化工基础第四章习题答案

2.如习题1燃烧炉的平壁是一层厚度为230mm 的耐火砖（ λ =1.163)、一层普通砖厚度为240mm 的普通砖（ λ =0.5815）和一层厚度为40mm 的保温材料（ λ =0.07）砌成，当定态后测得内壁面温度为720 ℃ ，保温材料外表面温度为70 ℃ 。试计算耐火砖与普通砖、普通砖与保温材料间的交界面温度。 解:

3．平壁炉是用内层为120mm 厚的耐火砖和外层为230mm 的普通砖砌成。两种砖的导热系数均为未知。测得炉内壁温度为800℃，炉外侧壁面温度为113℃。为减少热损失，后又在普通砖外包一层厚度为50mm 、导热系数为0.2 W/(m·℃)的石棉。包扎后测得各层温度为：炉内壁温度为800℃，耐火砖和普通砖界面温度为686℃，普通砖和石棉界面温度为405℃，石棉外侧温度为77℃。试求包扎后热损失较原来热损失减小的百分数?

14312

12372070

550023024004116305815007t t A A

......A A A Φδδδλλλ--===++++

12

117205*********t t A A,

..A ∆δλ-==26112t .=333370

550004007t t A A,

..A ∆δλ-==

4、 在φ50mm ×5mm 的不锈钢管(λ1 = 16W ·m -1·K -1

)外包扎30mm 厚的石棉(λ2 = 0.22W ·m -1·K -1)，测得管内壁面温度为600℃，石棉外壁面温度为100℃；试求每米管线的热损失。

若上述温差保持不变，欲使热损失减少60％，在石棉外层再包裹一层保温材料(λ3 = 0.07) 。问：该保温材料的厚度应为多少？

解：

⑴管线的热损失

Q/L = ·Δt

=

①管线各层半径

r 1 =(50 - 2×5)/2 = 20(mm) = 0.02m ，

r 2 = r 1 + 5×10-3 = 0.025(m)，r 3 = r 2 + 30×10-3 = 0.055(m)； ②导热系数

λ1 = 16W ·m -1·K -1 ，λ2 = 0.22W ·m -1·K -1 。

—18—

③管线的热损失

3140

2π

Σ[ · ] ln r 1 r i+1 1

λi

2×3.14（600 - 100）

[ ·ln + •ln ]

r 1 r 2 1 λ1 1

λ2

r 2 r 3 30mm

5mm 50mm

3140

Q/L = =

= 873(J·s-1·m-1)

⑵需加保温层的厚度

①确定管线的热损失

Q’/L = 873 - 873×60％

= 349.2(J·s-1·m-1)

②求r

4

349.2 =

=

移项整理有：

349.2×[3.598 + 14.29·ln(r

4

/55)] = 3140

1256.4 + 4990·ln(r

4

/55) = 3140

则：

ln(r

4

/55) =(3140 - 1256.4)/4990 = 0.377

lnr

4

= 0.377 + ln55 = 0.377 + 4.007 = 4.384 即：

r

4

= arcln4.384 = 80(mm)

③确定保温材料的厚度

r 4 - r

3

= 80 - 55 = 25(mm)= 0.025m

r4 - r3

30mm5mm

50mm

0.014 + 3.584 + •ln

3140

1

0.07 55

r

4

3.598 + •ln

3140

1

0.07 55

r

4

9．在一列管换热器中，用水蒸气加热原油。管子规格为Φ25mm×2.5mm，管内原油的表面传热系数为1000 W·m-2·K-1，管内污垢层的热阻系数R h,1=1.5 ×10-3m2·K·W -1；管外水蒸气加热原油，管外水蒸气冷凝的表面传热系数为10000 W·m-2·K-1，管外污垢热阻及管壁的热阻可忽略不计，试求传热系数及各部分热阻占总热阻的百分数。

解:基于管外表面的K2用下式计算

2

1

2

1,

1

1

2

21

1

h

d

d

R

d

h

d

K

h+

+

=

1-

2-

3

2

K

m

W

310

10000

1

20

25

10

5.1

20

1000

25

1

⋅

⋅

=

+

⨯

⨯

+

⨯

=

-

K