第四章知识题解答
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第四章 习题解答
1.某食品加工厂冷库的墙壁由两层材料组成,内层为200mm 厚的软木,软木的导热系数为0.04W/(m ·℃)。外层为250mm 厚的红砖。红砖的导热系数为0.7 W/(m ·℃)。已知冷库内壁的温度为-20℃,红砖墙外壁的温度为25℃,试求通过冷库壁的热通量以及冷库墙壁两层材料接触面上的温度。
解:由通过多层平壁的稳态热传导计算公式可知:Q=Q 1=Q 2 又传热面积S 为定值,故有:q=q 1=q 2
故,t 2=22℃
2. 一面包炉的炉墙由一层耐火黏土砖,一层红砖及中间的硅藻土填料层组成。硅藻土层的厚度为50mm ,导热系数为0.14 W/(m ·℃),红砖层的厚度为250mm ,导热系数为0.7 W/(m ·℃)。若不采用硅藻土层,红砖层的厚度必须增加多少才能达到同样的保温效果?
解:若不采用硅藻土层,则新增的红砖层的热阻必须与原硅藻土层的热阻值相等,故有:
122
122=0.050.140.7
0.25m 250mm
R R b b b S S b λλ∴
=⇒=∴==硅藻土红砖
3. 在一预热器中,采用热水为加热介质预热果汁,热水进口温度为98℃,出口温度降至75℃,而果汁的进口温度为5℃,出口温度升至65℃。试分别计算两种流体在预热器内呈并流和逆流的平均温度差。
解:①逆流 热水:98℃→75℃ 果汁:65℃←5℃
()()()()
211217559865=49.2755ln ln 9865m t t t t t ---∆-∆∆=
=∆-∆-℃
②并流
热水:98℃→75℃ 果汁:5℃→65℃
()()()()
212
219857565=37.2985ln ln 7565m t t t t t ---∆-∆∆==∆-∆-℃
4. 采用套管式换热器冷却苹果酱,苹果酱的质量流量为100kg/h ,比热容为3817J/(kg ·℃),进口温度为80℃,出口温度为20℃。套管环隙逆流通冷却水,进口温度为10℃,出口温度为17℃。总传热系数K 为568W/(m 2·℃)。求:
①所需的冷却水流量。
②传热平均温度差及所需传热面积。
③若采用并流,两流体的进、出口温度不变,则传热平均温度差及所需传热面积为多少?
解:①根据题意:
()()()()()
()
7217
2110038718020 2.29106361.67W 4186J kg 2.2910781.52kg /h 41861710h ph h h pc c pc c c Q W C t t J h C Q W C t t =-=⨯⨯-=⨯==⨯===-⨯-查附录可知水的比热容为℃则
②逆流
苹果酱:80℃→20℃ 冷却水:17℃←10℃
()()()()
21212
80172010=28.88017ln ln 20106361.67=
0.39m 56828.8
m m t t t t t Q S K t ---∆-∆∆=
=∆-∆-==∆⨯℃ ③并流
苹果酱:80℃→20℃ 冷却水:10℃→17℃
()()()()
21212
80102017=21.38010ln ln 20176361.67=0.53m 56821.3
m m t t t t t Q S K t ---∆-∆∆=
=∆-∆-==∆⨯℃
5. 在烤炉内烤制一块面包。已知炉壁的温度为180℃,面包的表面温度为100℃,面包表面的黑度为0.85,表面积为0.0645m 2,炉壁表面积远远大于面包表面积,试估算烤炉向这块面包辐射传递的热量?
解:本题属于表4-12中辐射情况3,故
()1224121044441212
1212=1
0.85 5.67 4.82W /m K 1802731002734.8210.064570.7W 100100100100C C T T Q C S ϕεϕ-----==⨯=⎡⎤⎡⎤
++⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫∴=-=⨯⨯⨯-=⎢⎥⎢⎥
⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦
角系数总辐射系数6. 水蒸气管道外径为108mm ,其表面包一层超细玻璃棉毡保温,超细玻璃棉毡热导率随温度t 的变化关系是:λ=0.033+0.00023t W/(m ·K)。水蒸气管道外表面的温度为150℃,要求保温层外表面的温度不超过50℃,且每米管道的热量损失不超过160W/m ,求所需保温层厚度。
解:由题意可知:
1120.054m,150,50r T T ===℃℃
则保温层在平均温度下的热导率为:
)()()
12
2
1
1221
15050=0.0330.00023=0.056W m K 22ln 2ln
T T Q L r r T T r Q r L
λπλ
πλ+⎛⎫
+⨯
⎪⎝⎭
-=-∴=
()2
22 3.140.05615050ln 0.2198
0.054160
0.0673m 67.3mm 67.35413.3mm
r r b ⨯⨯⨯-∴==∴==∴=-= 7. 一冷藏瓶由真空玻璃夹层构成,夹层中双壁表面上镀银,镀银壁面黑度为0.02,外壁内表面温度为35℃,内壁外表面温度为0℃。试计算每单位面积容器壁由于辐射传热的散热量。
解:假设冷藏瓶真空玻璃夹层内壁的面积为S ,由于两壁之间间距很小,故