2009级材料科学与工程专业基础课程设计任务书指导教师邹建新题目1：御寒分析与设计对相同的室温，夏天在房间内可能觉得热，冬天则还有冷的感觉。
先分别计算分析一个小孩和一个大人在夏天与冬天站立在室温同为20℃的房间内人体与环境间的换热量。
站立的人体与空气间的自然对流换热表面传热系数取2.3 W/m2.K，人体衣着与皮肤的表面温度取28.5℃，表面发射率为0.95。
夏天内墙面温度取为23℃，冬天取为10℃。
通过计算所得的换热量分析小孩与大人的耐热耐寒情况；同时，用传热学的热传导、对流、辐射等原理进行分析。
在冬天时，若上述房间处于北方，又没有暖气，约20平方米，约5℃，一大人被迫关在了该房间，则该成人会出现颤抖现象，颤抖时会产生大量的新陈代谢热量，假设该成人所产生的新陈代谢热量∮=400W，而他向周围环境的总散热量高达∮=800W，因此，其体温将逐渐下降。
假设该人热容量为5×105J/K,试计算他经历1小时耐寒后，其体温下降多少？若体温下降3℃并达到2小时即可昏迷，分析该人的生命危险程度。
根据上述的计算与分析，针对上述北方房间，假设可采用电炉加热方式取暖，试设计一方案，使普通人能在该房间至少生存3天，同时，要求电炉功率尽量小，耗电尽可能少。
不考虑饮食因素。
参考文献：《传热学》第1章，P22页。
目的：深入学习传热学热传导基本知识，并学会应用于日常生活。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
17周，学生完成课程设计，上交作业。
题目2：飞机瞭望窗的保温设计飞机的座舱通常由多层壁结构组成。
内壁一般是厚1mm左右铝镁合金，λ1=160w/(m.k)，外壁（常称为蒙皮）是一层厚2mm的软铝，λ4=160w/(m.k)，与蒙皮紧贴的是厚10mm的超细玻璃棉保温层，保温层与内壁之间是宽20mm的空气夹层。
飞行时一般要求内壁内表面温度维持在20℃左右（即机舱内的温度约20℃），不考虑乘客的身体供热，机舱内的供热和散热由空调完成。
当夏天（高空温度分别取50℃、40℃、30℃、20℃）和冬天（高空温度分别取10℃、0℃、-10℃、-20℃）飞行时，空调的供热或散热量是多大？试进行分析计算。
如果要将供热量或散热量减少1/3，可分别采用什么方法，比如内壁、外壁、空气夹层、玻璃棉的厚度如何变化，材质如何改变，等等，试通过详细计算分析，提出一个或几个设计方案，供飞机制造公司参考。
参考文献：《传热学》第2章，P83页。
目的：深入学习传热学对流基本知识，并学会应用工业领域。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
17周，学生完成课程设计，上交作业。
题目3：电子器件类平板表面温度的控制与功率设计计算机及电器行业中，常用到电子器件，其中平板类器件较常用。
通常器件要通电工作，因而要发热，温度会上升，但实际工作中，我们不希望温度太高，因为这样时间长了会损害电器，寿命会降低，在用户心目中产品的形象会受到损失。
因此，需要我们对器件进行传热学计算，并提出合理的功率参数。
现有一块薄平板，宽0.1mm，高0.18mm，热面朝上，置于温度为20。
平板通电加热，功率为100W。
平板表面喷涂了反射率很高的涂层，试计算分析该平板的最高壁面温度。
如果要将最高温度降低50%，才能满足用户需求，同时提高使用寿命，该如何办？比如可降低通电功率，或将平板竖放、翻转放，等等，试通过详细计算，设计出一个方案来，供电子器件生产厂商参考。
参考文献：《传热学》第6章，P275页、P271页。
目的：深入学习传热学中大空间与有限空间自然对流基本知识，并学会应用于电子行业。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
17周，学生完成课程设计，上交作业。
题目4：烟囱形状设计对传热的影响工业生产中，烟囱或烟筒是一种经常用于散热的装置，有时候需要提高散热效果，有时候需要减少散热量，以符合国家的节能减排政策。
现在某工厂有一个室温为10℃的大房间中,有一个直径为20cm的圆形烟筒，其竖直部分高2.5m，水平部分长20m。
在排烟时，如果烟筒的平均壁温高达110℃，假设烟筒辐射时的发射率为0.85，试分析计算烟筒每小时的散热量。
为了实现温总理提出的节能减排计划，如果要把烟筒每小时的散热量降低一半，试通过详细分析计算，设计一个方案来解决该问题，比如，可以考虑改变烟筒长度，改变烟筒形状，改变烟筒大小，等等，以供工厂进行技术改造时参考。
参考文献：《传热学》第6章，P274页。
目的：深入学习传热学中大空间与有限空间自然对流基本知识，并学会应用于制造行业。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
17周，学生完成课程设计，上交作业。
题目5：降低蒸汽管道热损失方案设计工业生产中，特别是在冶金、化工行业，蒸汽是一种重要的能源介质。
在工厂内部输送蒸汽是必然发生的事情，工厂要求蒸汽在输送过程中热损失尽可能减少，以降低成本，做到节能减排。
某化工厂有一蒸汽管道，其外径为100mm，壁厚3mm，外侧包有厚30mm的水泥珍珠岩保温层，其导热系数为{λ2} w/(m.k) = 0.0651 + 0.000105{t}℃（t为保温层的平均温度）。
管内蒸汽温度t fi = 150 ℃, 环境温度t∞= 20 ℃, 保温层外表面对环境的复合表面传热系数h o =7.6 w/m2.k，管内蒸汽的表面传热系数h i =116 w/m2.k，钢管壁的λ=46.2 w/(m.k)。
试分析计算每米管长的热损失。
根据国际组织“京都协议书”的精神，现在国家要求必须降低能耗，如果要将蒸汽管道的热损失降低1/3，试通过详细分析计算，设计一方案解决该问题，比如改变内外径、改变保温层厚度，改变保温层材质，等等，以供化工厂参考。
参考文献：《传热学》第10章，P463-464页。
目的：进行传热过程综合分析，并学会应用于化工厂。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
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题目6：提高空气冷却器传热效率方案设计在基本密闭的某些车间中，常常需要保持空气的环境温度较低，需要对空气进行冷却，如果采用空调方式，要耗费大量的电，成本较高，也不符合节能减排政策。
因此有的工厂采用空气冷却器来降低空气的温度，这种方法只用冷水即可。
某工厂有一台空气冷却器，空气在管外垂直流过管束，h o =60 w/m2.k，冷却水在管内流动，h i =5000 w/m2.k，换热管为外径12mm，厚1.5mm的黄铜管。
试求：这台空气冷却器的传热系数，如果h o和h i各增加1倍，传热系数会如何变化？如果要将这台空气冷却器的传热效率提高20%以上，试通过详细分析计算，设计一方案，比如改变管径，改变管厚，改变材质，等等，以供工厂参考。
参考文献：《传热学》第10章，P508页。
目的：进行换热器理论学习，并学会应用于工厂。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
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题目7：肋片强化传热设计工厂中经常要通过强化传热的方式提高热传导效率，采用肋片进行强化传热即是一种传统的有效方法。
某制造公司，为了进行强化传热，在外径为25mm的管子上装有铝制矩形剖面的环肋，肋高H = 10mm，厚1.0mm，肋基温度为200 ℃, 周围流体温度为25 ℃。
设铝的导热系数为λ=200 w/(m.k)，肋面的表面传热系数h=130 w/m2.k，假设肋片管长1 m，其上有300个肋片，肋片中心间距为3mm，两端留有安装段，如果既考虑肋片，又考虑管子基础表面散热，试分析计算该管的散热量。
现在上级要求节能减排指标要提高20%，如果要将肋片管的散热量提高20%，试通过详细分析计算，设计一方案，满足上级要求，比如改变肋高、肋厚，或改变材质，等等，以供公司参考。
参考文献：《传热学》第2章，P68-69页。
目的：学会肋片强化传热原理，并能应用于工厂。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
17周，学生完成课程设计，上交作业。
题目8：提高管槽内水流表面传热系数方案设计工厂中经常用到热水，有时必须通过在管内流动的方式加热，这就要求我们想方设法提高水流的表面传热系数。
在某工厂中，有一加热管道，通过缠绕在管子外面的电阻丝加热里面的水。
该管道长10m，直管是均匀壁温，水通过泵打入管内，属于强制对流，当水流过该直管时，温度从20℃加热到了40℃，管子的内径d=20mm，水在管内的流速为2m/s，试求其表面传热系数，要求分别用Dittus-Boelter公式和Gnielinski公式进行计算。
如果要将表面传热系数提高1/3，试通过详细分析计算，设计一方案，满足要求，比如可改变管长、管径，改变流速，等等，供工厂参考。
参考文献：《传热学》第6章，P254-255页。
目的：深入学习管槽内强制对流传热的实验经验公式，并能应用于工厂实践。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。
17周，学生完成课程设计，上交作业。
题目9：高铝瓷生产配方及工艺设计某陶瓷厂拟开发一种新产品，发现高铝瓷市场状况很好，打算从高端市场切入，因此要求产品质量较高。
试设计一种生产方案，提出其配方和工艺建议，供厂方参考。
具体设计内容包括：高铝瓷的制备原理、产品类型、配方、制备工艺、性能，等等。
参考文献：《材料制备科学技术》（朱世富）第9章，P244页，P227-246。
目的：深入学习陶瓷制备原理与工艺，并能应用于陶瓷工厂实践。
课程设计工作进度计划：第15周周一，布置题目，提出设计内容要求，初步讲解撰写格式；周三~周五，辅导答疑，学生撰写初稿，第16周上半周，学生撰写设计内容，下半周，辅导，检查报告的格式。