化工基本知识课后答案解析(中国石化出版社)第5章传热

第五章 传热

1.一立式加热炉炉墙由厚150mm 的耐火材料构成，其导热系数为λ1＝1.3W/(m ·K)，其内外表面温度为ll00℃及240℃，试求通过炉墙损失的热量(W/m 2)；若外加一层25mm ，λ2＝0.3W/(m ·K)的绝热材料，并假定炉内壁温度仍为1100℃，而热损失降至原来的57％，求绝热层外壁温度及两层交界面处的温度。 解：21

1213.74533.115.0240

1100m W b t t A

Q q =-=-==

λ

24.424857.0'm W q q ==

4.42483.002

5.03.115.01100'32

2

1131=+-=+

-==

t b b t t A Q

q λλ

解得：3t =255.8℃

4.42483.11

5.01100''2

1

121=-=-==

t b t t A

Q q λ

解得：'2t =609.8℃

2某加热炉炉墙由耐火砖、绝热层与普通砖组成，耐火砖里侧温度为900℃，普通砖外侧温度为50℃，各层厚度分别为：耐火砖140mm ，绝热层(石棉

灰)20mm ，普通砖280mm ；各层导热系数：λ1＝0.93W/(m ·K)，λ2＝0.064W/(m ·K)，λ3=0.7W/(m ·K)。(1)试求每m 2炉墙的热损失；(2)若普通砖的最高耐热温度为600℃，本题条件下，是否适宜? 解： （1）233

2211419.9847.028.0064.002.093.014.050

900m W b b b t t q =++-=+

+-=

λλλ （2）233

3439.9847.028

.050

m W t b t t q =-=-=

λ 解得：3t =444℃ 适宜

3.用平板法测定某固体的导热系数，试件做成圆形薄板，直径d ＝120mm ，厚度为δmm ，与加热器的热表面及冷却器的冷表面直接接触。所传递的热量(一维导热)，用加热器的电能消耗计算之。过程稳定时，测得加热器电流为0.96A ，电压为60.5V ，热电偶测得热表面温度t 1＝180℃，冷表面t 2＝30℃；由于安装不良，试件与冷热表面之间各有一层0.1mm 的缝隙(内有空气)，试求：

(1)忽略表面间的辐射传热时，因空气缝隙引起的测试导热系数的相对误差。空气在180℃及30℃时的导热系数分别为3.78W/(m ·K)及2.67 W/(m ·K)。

(2)如果计入辐射传热，上题的误差将有何变化，请作定性分析。 解：)(08.5896.05.60W UI Q =⨯==

)(0113.012.04

4

222m d

A =⨯=

=

π

π

忽略空气缝隙的影响：08.580113

.030

180=⨯-=

-=

λδλδA

t T Q W

W

解得：))/((236.34K m W ⋅=δλ 不忽略空气缝隙的影响：

08.580113

.067.2101.01078.3101.030

1803

23221141=⨯+⨯+⨯⨯-=++-=

---λδλδλλA b A b t t Q 解得：))/((778.37K m W ⋅=δλ 相对误差：

%4.9%100778.37778.37236.34-=⨯-δ

δ

δ

(2)如果计入辐射传热，导热速率Q 应减小，得出的导热系数应减小，所以上题的误差将减小。

4.当管子外径与内径之比d 2/d 1＜2时，试证明：通过管壁的导热速率按下式计算的相对误差不超过4％。

5.管子的内外直径分别为；d 1＝107mm ，d 2＝127mm ，导热系数λ=16W/(m ·K)，管内外壁温度各为350℃及300℃，试求在单位时间内，每米

管长及每平方米外表面的导热量。

解：

)

/(1093.2107

127ln 1621300350ln 2141221m W d d t t L

Q ⨯=⨯-=-=ππλ

)/(1035.71

127.01093.2244

m W A Q ⨯=⨯⨯⨯=π 6.汽管外直径d 1=100mm ，其表面温度t 1＝180℃，覆盖有一50mm 厚的矿渣棉绝热层，绝热层外表面温度t 2＝30℃，其导热系数由下式决定：λ= 0.064(1+2.25×10-3t)W/(m ·K)，试求每米管长的热损失(W/m)。

7.管径为Ф38×2.5mm 的油管，管壁导热系数为45W/(m ·K)，内壁温度为120℃；为减少热损失，在管外包上两层绝热层，第一层是50mm 厚的蛭石，导热系数为0.06W/(m ·K)，第二层是10mm 厚的石棉泥，导热系数为0.13W/(m ·K)。

(1)试求每米管长的热损失及两绝热层交界面的温度； (2)若把内、外两绝热层位置交换一下，热损失将如何变化?

8.某汽油冷却器采用Ф25×2.5mm 管子，冷却水在管内以lm/s 的流速通过，进出口温度分别为25℃及45℃，管长3m ，试求管壁对冷却水的给热系数。 解：在定性温度()℃3545252

1

=+=

m t 下水的物理性质为3994m kg =ρ，

()K kg J k 4.174=C p ⋅，S 7mPa 0.72=⋅μ，()K m ⋅W 0.626= λ

4433101073.210

727.099411020Re >⨯=⨯⨯⨯⨯==--μρ

du 湍流 85.4626

.010727.010174.4Pr 3

3=⨯⨯⨯==-λμ

p C ()())K m W d ⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==-24.08

.043

4.08.08.4790 85

.41073.21020626.0023.0Pr Re 023.0λα 9.某煤油冷却器有Ф19× 2mm 钢管60根，长3m ，管内冷却水流速为0.6m/s ，平均水温为30℃，管壁温度为55℃。试求： (1)水在管内的对流给热系数：

(2)给热速率

解：(1)在定性温度℃30=m t 下水的物理性质为37.995m kg =ρ， ()K kg J k 4.174=C p ⋅，S 0.801mPa =⋅μ，()K m ⋅W 0.618= λ

4433101012.110

801.07.9956.01015Re >⨯=⨯⨯⨯⨯==--μρ

du 湍流 41.5618

.010801.010174.4Pr 3

3=⨯⨯⨯==-λμ

p C ()()()K m W d ⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==-24.08

.043

4.08.07.3227 41

.51012.11015618.0023.0Pr Re 023.0λα (2)根据牛顿冷却定律：