第四章传热(习题及解答2007版)

单层平 壁导热

4.1红砖平壁墙，厚度为500 mm , 一侧温度为200 C,另一侧温度为30 C,设红砖的平均导热 系数可取0.57 W/(m ：C )，试求：

(1)

单位时间，单位面积导过的热量 q 为多少W/m 2,并换算成工程单位制

kCal/(m 2h)。 (2) 距离高温侧350 mm 处的温度为多少？

(3)

如红砖导热系数与温度关系可表示为： 入=0.51+5 x -1t0则q 又为多少？

多层平壁导热

4.2某燃烧炉的炉墙由三种砖依次砌成：第一层为耐火砖，厚 b 1=0.23 m , "1.05 W/(m •C )； 第二层为绝热砖， “ =0.151 W/(m C-)；第三层为普通砖，b 3 =0.24 m , & =0 .93 W/(m C )。若已

知耐火砖内侧温度为 1000 C,耐火砖与绝热砖接触处温度为

940 C,绝热砖与普通砖接触面温

度不得超过138 C ；试求：

(1) 绝热砖层的厚度；

(2) 普通砖外侧温度。 序号

材料 厚度b (mm ) 导热系数入(W/m- C) 1 (内层)

耐火砖 200 1.07 2

绝热砖 100 0.14 3

钢板 6 45 若耐火砖层内表面温度 t 1=1150 C,钢板外表面温度t 4 =30 C,试计算导热的热通量。又实

测通过炉壁的热损失为 300 W/m 2，如计算值与实测不符，试分析原因并计算附加热阻。

多层圆筒导热

4.4 一外径为100 mm 的蒸汽管，外包一层 50 mm 绝热材料 A , M =0.07 W/(m C )，其外再包一 层25 mm 的绝热材料 B ,居=0.087 W/(m C )。设A 的内侧温度为170 C, B 外侧温度为38 C 。 试求每米管上的热损失及 A 、B 界面的温度。

4.5①60 >3 mm 铝合金管(其导热系数可取为 45 W/(m C )),外包一 层厚30 mm

石棉，之外再包一层厚 30 mm 的软木，石棉和软木的 导热系数分别为 0.16

W/(m C )和0.04 W/(m C )。计算下列问题：

(1) 已知管内壁温度为-110 C,软木外侧温度为 10 C,求每 米管长损

失的冷量。

(2) 若将两保温材料位置互换，互换后假设石棉外侧温度仍为

10 C,则此时每米管长的冷量损失又为多少？由此得出什么结论？ 四传热

题4. 6附图

4.6试推导出空心球壁导热方程式，由此计算下列问题:

有一钢制球罐，内装液体。球罐内径为2 m,壁厚10 mm，在球罐外表面另有一层厚度为20 mm的氧化镁保温层(氧化镁的导热系数为0.07 W/(m G))。已知钢罐内壁温度为50 °C,保温层外表面温度为20 C,试求单位时间的热量损失。

传热基本方程有关计算

4.7一换热器，在①25 >2.5 mm管外用水蒸汽加热管内的原油。已知管外蒸汽冷凝对流传热系数

a o =104W/(m2C )，管内原油的对流传热系数a=103W/(m2C )，管内污垢热阻R si=1.5 >0-3

2

m C /W,管外污垢热阻及管壁热阻可忽略不计，试求以外表面为基准的总传热系数及各部分热

阻占总热阻的百分数。

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4.8列管换热器中的列管尺寸为①38 >2.5mm，材质为钢管。管外为蒸汽冷凝，a o=10 W/(m C),

管内空气被加热, a i= 35 W/(m 2C ) 。现采用下述三种方式来提高K 值：

( 1)a o 增加一倍；( 2)a i 增加一倍；( 3)钢管换成铜管。试通过计算分析那种方式效果最好？

并说明为什么？已知钢、铜的导热系数分别为入钢=45 W/(m • C ),入铜=383 W/(m • C)。

4.9在一列管换热器中，用初温为30 C的原油将重油由180 C冷却至120 C。已知重油和原油

的质量流量分别为W h=104 kg/h , W c=1.4 >04 kg/h ;比热分别为C ph=2.2 kJ/(kg C), C pc=1.9

2

kJ/(kg C)。总传热系数K=116 W/(m C )。试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积。

4.10在传热面积为50 m2的换热器中，用温度为20 C,流量为33000 kg/h的冷却水冷却进口温度为110 C的醋酸，水的平均比热为4200 kJ/(kg C )，两流体逆流流动。换热器刚投入使用时，

冷却水和醋酸的出口温度分别为45 C和40 C,运转半年后，冷却水出口温度降至38 C,试求

此换热器总的污垢热阻为多少？管壁热阻可忽略不计。

4.11一换热器用于热柴油加热原油，柴油和原油的进口温度分别为243 C和128 C。已知逆流

操作时，柴油出口温度为155 C,原油出口温度为162 C,试求其平均温差。若柴油和原油的

进口温度不变,它们的流量和换热器的总传热系数亦与逆流时相同,若采用并流,此时平均温差又为多少？

4.12为测定套管式甲苯冷却器的传热系数,测得实验数据如下：传热面积A=2.8 m 2,甲苯的流

量W h =2000 kg/h ,由80 C冷却到40 C,甲苯的平均比热C ph =1.84 kJ/(kg C )。冷却水从20C 升高到30C，两流体呈逆流流动，求所测得的传热系数K为多少？若水的比热C pc=4.187

kJ/kg C,问水的流量为多少？

4.13在套管换热器中,用冷水冷凝苯蒸汽,冷水在管内作湍流流动。欲通过实验方法测定苯蒸汽在管外冷凝时的传热系数及水在管内对流传热系数, 设苯的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排出。试问：( 1 )需要哪些测定仪器？

( 2)需要测定哪些数据？