题目
11.有两块同样材料的平壁A和B,已知A的厚度为B的两倍,两平壁从同一高温炉中取出置于冷流体中淬火,流体与平壁表面的表面传热系数近似认为是无限大。已知B平壁中心点的过余温度下降到初始过余温度的一半需要12min,问平壁A达到同样的温度需要多少时间?
11.有两块同样材料的平壁A和B,已知A的厚度为B的两倍,两平壁从同一高温炉中取出置于冷流体中淬火,流体与平壁表面的表面传热系数近似认为是无限大。已知B平壁中心点的过余温度下降到初始过余温度的一半需要12min,问平壁A达到同样的温度需要多少时间?
题目解答
答案
48min
解析
考查要点:本题主要考查一维非稳态导热问题中平壁冷却时间的计算,涉及傅里叶数、几何尺寸对冷却时间的影响。
解题核心思路:
- 关键公式:平壁中心温度随时间变化的表达式与傅里叶数相关,冷却时间与平壁厚度的平方成正比。
- 核心关系:当表面传热系数无限大时,冷却时间与平壁厚度的平方成正比。
- 破题关键:通过平壁厚度比例直接推导时间关系,无需具体计算导热系数等参数。
步骤1:建立冷却时间与厚度的关系
对于平壁冷却问题,当表面传热系数无限大时,中心温度下降到初始过余温度一半所需时间 $t$ 与平壁厚度 $L$ 的平方成正比,即:
$t \propto L^2$
步骤2:代入厚度比例
已知平壁A的厚度是B的两倍,即 $L_A = 2L_B$,则时间关系为:
$\frac{t_A}{t_B} = \left( \frac{L_A}{L_B} \right)^2 = 2^2 = 4$
步骤3:计算平壁A的时间
已知平壁B的时间 $t_B = 12 \, \text{min}$,代入得:
$t_A = 4 \times 12 = 48 \, \text{min}$