化工原理课后习题答案第4章传热习题解答

习题

1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ１=1.3W/(m·K ）、绝热层λ2＝0.18W/(m·K ）及普通砖λ３=０.93W/(m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o Ｃ,普通砖层厚12cm ，其外表面温度为5０ o C 。通过炉壁的热损失为１20０W ／ｍ2,绝热材料的耐热温度为9０0 o Ｃ。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。

设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。

已知:λ1=1.3Ｗ/m·K ，λ2=０.18W/m·Ｋ，λ3＝0.93W/m·K,T 1＝110０ o C ，T 2=900 o Ｃ，Ｔ

4=50

o C,

3δ=1２c ｍ,ｑ＝1２0０Ｗ／m 2,Rc ＝０

求：1δ=?2δ＝? 解:∵δ

λT

q ∆=

∴1δ

＝m

q T T 22.01200

900

11003.1211

=-⨯=-λ 又∵3

3

224

23

4

33

2

3

22

λδλδδλδλ+-=

-=-=T T T T T T q

∴

W K m q T T /579.093

.012.01200509002334222⋅=--=--=λδλδ 得:∴m 10.018.0579.0579.022=⨯==λδ

习题1附图习题2附图

2． 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=３00

o Ｃ,t ３=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。

已知:Ｔ2=300o C,T ３=50o C

求: Ｔ1=？ 解：∵δ

λ

δ

λ

3

13

23

T T T T q -=-=

∴T 1-Ｔ3＝3(T ２-T ３）

T 1=2(Ｔ２－T ３)+T 3＝３×(3０0-50)+50＝800

ｏ

Ｃ

3. 直径为Ø60×３m ｍ的钢管用30mm 厚的软木包扎,其外又用10０ｍｍ厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为–110ｏ

C,绝热层外表面温度10o C 。已知软木

和保温灰的导热系数分别为0.043和０.07 Ｗ/(m·o C ），试求每米管长的冷量损失量。

解：圆筒壁的导热速率方程为

()2

3212131ln 1ln 12r r r r t t L

Q

λλπ+-=

其中 ｒ１=30m ｍ，r 2=60mm,r 3=16０ｍｍ 所以

()2560

160

ln 07.013060ln 043.01101002-=+--=πL

Q Ｗ／m 负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。

4． 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变,试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适?

解：设外层平均直径为ｄm,2，内层平均直径为d m,1，则 d ｍ,2= 2d ｍ,1且 λ２＝2λ１ 由导热速率方程知

1

111112

2114522λππλπλλλb L

d t L

d b

L d b t

S b

S b t Q m m m m m ⨯⨯∆=

+

∆=

+

∆=

两层互换位置后

1

1111122λππλπλb

L

d t L

d b

L d b t

Q m m m ⨯∆=

+

∆=

'

所以

25.14

5

=='='q q Q Q

即q q 25.1='

互换位置后，单位管长热损失量增加，说明在本题情况下,导热系数小的材料放在内层较适宜。

5. 在长为3m,内径为53mm 的管内加热苯溶液。苯的质量流速为1７2kg ／(s·m 2)。苯在定性温度下的物性数据：μ=0.4９m Ｐa·s;λ=０.１4 W/（m·K ）；ｃp =１.8kJ/(kg·ｏ

C)。试求苯对管壁的对流传热系数。

已知：Ｌ＝3m ，ｄ＝53ｍm ，G=172 k ｇ/(s·m 2），被加热苯物性,μ=0．49mPa·ｓ，λ=0.14

W ／(m·K ）；c ｐ=1.8ｋＪ／(kg·

o Ｃ） 求:α 解: R ｅ=

43

1086.110

49.0172053.0⨯=⨯⨯=

-μ

dG

＞ 4

10 3.614

.01049.0108.1Pr 3

3=⨯⨯⨯==-λμ

p c >0．7

6.56053

.03==d L >40 故可用N ｕ=0．023Re 0.８

P ｒ

０.４

公式

4.08.044.08.03.6)1086.1(053

.014.0023.0Pr Re 023.0⨯⨯⨯⨯==d

λα=3３0W ／m 2·

o C 6. 在常压下用列管换热器将空气由2０0 o Ｃ冷却至120 o C ，空气以3k ｇ/s 的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为２６0mm,内径Ø2５×2.５m ｍ钢管38根。求空气对管壁的对流传热系数。 已知：T １＝200 o C,T ２＝120 ｏ

C,空气ｑm =３kg/s 走管外壳程，D=260m ｍ,n=38，d=25ｍｍ

求：α

解:空气平均温度C T T t m ︒=+=+=

1602

120

200221 查160 ｏ

C 空气：ρ＝0.815kg ／m ３

,μ=2.45×1０-5Pa·s ，Pr ＝０.6８2，λ＝０.０364W ／m·K

m nd D nd D d n D d n D S A de 036.0025

.03826.0025.03826.0)

44(44222222=⨯+⨯-=+-=+-⨯==πππ

π s m kg A q G m ⋅=⨯-⨯==

222/1.87)

025.03826.0(785.03