新版化工原理课后习题(第四章)-新版.pdf

层为厚 30mm 的石棉灰，其热导率为
0.21W
m1
K
1
。管内壁温度为
300 0 C ，保温层外
表面温度为 40 0 C 。管道长 50m 。试求该管道的散热量。 无缝钢管热导率为 45W m 1 K 1
（答： Q 14.2kW ）
解：已知：
棉
0.065W m 1
K
1
，
灰
查表得： 钢 45W m 1 K 1
2
查表得： cp 4.174kJ kg 1 C 1 ，
0. 618 W
m1
K
1
，
801.5 10 6 Pa s，
995.7kg m 3，
du Re
cp Pr
0.02 0.3 995.7
801.5 10 6
7456
4.174 10 3 801.5 10 6
0. 618
10 4 与假设不符，为过度流， 5.41 ，
温度为 32 0 C ，出口为 68 0 C 。试计算空气与管壁间的对流传热系数。 如空气流速增加一倍。
其它条件不变，对流传热系数又为多少？（答：
18.3W
m2
K
1
， 31.7W
m2
K
1
）
解：设为湍流
空气的定性温度 t 32 68 2
查表得： cp 1.005kJ kg 1
50 C ，
C
1
，
2.83 10 2 W m 1 K 1， 1.96 10 5 Pa s ，
1.69 104
10 4与假设相符，
cp Pr
4.183 10 3 1.004 10 3 7.01 ， 0.5985
0.023 Re0 .8 Pr 0.4 d
0.5985
0.023
1.69
104 0.8 7.01 0.4
0. 017
4-4 、空气以 4m s 1 的流速通过一 75.5mm
4260W m 2 K 1 。 3.75mm 的钢管，管长 20m 。空气入口
l 0.0606 0.302 0.231
45 0.065 0.21
Q 284 50 1.42 104 W 14.2kW 。
4-3 、冷却水在
19mm
1mm ，长为
2.0m 的钢管中以
1m
s
1
的流速通过。水温由
288K 升至 298K 。求管壁对水的对流传热系数。
(答： 4260W m 2 K 1 )
1.093kg m 3 ，
l 20m ， d 75.5 2 3.75 68mm ，
l d
20 0.068
294
50 ，
du Re
0.068 4 1.093 2.83 10 5
1.517 104
104 与假设相符，
cp Pr
百度文库
1.005 10 3 1.96 10 5
2
0.6 9 8，
2.83 10
0.023 Re0 .8 Pr 0.4 d
第 4 章 传热
4-1 、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成
: 耐火砖的热导率为
1.05W m 1 K 1,
厚 度 b 230mm ； 绝 热 砖 的热 导率 为
0.151W m 1 K 1 ； 普 通 砖 的热 导 率为
0.93W m 1 K 1。若耐火砖内侧温度为 1000 0 C , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度
解：设为湍流
288 298
水的定性温度 t
293K ，
2
查表得： cp
4.183kJ kg 1
C
1
，
0.5985W m 1 K 1 ，
1.004 10 3 Pa s ，
998.2kg
m
3
，
l 2m ， d 0.017m ，
l d
2 0.017
117.7
50 ，
du Re
0.017 1 998.2 1.004 10 6
b2 0.460m ；⑵ t4 34.6 C )
解：⑴第一层： Q t1 t 2
A
b1
Q
第二层：
A
1
t2 t3 b2
2
1
b1
t1
t2
2
b2
t2
t3
1.05
0.151
1000 940
940 130
0.23
b2
b2 0.446m
因为绝热砖尺寸厚度为 230mm ，故绝热砖层厚度
校核：
1.05 1000 940
湍
0.023 Re0.8 Pr 0.4 d
0.023 0.618 7456 0.8 5.41 0.4
1753W
m2
K
1
，
0.02
f1
过
6 105
Re0. 8
f
湍
6 105 1 7456 0.8
0.9358 ，
0 .9358 1753
1640 W
m2
K
1
。
4-6 、现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为
2
0.023 2.83 10 1.517 0. 068
当 u 2u 时
10 4 0.8 0.698 0.4
18.3W
m
2
K
1
，
0.023 R e 0.8 Pr 0.4 d
1.86 0.293 976 200 0.02
20.8 18.3 2 0.8
1
0.02
3
0.0555 0.14
3
31 .7 W m 2 K 1 。 199W m 2 K 1。
0.23
0.151 940 t 3
0.460
t 3 105.3 C ；
b2 取 0.460m ，
⑵1
b1
t1
t2
3
b3
t3
t4
t4 34.6 C 。 4-2 、某工厂用 170mm 5mm 的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在
管外包两层绝热材料：第一层为厚 30mm 的矿渣棉，其热导率为 0.065W m 1 K 1 ;第二
为 940 0 C ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过 1300 C (假设每两种砖之间接触良好界面
上的温度相等 ) 。试求：（ 1）绝热砖的厚度。 绝热砖的尺寸为： 65mm 113mm 230mm ;
(2) 普 通 砖 外 测 的 温 度 。 普 通 砖 的 尺 寸 为 ： 50mm 120 mm 240mm 。 ( 答 ： ⑴
0.21W m 1 K 1
Q
2 t1 t4
l
1 ln d2 1 ln d3 1 ln d 4
1 d1
2 d2
3 d3
其中： ln d2
0.17
ln
0.0606，
d1
0.16
ln d3 ln 0.23 0.302 ，
d2
0.17
ln d4 ln 0.29 0.231
d3
0.23
Q
2 300 40
2 8 4W m 1 ，
4-5 、有一套管式换热器，外管尺寸为
38mm 2.5mm ，内管为 25mm 2.5mm 的
钢管，冷水在管内以 0.3m s 1 的流速流动。水进口温度为 壁对水的对流传热系数。 （答： 1640W m 2 K 1）
解：设为湍流
200 C ，出口为 400 C 。试求管
20 40
水的定性温度 t
30 C ，
5000kg h 1 ，进口温度为 80 0 C ，出口温度为 50 0 C ；水在环隙中流动， 进口温度为 150 C ，