化工原理课后习题(第四章)

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,K m

W 05.111

--⋅⋅=λ

厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K m W 151.0--⋅⋅=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--⋅⋅=λ。若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (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：mm 230mm 113mm 65⨯⨯; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5⨯⨯。(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344︒=t )

解：⑴第一层：

1

1

2

1λb t t A Q -= 第二层：

223

2λb t t A

Q -= ⇒

()()3222

2111

t t b t t b -=-λλ

⇒()()130940151.0940100023.005

.12

-=-b ⇒m 446.02=b

因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0，

校核：

()()3940460.0151.0940100023.005

.1t -=- ⇒C 3.1053︒=t ；

⑵

()()433

3211

1

t t b t t b -=-λλ

⇒C 6.344︒=t 。

4-2、某工厂用mm 5mm 170⨯φ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mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W --⋅⋅ ;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W --⋅⋅。管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。管道长m 50。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为11K m 45W --⋅⋅ （答：kW 2.14=Q ）

解：已知：11棉K m 0.065W --⋅⋅=λ，11

灰K m 0.21W --⋅⋅=λ

查表得：11

K m W 54--⋅⋅=钢λ

()3

4323212141ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t l

Q λλλπ++-= 其中：

0606.016

.017.0ln ln 12==d d ，

302.017

.023.0ln ln 23==d d ， 231.023

.029.0ln ln

34==d d

()1m W 28421

.0231.0065.0302.0450606.0403002-⋅=++-=πl

Q ， kW 2.14W 1042.1502844

=⨯=⨯=Q 。

4-3、冷却水在mm 1mm 19⨯φ，长为m 0.2的钢管中以1s 1m -⋅的流速通过。水温由88K 2升至K 298。求管壁对水的对流传热系数。 (答：12K m 4260W --⋅⋅)

解：设为湍流

水的定性温度K 2932

298

288=+=

t ， 查表得：1

1C kg kJ 183.4--︒⋅⋅=p c ，

11K m W 5985.0--⋅⋅=λ， s Pa 10

004.13

⋅⨯=-μ，

3

m kg 2.998-⋅=ρ， m 2=l ，m 017.0=d ， 507.117017

.02

>==d

l

， 4

46101069.110

004.12.9981017.0Re >⨯=⨯⨯⨯==-μρdu 与假设相符， 01.75985

.010004.110183.4Pr 3

3=⨯⨯⨯==-λμp c ， 4.08.0Pr Re 023

.0d

λ

α=

()

()124

.08.04K m W 426001.71069.1017

.05985.0023.0--⋅⋅=⨯=。

4-4、空气以1s 4m -⋅的流速通过一mm 75.3mm 5.75⨯φ的钢管，管长20m 。空气入口温度为C 320，出口为C 680。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：12K m 18.3W --⋅⋅ ，12K m W 7.31--⋅⋅）

解：设为湍流

空气的定性温度C 50268

32︒=+=

t ， 查表得：1

1C kg kJ 005.1--︒⋅⋅=p c ，

1

12K m W 1083.2---⋅⋅⨯=λ，

s Pa 10

96.15

⋅⨯=-μ，

3

m kg 093.1-⋅=ρ，

m 20=l ，mm 6875.325.75=⨯-=d ，

50294068

.020

>==d

l

， 4

451010517.110

83.2093.14068.0Re >⨯=⨯⨯⨯==-μρdu 与假设相符，

698.010

83.21096.110005.1Pr 253=⨯⨯⨯⨯==--λμ

p c ， 4.08.0Pr Re 023

.0d

λ

α=

()()

124

.08

.042

K m W 3.18698.010517.1068

.01083.2023

.0---⋅⋅=⨯⨯=，

当u u 2='时

128.08.04.08.0K m W 7.3123.182Pr e R 023.0--⋅⋅=⨯=⋅='='αλ

αd

。

()1

214.031

K m W 1990555.0302.020097602.0293.086.1--⋅⋅=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯⨯=。

4-5、有一套管式换热器，外管尺寸为mm 5.2mm 38⨯φ，内管为mm 5.2mm 25⨯φ的钢管，冷水在管内以1s 0.3m -⋅的流速流动。水进口温度为C 200，出口为C 400。试求管壁对水的对流传热系数。（答：12K m 1640W --⋅⋅）

解：设为湍流

水的定性温度C 302

40

20︒=+=

t ， 查表得：1

1C kg kJ 174.4--︒⋅⋅=p c ，

11K m W 618.0--⋅⋅=λ， s Pa 10

5.8016

⋅⨯=-μ，

3

m kg 7.995-⋅=ρ， 46

10745610

5.8017

.9953.002.0Re <=⨯⨯⨯=

=

-μ

ρ

du 与假设不符，为过度流， 41.5618

.0105.80110174.4Pr 6

3=⨯⨯⨯==-λμp c ， 4.08.0Pr Re 023.0d λ

α=湍

()()124.08.0K m W 175341.5745602.0618

.0023.0--⋅⋅==，

9358.07456

1061Re 10618

.05

8.05=⨯-=⨯-=f ， 12K m W 164017539358.0--⋅⋅=⨯=⋅=湍过ααf 。

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

1h 5000kg -⋅，进口温度为C 800，出口温度为C 500；水在环隙中流动，进口温度为C 150，

出口为C 300。逆流流动。冷却面积为2

m 5.2。问所测得得总传热系数为若干？ （答：12K m 737W --⋅⋅ ）

解：甲苯的定性温度C 65250

80︒=+=

t ， 查表得：1

1C kg kJ 88.1--︒⋅⋅=p c ，

()()kW 3.7850801088.13600

5000

321=-⨯⨯⨯=

-=t t Gc Q p ， C 50308021︒=-=-T t ，