化学气相沉积原理与设备复习题

1、1. 名词解释( 5 小题，每题 4 分，共 20 分)1)Chemical Vapor Deposition ( CVD )：是指在一定的温度下，利用气态(或将液态或固态的物质转化为气态)的物质，在固体外表上进行化学反响，并生成固态沉积物的 一种工艺方法2) 温度 用来表示物体冷热程度物理量，它反响了物体内部大量粒子热运动的剧烈程度 和粒子热运动平均动能的大小。温度高的物体 内部粒子热运动烈，粒子热运动平 均动能大，反之依然。3) 热量 物体吸收或放出热能的多少。热量总是从高温物体自发的传向低温物体，就像 水从高处T低处；电流从高电位T低电位。4) 导热(热传导) 指温度不同的物体各局部或温

2、度不同的两物体间直接接触时， 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。5) 热对流 流体中(气体或液体)温度不同的各局部之间，由于发生相对的宏观运动而 把热量由一处传递到另一处的现象。6) 热辐射 (Thermal radiation) 由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。7) 黑体： 能吸收投入到其外表上的所有热辐射的物体， 包括所有方向和所有波长， 因此， 相同温度下，黑体的吸收能力最强。8) 等温面： 同一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来所构成的面。9) 热流密度 单位时间、单位面积上所传递的热量，它具有明确的方向性，其方向与温 度相反；10) 流体压

3、缩性： 在温度不变的情况下，流体的压强增大，体积减小，密度增大的性质。11) 流体膨胀系数： 表示流体膨胀性的一个指标。 它是指温度每增加 1K ，流体的体积或密 度的相对变化率12) 流量： 单位时间内通过过流端面的流体的体积或质量。13) 过流断面 :流体运动时 ,与流体的运动方向垂直的流体横断面，过流端面可能是平面,也可能是曲面。14) 质量传递 物质从高浓度区向低浓度区转移的过程称为质量传递(传输)过程。 或系统内部的物质在浓度梯度、化学位梯度和应力梯度的推动力下，由于质点的热运 动而导致定向迁移，从宏观上表现为物质的定向输送，此过程叫做质量传输或扩散。15) 测量原理 是指实现测量所

4、依据的物理现象和物理定律的总称。如热电欧测温时依 据的是热电效应，弹性模量测量时所依据的虎克定律。16) 准确度 是表示测量结果中系统误差大小的程度，即测量仪器的指示值接近测量真 值的能力。系统误差小，意味着准确度高，17精确度精度 是准确度和精密度或重复性的综合反映。它综合表示测量结果和实际值的偏差程度。18测量仪表死区：测量仪表输入量的变化不致引起输出量的可觉察的变化的有效区间。死区常用输入量程的百分率表示。19C/C复合材料：C/C复合材料是由碳纤维及其制品 碳毡或碳布增强的碳基复合材料。2. 填空题每空1分，共20分1从温度来分沉积化学可分为：1低温沉积LTCVD0 200 C,如高频

5、等离子或微波等离子 CVD ； 2中温沉积MTCVD,500800C，如硬质合金刀具沉积 耐磨涂层；3高温沉积HTCVD,9001200 C,如陶瓷和复合材料涂层；4 超高温沉积 1200 C ,如SiC陶瓷或热解石墨等。2CVD的根本原理一CVD的热力学原理;CVD的动力学原理；CVD的热量传输原理；CVD的流量传输原理；CVD的质量传输原理3热力学第一定律的本质就是能量守恒原理。也就说能量可以在一物体与其他物 体之间传递，可以从一种形式转化成另一种形式，但是不能无中生有，也不能 自行消失。4热力学第二定律指出：但凡自发的过程都是不可逆的，而一切不可逆过程都可以归结为热转换为功的不可逆性。热

6、力学第二定律本质就是熵增加原理。5理想气体的内能，焓 也只是温度的函数，也就是说，在恒温时，改变体积 或压力，理想气体的内能和焓保持不变6盖斯定律一一个化学反响不管是一步完成，还是分几步完成，该反响的热效应相同。换句话说，也就是反响热效应只与起始状态和终了状态有关，而与变化途径无关7盖斯定律的重要意义，在于它能使热化学方程像普通代数方程那样进行计算， 从而可以根据已经准确测定的反响热来计算难于测量或不能直接测量的反响 热。8一切实际发生的过程 都是热力学的不可逆过程。9热量传递过程的推动力：温差10热量传递的三种根本方式 ：导热热传导、对流热对流和热辐射。11导热系数是表征材料导热能力的大小

7、，是一种物性参数，与材料种类和温度关。金属 非金属；固相'液相'气相12温度场是某时刻空间所有各点温度分布的总称，它是时间和空间的函数13气体的导热：由于分子的热运动和相互碰撞时发生的能量传递14气体的温度升高时，气体分子运动速度增大，定容比热随T升高也增大，因此 气体的热导率随温度升高而增大。15液体的热导率随压力 p的升高而增大16纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动，但自由电子者对热导率的 奉献比后者的要大，主要依靠前者；温度升高，热导率下降。17合金的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动；其中起着主要作用用的是后 者，温度升高，热导率上升。18非金属的导热：依靠

8、晶格的振动传递热量，因此温度升高，其热导率上升。19气体的粘度随温度的升高而增大，液体粘度随温度的升高而下降20导热微分方程式的理论根底：傅里叶定律 +热力学第一定律。21导热过程的单值性条件包括四项：几何条件、物理条件、时间条件、边界条件22平均流速确定的原那么：平均流速通过过流端面的流量应等于实际流速通过该断 面的流量。23GaAs薄膜一种很重要的半导体材料，制备GaAs半导体薄膜时，常用的原材料有三甲基镓CH3Gag和氢化砷 AsH324C/C复合材料的性能与热解碳的结构有很大的关系，而热解碳的结构又与产生 热解碳的有机前驱体的 反响机理有关。25甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个氢原子

9、组成，燃烧产物主要是二氧化碳 和水26几乎所有的有机化合物和氰化物有剧毒。因此，在使用这些化合物时，应严格 遵守有关的平安防护规那么进行操作。27氩气为惰性气体，其来源较其它的惰性气体，如氦He、氖Ne、氟Kr、氙Xe、氡Rn要广泛，且价格较低，故在化学气相沉积中，氩气是一种非常重要，应用非常广泛的气体。28在CVD工艺中，氩气有如下三个重要的作用。载气；将将CVD原料带入或送入反响室或原子化器；屏蔽气保护剂：保证反响室内元器件或制品不受外界如空气等的影响。稀释性气体：降低先驱体气体的浓度。29工业上分馏液态空气制 N2,制取高纯 N2需将N2通过灼热铜网以除去 02,通过P2O5除去H20之

10、后，储入钢瓶，黑瓶黄字。而O2是蓝瓶黑字，最危险的是H2瓶，深绿瓶红字。30氮气有稀释大气中氧气的作用。因为含量在60%A上的浓氧会损伤人和动物的呼吸系统，造成"氧中毒31CVD系统一般可分为圭寸闭系统 Closed reactor system 和开放系统Open reactor system ,其中在科研和生产中，应用最广的是开放系统。32感应加热系统根据使用的电流频率，可将其分为工频，中频，高频之分。工频加热系统：电流频率 50赫芝；33CVD设备是平安生产合格 CVD制品的保证。因此 CVD设备设计或制造的总目标是在扌本钱，缩短制造周期和提高设备的使用性能。为了到达这个目标，

11、在设备研制中应遵循以下几个原那么：1 继承性；2可靠性；3可制造性；4 经济性； 5 先进性。34分子间引力内聚力和分子无规那么热运动产生动量交换。Temp分子间引力，分子动量交换，对于液体，分子间内聚力起主要作用；对于气体，分子的 动量交换起主要作用35密封机理就是在这些潜在的接触面之间的泄露通道上，提供一个物理的堵漏体，以到达防漏效果 。36一般来说，泄漏有三种情形：接触面泄露、渗透泄露和破坏性泄露。37为了防止接触面之间的泄露，可采取密封件或密封胶的密封方法，两种方法也 可以结合使用。38为了实现对一种物理量的测量，需要涉及测量原理、测量方法和测量系统三个 根本要素。39红外测温仪的关键

12、部件是红外探测器，它可分为热探测器如热敏电阻和光 子探测器如光电导元件两大类。40某个压力测量装置的测量范围为0.110MPa那么其量程为10.1MPa 。41所以选用仪表时，在满足被测量的数值范围的前提下，尽可能选择量程小 的仪表，并使测量值在上限或量程的三分之二左右，防止使测量值出现在 仪表下限或量程的三分之一以下。42在测量时，选择温度测量系统的依据主要有测量温度范围；使用场合；传输方式，如远距离传输等。43作为新型结构材料，C/C还具有随温度的升高，强度不但不降低，反而呈现出升高的特性，使碳/碳复合材料成为目前唯一可用于高温达3000 C以上的复合材料。44精确度或精度是准确度和精密度

13、/重复性的综合反映。它综合表示测量结 果和实际值的偏差程度。45为了实现对一种物理量的测量，需要涉及测量原理、测量方法和测量系统三个根本要素3. 简答题5小题，每题6分，共30分1CVD技术的作用或用途- 1制备涂镀层，改善和提高材料或零件的外表性能 提高或改善材料或部件的抗氧化、耐磨、耐蚀以及某些电学、光学和摩擦学性能；开发新型结构材料 或功能材料制备纤维增强陶瓷基复合材料、C/C复合材料等；制备纳米材料；制备难熔材料的粉末、晶须、纤维 SiCf,Bf ；制备功能材料； 2CVD 技术的优点有哪些？ 1 CVD 设备简单，维护方便； 2 CVD 设备操 作简单，灵活性强 温度，炉压等 ； 3

14、可以制备多种金属、合金、陶瓷、化合 物的涂层、 复合涂层或梯度涂层 ；4绕镀性好， 可在复杂形状的基体上以及颗粒 材料上镀制； 5CVD 工艺可以制备出先进的纤维、泡沫、粉末，甚至复合材料； 6因沉积温度高，沉积物与基体的结合强度高；7 CVD 工艺制备出的涂层致密、均匀，所以可以较好的控制涂层的密度，纯度、结构和晶粒度； 8采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反响，使沉积可在较低的温度下进行；3CVD 技术的缺点有哪些？ 1CVD 的反响气体、反响尾气都可能具有一定的 腐蚀性，可燃性及毒性，反响尾气中还可能有粉末状以及碎片状的物质； 2此外与PVD相比，CVD工艺的 沉积工艺的温度较高

15、一般为 9001200C;被处理 的工件在如此高的温度下，会变形，会出现晶粒长大，会出现基材性能下降。4简单分析 一下 CVD 工艺的沉积过程 1 混合气体， 主要是惰性气体 N2,Ar2 ，复原气体如 H2 ,和反响气体如 NH3， CH4,CO2 等;有时在室温下也常用高 蒸气压的液体，如 TiCl4, SiCl4, CH3SiCl3 等等，把这类液体加热到一定温度小于 60C,再通过一定的载体氢， 氩与气泡的液体，从供气系统中把上述蒸气带入沉积 反响室;也有把固体金属或化合物转变成初始气体，如气化铝就是通过金属铝与氯 气或者盐酸蒸气的反响而形成的。 2当混合气体通入沉积反响室后，反响室通

16、过发热体或感应加热，使沉积室到达要求沉积夫人反响温度。 3反响气体从沉积反应室排出， 须经过气体排放处理系统， 去除废气中的有害有毒成分， 去除固体颗粒， 在其进入大气之前，将其冷却。5如何区别CVD工艺和PVD工艺？ 一一 1 CVDL艺是指在气相沉积的过程中，参与沉积的原料在固体外表或沉积室中 进行化学反响 分解反响或化合反响 ，且生成非 挥发性的固态沉积物的过程。 2 PVD Physical Vapor Deposition工艺是指在气相沉积的过程中，参与沉积的各原料通过加热 蒸发成气相，或通过电子、离子、 光子等荷能粒子的能量把金属或化合物靶 溅射 出相应的原子、离子、分子，且在固

17、体外表上沉积成固态沉积物的过程。 在此过程中，不涉及到物质的化学反响6影响化学气相沉积因素有哪些？先躯体种类;工艺方法 tcvi， icvi， pcvd ;反响条件温度，压力，流量;触媒种类;气体浓度;衬基结构;温度梯度;炉内真空度等7化学动力学研究的主要内容是什么？ i 各种因素浓度、温度、催化剂、溶剂、光照等对化学反响速率影响的规律; ii 化学反响过程经历的具体步骤，即所谓反响机理或反响历程。8热辐射具有那些特点： a 任何物体，只要温度高于 0 K ，就会不停地向周围空间发 出热辐射; b 可以在真空中传播; c 伴随能量形式的转变; d 具有强烈的方向性; e辐射能与温度和波长均有关

18、；f发射辐射取决于温度的4次方。9) 请总结一下三传现象的异同点-质量传输是物质分子本身的迁移的现象；热量传输是分子所含热能的传递的现象；动量传输是物质分子机械能的传递的现象。这三者 都是由分子扩散及流体微团位移而引起的，机理是相同的，描述所用的微分方程是一样的10) 试分析一下扩散系数的影响因素一一温度T?D :杂质与缺陷的影响；杂质的作用一一增加缺陷浓度，D ;使晶格发生畸变，D ;与基质结合成化合物，D0如发生淀析；缺陷的影响：点缺陷一一提供机制；线缺陷(位错)提供扩散通道。11) CVD的化学反响类型有许多种，请列出 4种化学反响的类型，并举例说明(写出 化学反响的方程式即可)<

19、1> 热分解反响：SiH4 (g)-> Si + 2H2 ； TiI4 (g)-> Ti+212 (g)； CH4 (g)->C + 2H2 ; SiH2CI2 (g)-> Si + 2HCI (g);<2>复原反响： 氢气复原反响 SiCl4 (g) + 2H2 -> Si + 4HCl ；金属复原反响TiI4 (g) + 2Zn2 -> Ti + 4Zn 1(g)<3> 氧化反响： SiH4 (g) + O2 -> SiO2 + 2H2<4> 水解反响 2AICI3 (g) + 3CO2 + 3H2 -&g

20、t;AI2O3+ 6HCI + 3C0 ；SiCI4+2H2O(g) ->SiO2+4HCl<5> 氮化反响或氨解反响：3SiH4 (g ) + 4NH3 -> Si3N4 + 12H2<6>碳化反响：TiCI4 (g) +CH4 -> TiC + 4HCI<7>歧化反响：2SiI2 (g) -> Si + SiI4<8>合成反响：(CH3)3Ga +AsH3 -> GaAs+3CH4<9>基体反响：Ti + 2BCI3+ 3H2 -> TiB2+6HCI12) 为了获得合格的 CVD制品，所选用的

21、先驱体应该具有那些特点？室温的稳定性；反响的洁净性一一反响的付产物不应污染需要沉积的产物； 较低温度下的挥发性 一一以便较容易的送入反响室， 而不必担忧冷凝在输送管道中； 沉积产物的高纯度性；反响的单一性反响时不形成副反响或寄生反响。13) 一般而言，CVD设备应该具备哪些功能？ 将反响气体及其稀释剂等通入反响器，并能进行测量和调控； 能为反响部位提供热量， 并通过自动系统将热量反响至加热源，以便控制涂覆温度。 将沉积区域内的副产品气体抽走，并能平安处理； 加热元器件及炉体的降温冷却等14) 简述一下喷射真空泵的工作原理蒸气喷射器将具有一定压力、一定温度的蒸气通过圆锥形的喷嘴，蒸气在通过喷嘴后

22、迅速膨胀，压力和温度急剧降低，喷射速度提高。在喷嘴出口压力可降低到133 Pa以下，温度在冰点以下，而速度可超过声速的 23倍，也就是将蒸气的位能转化为动能。 如此高速低压的蒸气流带动需要抽吸的气体流一起进入扩散管。而后再经过扩散管增 压、减速，将其排入大气。15泄漏检测检漏方法有几种，各是什么？1. 水压法密闭容器内部装水，并给水加压，观察有无水漏出；2. 压降法看压力表，压力或真空度是否下降；3. 听音法根据气体漏出时发出的声音 ；4. 充气法外部涂肥皂水，放入水中等 ；5. 仪器捡漏法如超声波检漏法，氦质谱捡漏法；6. 其它方法16制备辐射测温计的理论依据是什么？任何物体只要温度大于 0

23、K ，都会产生热辐射能，同时物体在吸收热辐射能时，也一 定会把热辐射能转变为热能。辐射测温仪就是据此原理制成的。17简述一下热电偶的制作工艺流程 将两种不同类型的热电极的一端焊接起来，分别套上绝缘体，装在外保护管内，并配一个接线端子盒即可制成一只普通的热电偶。18在制备热电偶时，如何选择热电极？热电极材料的选择是根据所测温度的上下决定的。 热电极粗细根据实际需要而定， 贵 金属热电极的一般直径 0.30.6mm ;普通金属热电极，工业用1.53.5mm，实验室用0.5mm。热电极长短取决于安装部位的深度，一般在2503000mm。热电极的焊接形式可采用电弧焊，接触焊等。19在大多数情况下，热电

24、偶需要连接补偿导线，为什么？ 在测温的过程中，热电偶的冷端一般离热源较近，冷端温度是不断变化的，而离热 源较远的地方的温度一般是相对稳定的。故为了使冷端温度恒定，就需要将热电偶 加长，或采用0150C的热电特性与热电偶相同的导线将热电偶的冷端延伸到温度 恒定的地方。20产生滞后量的原因是什么？ 产生滞后量的原因是由于测量仪器内部存在着摩擦、间隙、死区，存在着机械材料或电器材料的滞后特性等 。21简述 CVD 设备设计或制造的总目标和在设备研制中应遵循哪几个原那么。CVD 设备设计或制造的总目标是在满足各项设计要求或使用性能的提前下，应可能减少制造 风险，降低制造本钱，缩短制造周期和提高设备的使

25、用性能。在设备研制中应遵循 以下几个原那么： 1 继承性; 2 可靠性; 3 可制造性;4 经济性; 5 先进性。22) 简述电加热元件材料和性能要求或如何合理选择电加热元件的材料？具有良好的耐热性及高温强度电加热元件的工作温度一般比炉温高100200C，故保证所选元件材料在高温下不熔化，不氧化，不挥发，不变形等具有较大的电阻率R=( p L)/S:当R,S不变时，p越大，L越小，故节省材料，便于安装；当R,L不变时，p越大，S越大，那么提高强度，延长寿命。具有较小的电阻温度系数(1/ C )即材料的电阻率对温度的变化的敏感度要低。 具有较小的热膨胀系数具有良好的加工性23) 画图说明往复真空

26、泵工作原理往复泵的结构和工作原理如下图， 主要部件有气缸1及在其中做往复直线运动的活塞 2, 活塞的驱动是用曲柄连杆机构 3(包括十字头)来完成的。除上述主要部件外还有排气阀 4 和吸气阀5等重要部件，以及机座、曲轴箱、动密封和静密封等辅助部件。运转时，在电动机的驱动下， 通过曲柄连杆机构的作用， 使气缸内的活塞做往复运动。 当活塞在气缸内从左端向右端运动时，由于气缸的左腔体积不断增大，气缸内气体的密度 减小，而形成抽气过程，此时被抽容器中的气体经过吸气阀5进入泵体左腔。当活塞到达最右位置时，气缸左腔内就完全充满了气体。接着活塞从右端向左端运动，此时吸气阀5关闭。气缸内的气体随站活塞从右向左运

27、动而逐渐被压缩，当气缸内气体的压力到达或稍 大于一个大气压时，排气阀 4被翻开，将气体排到大气中，完成一个工作循环。当活塞再 左向右运动时，又重复前一循环，如此反复下去，被抽容器内最终到达某一稳定的平衡压 力。为提高抽气效率，一般在气缸的两端均设有吸气阀和排气阀，然后用管路将气缸两端 的吸气口和排气口并联起来。4、推导题或证明题(2小题，每题10分，共20 分)(1)假设物性参数c和?均为常数，而且无内热源，试证明:-：t;2t;:2t;:2t;:t ); orxyz-证明：假设：(1)所研究的物体是各向同性的连续介质;(2)热导率入、比热容c和密度p均为。d.时间内、沿x轴方向、经x外表导入

28、的热量：d .时间内、沿 x轴方向、经 x+dx外表导出的热量:dQx 二 qx dydz d .JdQx dx = qx dx dydzd Jqxdxqx垒dx:xd时间内、沿 x轴方向导入与导出微元体净热量:dQx - dQx dx旦 dxdydz d .J:xd .时间内、沿y轴方向导入与导出微元体净热量:dQy -'dQy dy-旦 dxdydz d J-yd 时间内、沿z轴方向导入与导出微元体净热量:JdQz - dQz dzdt时间内，导入与导出净热量:1| =-些+竺+竺心办去dr ox dv dz傅里叶定律:.dt. dt9宀临；y临;1二 丁 2云+石兄石±

29、£久才dxdzdr J dx ex dy cy dz dz无内热源，微元体中内热源的发热量为0,dt时间内，微元体中热力学能的增量:3 = pc 一 dxdydzdr Jor无 qv妙$丄碍+软？+牟+匕由 1+2=3:or ax dx dv dv dz dzdt 0 衬 t_ =(7(+_ + _)； 又，、c和均为常数，那么尸-'-or = £t(2)利用泰勒级数展开法，试证明二维导热微分方程式：:t：2t： 2t=a( 2 t)的解析解ct召x 召y此外，温度对时间的微分可转变成差分:导热微分方程式可转变为节点的差分方程:当 x = y,有为：tipr =04

30、E)tiPj +E(thj +ti,j +卅+蜡)，并说明E的含义及其解析解使用条用节点(i,j)的温度 切来表示节点(i+1,j)的温度ti+i,j:dtAd2tAx2Ar3t .=:t +Ax+r 22!ex3.3!用节点(i,j)的温度ti,j来表示节点(i-1,j)的温度ti-1,j :dtd2t2S3r2i ,=-1Ax + -H山dxdx22!3!A J假设取上面两式右边的前三项并相加，整理后，即得二阶导数的中心差分：32t=；+ )Ajc7= (1-40©+砂乱十必+乞+】4，即为使用条件。X2式中，A'- ,由1 4E 0，得(3 )对于二维、非稳态流动的流体

31、，请推导流体的连续性方程式：-丄3 土=o，并据此写出稳态，不可压缩流体的质量守恒定律。.x : y从流场中取出边长为 dx、dy的微元体，M :质量流量；u、v: X、Y向流体的速度,_q f 1 SJwT* 1d ry1.My*= 淨ydrrx单位时间内、沿x轴方向、经X外表流入微元体的质量：恢二冉妙单位时间内、沿x轴方向、经x+dx外表流出微元体的质量：单位时间X 轴方向流入微元体的净质量：dMx r dpu f ,ax = axaydxdx同理，单位时间内、沿 y轴方向流入微元体的净质量:dy 7 dy如迦处止dxdy单位时间内微元体内流体质量的变化:警2心妙卑砂叔於二字必妙流入微元体

32、的净质量 =微元体内流体质量的变化：工.(迪._0即:：x:：y。对于二维、稳态流动、密度为常数时:(4)对二维静止的液体或固体而言，当扩散系数为常数时，请证明下式成立:22 h:CC : C、D(r2)。x :y推导：取一体积元dxdy，分析在x方向上，通过dy截面的质点数J。那么在单位时间内，dy 截面，通过xtx + dx间的质点数见下列图:考虑两个相距为dx平面的平行平面。y+dy yJx = DfdyJ X dx.C.C=JX +()dx = D dy + (D)dxdy cXcXcX.X= (D-)d x d y ;X;X同理：y方向的扩散净增量Ajy=jy +助_jyC、，, (

33、D ) dxdy:y: y因为在dxdy体积单元内的质点扩散净增量为(C2 -G)，dydxdC -dxdydJ 二dtdt又因为：dJ _ dC昨 dt；：2C2= . Jx ：LJy =D(dxdy，所以：& &ct2 2.CC c、D(一 2 一 2) excy5、计算题(3小题，每题10分，共30 分)i)设一窑墙，用粘土砖和红墙二层砌成，其中内墙用粘土砖，外墙用红砖, 窑墙内外表温度为 1200 C,外外表温度100 C,红砖容许的使用温度为厚度均为230mm。700 C以下。求每平方米窑墙的热损失，并判断红砖在此条件下能否使用。粘土砖和红砖的导热系数各3t W/(m

34、. C)。为：入 1 = 0.70 + 0.55X 10 t W/(m. °C )；入 2= 0.46+ 0.44 X 10解：假定交界处的温度为600 C,那么：入 1= 0.70 + 0.55 X 103 x (1200+600) /2 = 1.20W/(m.入 2= 0.46 + 0.44 X 10 3 X (600+100) /2 = 0.61W/(m.C)c_(1200-100)(0.23/1.2 0.23/0.61)= 193CW/m2s0 23t2 F1 -q旦=1200-1930830C 或人1 20校核交界处的温度：1't2 =t3+ q全 =1OO+193

35、O023=828C 故t2 ： 830C20.61x x+dxX方向的扩散净增量为 .JX =JX+ dx -JX -误差超过5%,故重新设定交界处温度为830C，此时：入 1= 0.70 + 0.55X 10 3 X (1200+830) /2 = 1.26W/(m. C)3入 2= 0.46 + 0.44 X 10 X (830+100) /2 = 0.66W/(m. C )q = CI200卩%/ .26 十 0.23/0.66) = 2080W/ m"s<0.23o 十t2 =匕-q 1 =1200 -20806 =820C 或入1.20校核交界处的温度：1So0.23

36、“t2 =t3+ q 空-100+ 2080825C.t2 : 820 C20.66与假设温度相比拟：误差小于5 %，故第二次假设正确。由于t2= 820 C大于红砖的使用温度极限答：每平方米窑墙的热损失为2080W/m2 700 C，故红砖在此条件下不能使用。2用喉管造成负压以抽走吸池中的液体。已知大管：d1 = 80mm，流速 山=2m/s，压强 p1=1kgf/cm2 表压,p 1 = 1000 kg/m3;液 体p y = 1200 kg/m3,当地重力加速度为 9.81m/s2 ；抽吸的液体的高度 h为1米。 求喉管的直径d2= ?忽略阻力解：A-A1为等压面，据静力学方程：p yg

37、h+ p2= 0，二 P2 = p ygh；列柏努利方程1 2匕 工咗u22=2(P .ukdraB 型.山)-222 J 2 叫J 2>2)=270.8.u2=16.5(m/s)29.81 104 1200 9.81纟1000由连续式方程：ud2 二 u2d22 二 d2 二 d1 小一u2 =80 2/16.5 = 0.0279m = 27.9mm答：喉管的直径为 28mm。3一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm,外外表实测平均温度及空气温度分别为tw = 48C, tf = 23C,此时空气与管道外外表间的自然对流换热的外表传热系数h=3.42 W /m2 K,保温

38、层外外表的发射率，即黑度£ = 0.9,黑体的辐射系数T为5.67X 10 8W/ m2.K4。问：1此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式；(2)计算每米长度管道的总散热量。解：(1)此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。(2)把管道每米长度上的散热量记为ql(a)当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热qi,cd h t = - dh(tw - tf)= 3.14 沢 0.583沢 3.42沢(48 一 23)= 156.5(W/m)(b)近似地取管道的外表温度为室内空气温度，于是每米长度管道外外表与室内物体及墙壁之间的辐射为：qi,d(T4-T4)= 3.14 0.583 5.67 108 0.9 (48 273