的结构特点及其对材料性能的影响–金属材料：金属材料具有密排列的晶体结构，其晶粒间有较好的连续性，导致金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能。
–陶瓷材料：陶瓷材料以离子键或共价键为主要结合方式，具有非常硬、脆和耐高温的特点，但导电性差。
–聚合物材料：聚合物材料由长链状分子构成，具有良好的绝缘性、柔韧性和可塑性，但强度和硬度较低。
–复合材料：复合材料由不同的两种或更多种材料组成，通过它们的相互作用产生优异的整体性能。
同时，复合材料的结构也决定其性能。
3.材料的制备方法包括：–金属材料的制备方法有铸造、锻造、挤压、焊接等。
–陶瓷材料的制备方法有干法制备和湿法制备等。
–聚合物材料的制备方法有合成聚合法、溶液聚合法、熔融聚合法等。
–复合材料的制备方法有增强相法、混合相法、层压法等。
4.材料性能的测试方法包括：–机械性能的测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
–热性能的测试方法有热膨胀试验、热导率测试等。
–电学性能的测试方法有导电性测试、介电常数测试等。
–光学性能的测试方法有透光率测试、折射率测试等。
材料科学与工程基础期末试题
材料科学与工程基础期末试题一、选择题（每题2分，共10分）1. 材料的力学性能主要包括哪些方面？A. 硬度和韧性B. 强度和塑性C. 韧性和导电性D. 硬度和导热性2. 下列哪种材料属于金属材料？A. 橡胶B. 陶瓷C. 合金D. 塑料3. 材料的微观结构对其宏观性能有何影响？A. 无影响B. 微观结构决定宏观性能C. 宏观性能决定微观结构D. 两者相互独立4. 以下哪种材料具有较好的热稳定性？A. 聚氯乙烯B. 聚苯乙烯C. 聚碳酸酯D. 聚乙烯5. 材料的疲劳是指材料在何种条件下的性能退化？A. 长期受力B. 瞬间受力C. 周期性受力D. 高温条件下二、填空题（每空1分，共10分）1. 材料的硬度是指材料抵抗________的能力。
2. 金属材料的塑性变形主要通过________来实现。
3. 陶瓷材料通常具有________和________的性质。
4. 聚合物材料的分子结构对其________和________有重要影响。
5. 复合材料是由两种或两种以上不同________和________组合而成的材料。
三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述材料的分类及其特点。
2. 描述金属材料的腐蚀机理，并提出防止腐蚀的措施。
3. 解释半导体材料在现代科技中的重要性。
四、计算题（每题20分，共40分）1. 一根直径为10mm的钢棒，在一端受到1000N的拉力，假设钢的杨氏模量为200GPa，求钢棒的伸长量。
2. 一块厚度为5mm，面积为100cm²的铝板，在100℃的环境下放置1小时后，其长度增加了0.2mm。
假设铝的线膨胀系数为23.6×10^-6/℃，计算铝板在室温（20℃）到100℃之间的平均线性膨胀系数。
五、论述题（30分）选择一种你感兴趣的新型材料，论述其结构特征、性能优势以及可能的应用领域。
材料科学与工程基础习题答案 (1)
第一章 原子排列与晶体结构1.[110]， (111)， ABCABC…， 0.74 ， 12 , 4 ， a r 42=； [111]， (110) , 0.68 , 8 , 2 ， a r 43= ；]0211[， (0001) ， ABAB ， 0.74 ， 12 ， 6 ， 2a r =。
2. 0.01659nm 3 ， 4 ， 8 。
3. FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。
4. 解答：见图1－15.解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有： h+k-l=0,2h-l=0。
可以求得（hkl ）＝（112）。
6 解答：Pb 为fcc 结构，原子半径R 与点阵常数a 的关系为ar 42=，故可求得a ＝0.4949×10-6mm 。
则（100）平面的面积S ＝a 2＝0.244926011×0-12mm 2，每个（100）面上的原子个数为2。
所以1 mm 2上的原子个数s n 1=＝4.08×1012。
第二章合金相结构一、 填空1） 提高，降低，变差，变大。
2） （1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度 ；（4）元素之间尺寸差别 3） 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。
4） 置换固溶体 和间隙固溶体 。
5） 提高 ，降低 ，降低 。
6） 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与金属原子半径的比值大于0.59时形成的复杂结构的化合物。
二、 问答1、 解答： α-Fe 为bcc 结构，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，间隙半径很小，四面体间隙半径为0.291Ra ，即R ＝0.0361nm ，八面体间隙半径为0.154Ra ，即R ＝0.0191nm 。
氢，氮，碳，硼由于与α-Fe 的尺寸差别较大，在α-Fe 中形成间隙固溶体，固溶度很小。
材料科学与工程基础习题
材料科学与⼯程基础习题第⼀章原⼦排列与晶体结构1. fcc 结构的密排⽅向是，密排⾯是，密排⾯的堆垛顺序是，致密度为，配位数是 ,晶胞中原⼦数为，把原⼦视为刚性球时，原⼦的半径r 与点阵常数a 的关系是；bcc 结构的密排⽅向是，密排⾯是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原⼦数为，原⼦的半径r 与点阵常数a 的关系是；hcp 结构的密排⽅向是，密排⾯是，密排⾯的堆垛顺序是，致密度为，配位数是 ,，晶胞中原⼦数为，原⼦的半径r 与点阵常数a 的关系是。
2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原⼦体积是，每个晶胞中⼋⾯体间隙数为，四⾯体间隙数为。
3. 纯铁冷却时在912℃发⽣同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密度，晶体体积，原⼦半径发⽣。
4. 在⾯⼼⽴⽅晶胞中画出）（211晶⾯和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平⾯上的⽅向。
在hcp 晶胞的（0001）⾯上标出）（0121晶⾯和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶⾯。
6 在铅的（100）平⾯上，1mm 2有多少原⼦？已知铅为fcc ⾯⼼⽴⽅结构，其原⼦半径R=0.175×10-6mm 。
第⼆章合⾦相结构⼀、填空1）随着溶质浓度的增⼤，单相固溶体合⾦的强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数。
2）影响置换固溶体溶解度⼤⼩的主要因素是（1）；（2）；（3）；（4）和环境因素。
3）置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。
4）按照溶质原⼦进⼊溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为和。
5）⽆序固溶体转变为有序固溶体时，合⾦性能变化的⼀般规律是强度和硬度，塑性，导电性。
6）间隙固溶体是，间隙化合物是。
⼆、问答1、分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进⼊点阵中的位置和固溶度⼤⼩。
已知元素的原⼦半径如下：氢：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼：0.091nm ，α-Fe ：0.124nm ，γ-Fe ：0.126nm 。
材料科学与工程基础部分习题答案
2-2： 12Mg: 25.11172-3: N 壳层: 共32个电子；K 、L 、M 、N 全满时： 70个2-4 O 壳层： 共50个电子K 、L 、M 、N 、O 全满时： 102个2-6： CO 2： C sp 杂化，CH 4： C sp 3杂化，CH 2=CH 2： C sp 2杂化，H 2O ： O sp 3杂化，苯环： C sp 2杂化，羰基： C sp 2杂化。
2-10：若(按K +半径不变) 求负离子半径, 则：CN=6 r - = 0.321 nmCN=4 r - = 0.591 nmCN=8 r - = 0.182 nm2-11：（a ）: 一个Au 原子： 3.274×10-22（g ）（b ） （b ） 5.895×1019(个)（c ） （c ） v = 1.696×10-2（cm 3）(d) v’ = 1.253×10-2 (cm 3)(e) (e) v’/ v = 73.88%2-12 3.41 (g/cm 3)2-14 （a ） PF = 0.74（b ） PF = 0.64结论: (1) 同种原子晶体的致密度只与晶胞类型相关,与原子尺寸无关(2) 化合物晶体的离子致密度与离子大小相关2-15 2-15: x = 2 (个)2-16: V = 35.3 (A 0)32-17 面心立方: 0.74体心立方: 0.68密排六方: 0.742-182-20 (a) 8.07×1020 (个)(b) 1.79×10-22 (g)2-21 (a) 1.5346 ×1019个(b) (b) 0.6845mm(c) (c) 钡属于 体心立方结构(致密度0.68)2-22 x = 4 (4个Mg 2+, 4个O 2-)2-24 过 (0, -1/2 , 0) , (1, 1/2 , 1) 点2-25 (a)θ=35.3°(b)θ=35.3°八面体间隙四面体间隙2-26 (3 2 0)2-27 (2 3 3)2-28 (a) [1 1 1] 和 [1 1 1](b) [1 1 0]2-29 (a) λ= 0.154 (nm)(b) (b) 2θ= 10.24°2-30 d 200= 0.2×10-9m a =0.4nm2-31 0.598 (A 0)2-33 Li:6.94 F:19 Mg:24.31 O:16MgO: 40 (w%)LiF: 60 (w%)(a) Li +: 16 (w%) F -: 44 (w%)Mg 2+: 24.1 (w%) O 2-: 15.9 (w%)2-37 ρ= 5.73 (g/cm 3)2-39 (1) ΔV / V = (0.0486-0.0493)/0.0493 = - 0.014 = - 1.4%(2) (2) 室温至912℃, 体积增大; 912℃, 体积减小；912℃至1000℃, 体积增大2-41 溶入的Sn 重量为 45.25(g)2-42 300 ~ 700℃: α相；800℃: β相；1000℃: 液相2-45 J= 1.05×1019/m 2sJ u C= 84原子/min2-46右螺型 左螺型滑移矢量平行位错线 2-49 D =1.13×10-17 (m 2/s)2-50 x=75%a=5%y=15%正刃型 滑移矢量垂直位错线 负刃型3-6 结晶性：1，2，3，6，7，10非结晶性：5，8，9，11，（12，4）3-19 非桥氧的分数0.2153-21 临界半径比：r/R(1)(1)立方体配位：0.732(2)(2)八面体配位：0.414(3)(3)四面体配位：0.255(4)(4)三角形配位：0.1553-22立方晶系：Ca2+占立方体顶角，O2-占立方体面心，Ti4+占立方体体心配位数：Ca2+为12（12个O2-），Ti4+为6（6个O2-），O2-为（4个Ca2++2个Ti4+）3-25（a）：F （铁素体）+ A（奥氏体）（b）：F 0.01%C; A 0.4%C.(c): A是48.7%; F是51.3%.3-37 1.01×106g/m3 (1.01g/m3)4.1 V= 0.06638(nm3)4.2 0.37的黄铜大。
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1热工基础习题解答
第二章：传热学
2-1某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成，硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm 和250mm，导热系数分别为0.13和0.39W/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？
（1）
解得
即红砖的厚度应增加到370mm 才能维持原散热热流密度不变。
2-2某厂蒸汽管道为Ø175×5的钢管，外面包了一层95mm厚的石棉保温层，管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1w/m.℃，管道内表面的温度为300℃，保温层外表面温度为50℃。
试求每米管长的散热损失。
在计算中能否略去钢管的热阻，为什么？
解：石棉保温层和钢管在每米长度方向上产生的热阻分别为：
2-3试求通过如图3-108所示的复合壁的热流量。
假设热流是一维的；已知各材料的导热系数为：λA=1.2、λB=0.6、λC=0.3、λD=0.8w/m･℃。
2-4平壁表面温度tw1=450℃，采用石棉作为保温层的热绝缘材料，导热系数λ=0.094+0.000125t，保温层外表面温度tw2=50℃，若要求热损失不超过340w/m2℃，则保温层的厚度应为多少？
解：平壁的平均温度为：
即保温层的厚度应至少为147mm。
2-5浇注大型混凝土砌块时，由于水泥的水化热使砌块中心温度升高而导致开裂，因此，砌块不能太大。
现欲浇注混凝土墙，水泥释放水化热为100w/m3，混凝土导热系数为
1.5W/m℃，假设两壁温度为20℃，限制墙中心温度不得超过50℃。
试问墙厚不得超过
多少米？
解：由于墙的两侧温度相等，所以墙内的温度分布为
2-6一电炉炉膛长×宽×高=250×150×100mm,炉衬为230mm厚的轻质粘土砖（密度为800kg/m3)。
已知内壁平均温度为900℃，炉体外表面温度为80℃。
试求此电炉的散热量。
解：通过该电炉的散热量可以表示为：
将该电炉视为中空长方体，则其核算面积为：
2-7有两根用同样材料制成的等长度水平横管，具有相同的表面温度，在空气中自然散热，第一根管子的直径是第二根管子直径的10倍，如果这两根管子的（GrPr)值均在103~109之间，且可用准数方程式Nub=0.53Grb。
试求两根管子的对流换0.25热系数比值和热损失的比值。
解：对于与圆管进行对流换热的情形，空气的
由于横管的表面温度相同，并且空气温度相同，所以均相等，可得
2-8根据隧道窑模型实验，确定了圆柱形料垛对流换热系数的准数方程式为：Nuf=0.0146Ref0.85。
现用空气强制冷却圆柱形料垛，空气温度为20℃，空气流速为
1.28m/s，料垛直径为0.118m。
试求圆柱形料垛对空气的对流换热系数。
解：查得空气在20C时的物性参数为：
2-9一条半圆拱式烟道，长10m，烟道内宽800mm，两侧墙高300mm，拱高400mm。
今有烟气以1800Nm3/h的流量通过该烟道，已知烟气平均温度为350℃，烟道内壁面平均温度为240 ℃，试求烟气对壁面的对流换热系数及传热量。
解：烟道的截面积和周长分别为：
2-10 60℃的水进入一内径为25.4mm的管子，水的流速为2cm/s。
试计算水的出口温度（已知管长3m，管壁温度恒定为80℃）
解：设水出口处的温度为70C，则水的定性温度为：
查得水的物性参数为：
与原假设相差不大，所以可以认为水的出口温度为72.8℃。
如果要求的精确度更高，可以再假设水的出口温度为71.4℃，继续进行计算，直到满意为止。
2-11 两无限大平面，其表面温度分别为20℃及600℃，黑度均为0.8，在这两块平面间安放一块黑度为0.8或0.05的遮热板，试求这两无限大平行平面间的净辐射热量。
解：使用电网络单元法
2-12 已知裸气管的表面温度为440℃，直径为0.3m，黑度为0.8，周围环境温度为10℃，在裸气管的周围安放遮热管（黑度为0.82，直径为0.4）
（1）求裸气管的辐射散热损失。
（2）如果同时考虑对流换热损失，已知遮热管对流换热系数为35W/m2·℃,裸气管
的散热损失为多少？
2-13有一平板，水平放置在太阳光下，已知太阳投射到平板上的热流量为700W/m2，周围环境温度为25℃。
如果忽略对流换热，试求下列情况下的平板表面温度：
⑴平板表面涂有白漆。
⑵平板表面涂有无光黑漆。
⑶如果将上述平板放置在工业炉的热辐射下，当辐射热流量仍为700W /m2，环境温
度仍为25℃时。
已知白漆对于太阳辐射的吸收率为0.14，白漆对于低于2000℃的热辐射的吸收率为
0.90，无光黑漆对于太阳辐射的吸收率为0.96，无光黑漆对于低于2000℃的热辐射的吸
收率为0.95。
解：根据克希霍夫定律,黑体和灰体的吸收率等于同温度下的黑度，
平板的散热量为：
处于热平衡时：
2-14 热空气在Φ426×9mm的钢管中流过，热空气的温度用一个装在外径为15mm的瓷保护管中的热电偶来测量，为了减小测量误差，把热电偶保护瓷管用薄铝圆筒屏蔽，屏蔽筒的黑度为0.3，面积为保护瓷管的4倍。
空气向屏蔽筒的对流换热系数为35w/m2·℃，已知钢管内壁温度为110℃，热电偶读数（即瓷管温度）为220℃，瓷管的黑度为0.8，空气向瓷管的对流换热系数为52.4w/m2·℃，设瓷管本身的热传导可忽略不计。
试求热电偶的测量相对误差，并求出空气的实际温度。
解：设薄铝圆筒（遮热罩）F1温度t3、表面积F3，管道内热空气与热接点之间的对流换热量
管道内热空气与遮热罩两表面之间的对流换热量
热电偶接点与遮热罩之间的辐射换热量：
遮热罩与管道壁之间的辐射换热量
当热接点达到热平衡时，
即
由于F1＜＜F3，则：
同理，当遮热罩达到热平衡时，
即
代入已知数据，求得：t3=185.2℃，t1=218.2℃，热电偶测量误差：
2-15 试求锅炉壁(δ=20mm，λ=58w/m ·℃)两表面的温度和通过锅炉壁的热流量。
已知烟气温度为1000℃，水的温度为200℃，从烟气到壁面的对流辐射换热系数为116w/m2 ·℃，从壁面到水的对流换热系数为2320 w/m2 ·℃。
解：通过锅炉壁的热流量为：
2-16 一根内径为20mm，外径为30mm的钢管，包上20mm厚的保温材料，保温材料的导热系数为0.057 w/m℃，表面黑度为0.7，保温层的内壁温度为200℃，周围环境温度为20 ℃。
试计算每米管长的热损失。
解：设保温层的外表面温度为t2，则保温层向空气的辐射散热量为：
ta为空气的温度，通过保温层导热的热流量为：
t1为保温层的内壁温度
当达到稳态时，有
将已知数据代入解得：t2=70C管道每米长的散热损失为：
2-17 有一套管逆流式换热器，用水冷却油，油在内管中流动，油进出口温度分别为110℃和
75℃，水在套管环隙中流动，水的流量为68kg/min，水的进出口温度分别为35℃和75℃。
已，知按内管外表面积计算的平均总传热系数为320 w/m2℃，油的比热为1.9KJ/Kg℃。
试求此换热器的换热面积。
解：该换热器的对数平均温差为：
2-18 厚0.25m的不锈钢大平板铸件，导热系数为23W/m.℃，导温系数为0.44×10-5 m2/s。
在炉内加热到767 ℃后，取出放在27 ℃的空气中冷却。
表面的换热系数为125W/m2.℃。
试计算经过85分钟之后，板中心和板表面的温度为多少。
解：属于无限大平壁一维不稳定导热问题
求t中心t w
得出t w=337.8 ℃t中心=471℃。