李航課程設(shè)計樣本

1、攀枝花學院 本科課程設(shè)計飛機瞭望窗的保溫設(shè)計學生姓名：李航 學生學號：200911102028院（系）： 材料工程學院年級專業(yè)：2009級材料科學與工程指導(dǎo)教師：鄒建新 教授助理指導(dǎo)教師： 二一一年十二月攀枝花學院本科課程設(shè)計 摘 要摘 要飛機座艙呈圓柱形，由于壁厚遠小于座艙半徑，按平壁處理，不計接觸熱阻，按穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱來處理，并假設(shè)空氣層中沒有自然對流，飛機座艙的散熱量系由艙內(nèi)的乘客以及飛機空調(diào)系統(tǒng)供給熱量來平衡的，為設(shè)計時安全起見，認為均由空調(diào)系統(tǒng)所提供。有傅里葉導(dǎo)熱定律可知，要算復(fù)合平壁的熱流密度，要知道平壁兩側(cè)溫差，以及復(fù)合平壁的總熱阻，q=t/R.總熱阻R與材料導(dǎo)熱系數(shù)和厚度有關(guān)，超細玻

2、璃棉保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)與平均溫度有關(guān)。要將散熱量減少1/3，可以改變超細玻璃棉的厚度，或者用鈦合金做蒙皮，或者用T300碳纖維做內(nèi)壁。關(guān)鍵詞 復(fù)合平壁，傅里葉導(dǎo)熱定律，一維穩(wěn)態(tài)，隔熱保溫攀枝花學院本科課程設(shè)計 ABSTRACTABSTRACTThe cockpit is cylindrical, due to the wall thickness is far less than that in the cockpit radius, press flat wall processing, regardless of the contact heat resistance, according

3、to the steady heat conduction to deal with, and assumed that the air layer without natural convection, the cockpit is by the heat of the cabin passengers and aircraft air conditioning system supplies heat to balance, for when the design of safety, think all by air conditioning system provided. A Fou

4、rier thermal conductive law, it is known that the compound flat is the wall heat flux, and know that flat sides wall temperature, and composite flat wall of total heat resistance, q = enables delta t/R. Total heat resistance R and material coefficient of thermal conductivity and thickness relevant,

5、superfine glass cotton thermal insulation layer of the coefficient of thermal conductivity and the average temperature. Will decrease 1/3 of heat, can change the superfine glass cotton thickness, or use titanium alloy do rigging, or use T300 carbon fiber do wall.Key words The compound flat wall, Fou

6、rier thermal conductive law, one dimensional steady, heat insulation攀枝花學院本科課程設(shè)計 目錄目 錄 摘 要ABSTRACT1 緒論1 1.1課題背景1 1.1.1傳熱問題的三種形式1 1.1.2飛機瞭望艙的傳熱方式分析 2飛機瞭望窗的熱量傳遞分析2 2.1 簡化傳熱的幾個假設(shè)22.2瞭望窗結(jié)構(gòu)示意圖 2.3熱量傳遞分析23空調(diào)的供熱量計算34隔熱保溫設(shè)計4 4.1方案探索44.2具體設(shè)計方案45結(jié)論5參考文獻6附錄1：幾種保溫、耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系7附錄2：大氣壓力下干空氣的熱物理性質(zhì)8致 謝98攀枝花學院本科課

7、程設(shè)計 飛機瞭望窗的保溫設(shè)計1 緒論 1.1課題背景 在我們生活著的大千世界中發(fā)生著各種各樣的過程，其中與人類的生存關(guān)系最密切的物理過程之一是熱能的傳遞：從現(xiàn)代樓宇的暖通空調(diào)到自然界的風霜雨雪的形成，從航天飛機重返大氣層時可貼的熱防護到電子器件的有效冷卻，從一年四季人們穿著的變化到人類器官的冷凍儲存，無不與熱能的傳遞過程密切相關(guān)。傳熱學就是研究由溫差引起的熱能傳遞的科學。傳熱學在科學技術(shù)各個領(lǐng)域中都有十分廣泛的應(yīng)用。1.1.1盡管各個科學技術(shù)領(lǐng)域中遇到的傳熱問題形式多樣，但大致上可以歸納為三種類型的問題： （1） 強化傳熱。即在一定的條件下增加所傳遞的熱量。 （2） 削弱傳熱，或稱熱絕緣。即在

8、一定的溫差下使熱量的傳遞減到最小。 （3） 溫度控制。為使一些設(shè)備能安全經(jīng)濟的運行，或者為得到優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，要對熱量傳遞過程中物體關(guān)鍵部位的溫度進行控制。 熱能的傳遞有三種基本方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。 1.1.2飛機在高空中飛行依然存在著熱量傳遞的過程，當夏天平流層溫度比座艙溫度高時，熱流將有高溫區(qū)像座艙內(nèi)傳遞，造成座艙內(nèi)溫度升高，讓乘客感覺悶熱;當冬天平流層溫度較座艙內(nèi)溫度較低時，熱流將從座艙內(nèi)往外傳遞，造成座艙內(nèi)溫度降低，讓乘客感覺很冷。所以，減少平流層與座艙的熱量傳遞有非常客觀實在的意義。2 飛機瞭望窗的熱量傳遞分析2.1首先為簡化問題的分析做幾個假設(shè)如下：1. 飛機座艙的散熱量系由

9、艙內(nèi)的乘客以及飛機空調(diào)系統(tǒng)供給熱量來平衡的，為設(shè)計時安全起見，認為均由空調(diào)系統(tǒng)所提供。2. 飛機座艙呈圓柱形，由于壁厚遠小于座艙半徑，按平壁處理。3. 不計接觸熱阻。4. 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。5. 假設(shè)空氣層沒有自然對流。2.2做出飛機瞭望窗的材料組成結(jié)構(gòu)圖如下：座艙內(nèi)q鎂鋁合金 R1 t1 1=160 d1=1mm 空氣層 R2 t2 2 d2=20mm超細玻璃棉 R3 t3 3 d3=10mm軟鋁蒙皮 R4 t4 4=160 d4=2mm2.3熱量傳遞分析1由于把座艙當做復(fù)合平壁處理，熱量傳遞的方式主要考慮熱傳導(dǎo)。傳遞的熱量有傅里葉導(dǎo)熱公式q= t/R總. R總= R1+R2+R3+R4 Ri=

10、di/ i . 2 超細玻璃棉的導(dǎo)熱系數(shù)是溫度的函數(shù)，這里需要先假設(shè)平均溫度，然后檢驗值，空氣層的導(dǎo)熱系數(shù)也需要先假定平均溫度后在確定。3=0.033+.00023t4查表。3 t2指空氣層的平均溫度，t3指超細玻璃棉的平均溫度。 3空調(diào)的供熱量計算當夏天（高空溫度分別取50、40、30、20）和冬天（高空溫度分別取10、0、-10、-20）飛行時，空調(diào)的供熱或散熱量是多大？試進行分析計算。A 當t4=5o時 假設(shè)t3=45,t2=25,由于附錄4可查出3=0.033+.00023t3=0.04335,查附錄5可知2=0.0263，R3=0.01/0.04335=0.23，R2=0.02/0.

11、0263=0.76,R1=0.001/160=0.00000625，R4=0.0000125.總=R1+R2+R3+R4=0.99 q1= t/R總=(t4-t1)/0.99=30/0.99=30.3現(xiàn)在反求出t2=23,t3=43.兩個溫度與假設(shè)值很接近，計算有效。B 當t4=40時 假設(shè)t3=37，t2=35，同理可得q2=20.5,反求出的t2=38，t3=33,兩個溫度與假設(shè)值很接近，計算有效。C 當t4=30時 假設(shè)t3=28,t2=26,同理可得q3=10.1,反求出t2=t3=27.4,兩個溫度與假設(shè)值很接近，計算有效。D當t4=20時 由于飛機座艙內(nèi)外不存在溫度差，所以q4=0

12、E當t4=10時 假設(shè)t3=13，t2=18，同理可得q5=9.4,反求出t3=t2=13，兩個溫度與假設(shè)值很接近，計算有效。F 當t4=0時 假設(shè)t3=8，t2=4，同理可得q6=-18.2，反求出t2=t3=5，兩個溫度與假設(shè)值很接近，計算有效。G 當t4=-10時 假設(shè)t3=-4，t2=4，同理可得q7=-26.7,反求出t2=t3=-1.6，兩個溫度與假設(shè)值很接近，計算有效。H 當t4=-20時 假設(shè)t3=-15，t2=-9，R2=0.845,R3=0.3384同理可得q8=-33.8,反求出t2=t3=-8.6，兩個溫度與假設(shè)值很接近，計算有效。綜上：由上面的9中情況來看，溫差越大，

13、熱流密度也越大。4 隔熱保溫設(shè)計如果要將供熱量或散熱量減少1/3，可分別采用什么方法，比如內(nèi)壁、外壁、空氣夾層、玻璃棉的厚度如何變化，材質(zhì)如何改變，等等，試通過詳細計算分析，提出一個或幾個設(shè)計方案，供飛機制造公司參考。 4.1方案探索 1 改變厚度 a由于內(nèi)層鎂鋁合金、外層蒙皮的導(dǎo)熱系數(shù)很大，改變其厚度對其熱阻的影響很小，所以一般不該改變其厚度。 b單從導(dǎo)熱系數(shù)來看，空氣層的值比超細玻璃棉還小，但是要進一步減小散熱損失，不能用加厚空氣夾層的方法，因為這會導(dǎo)致夾層空氣的自然對流，使散熱量增加。 綜上分析：應(yīng)該改變超細玻璃棉的厚度。 2改變材質(zhì) a用鈦合金做蒙皮 由于鈦合金Ti-3Al導(dǎo)熱系數(shù)和軟

14、鋁低很多，其導(dǎo)熱系數(shù)=10.47，而且鈦合金有因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點，滿足高空飛行的機械強度方面的要求。 b用T300碳纖維做內(nèi)壁 由于T300碳纖維的導(dǎo)熱系數(shù)比鎂鋁合金低得多，其導(dǎo)熱系數(shù)=6.5，而且碳纖維的軸向強度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好，能滿足高空飛行的需要。4.2 具體方案1.改變超細玻璃棉的厚度 以散熱量最大的情況來設(shè)計，要使散熱量減小1/3,q9=2/3q8=22.5. 使散熱量減少1/3各層的平均溫度會有所改變，近似的仍用上述數(shù)據(jù)進行估算，則可得： d3/3=t/q9-R1-R2-R4 d3/0.0295=40/22.5-0.001/160-0.845-0.002/160 d