第四章传热(习题及解答2007版)(20200919085422)
《传热学》课后习题答案-第四章
t k i，j 1 t k i，j t k i，j 1 t k i , j r r rj rj r 2 r 2 rj r
并简化，可以得出与上式完全一样相同的结果。
4-7、 一金属短圆柱在炉内受热厚被竖直地移植到空气中冷却， 底面可以认为是绝热的。为用数值法确定冷却过程中柱体温 度的变化， 取中心角为 1rad 的区域来研究 （如本题附图所示） 。 已知柱体表面发射率，自然对流表面传热系数，环境温度， 金属的热扩散率，试列出图中节点（1，1） ， （M,1）(M,n)及 （M,N） 的离散方程式。 在 r 及 z 方向上网格是各自均分的。 解：应用热平衡法来建立四个节点点离散方程。 节点（1，1） ：
， 离散方程的建立 4-5、试将直角坐标中的常物性无内热源的二维稳态导热微分方程化为显式差分格式，并指 出其稳定性条件（ x y) 。 解：常物性无内热源二维非稳态方程微分方程为
4.3636t 2 2.53t1 1.8336t f
t2
2.53t f 1.8336t f
2t 2t t a x 2 y 2
Bi=0.1,1,10 的三种情况计算下列特征方程的根
n (n 1,2,6) :
n a Fo 2 0.2 并用计算机查明，当 时用式（3-19）表示的级数的第一项代替整个级数（计
算中用前六项之和来替代）可能引起 的误差。 解： n Bi 0.1 1.0 10
tan n
第四章
复习题 1、 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。 2、 试说明用热平衡法建立节点温度离散方程的基本思想。 3、 推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似， 为什么前者得到的是精确描述，而后者解出的确实近似解。 4、 第三类边界条件边界节点的离散那方程，也可用将第三类边界条件表达式中的一阶导数 用差分公式表示来建立。试比较这样建立起来的离散方程与用热平衡建立起来的离散方 程的异同与优劣。 5．对绝热边界条件的数值处理本章采用了哪些方法？试分析比较之． 6．什么是非稳态导热问题的显示格式？什么是显示格式计算中的稳定性问题？ 7．用高斯－塞德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛德解？不能得出收敛的解 时是否因为初场的假设不合适而造成？
化工原理答案 第四章 传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
化工原理第四章思考题答案
第四章传热思考题4-1 根据传热机理的不同，有哪3种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？答：（1）基本传热方式有热传导、热对流和热辐射3种。
（2）热传导简称导热，是通过物质的分子、原子或自由电子的热运动来传递热量；对流传热是通过冷、热不同部位的流体质点做宏观移动和混合来传递热量；辐射传热是物体因自身具有温度而激发产生电磁波，向空间传播来传递热量。
4-2 傅里叶定律中的负号是什么意思？答：由于x方向为热流方向，与温度梯度的方向正好相反。
Q是正值,而是负值,加上负号,故式中加负号。
4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？答：物质热导率的大小主要与物质种类（固、液、气）和温度有关。
一般来说，固体、液体、气体三者的热导率大小顺序:固体>液体>气体。
4-4 纯金属与其合金比较，热导率哪个大？答：在各类物质中，纯金属的热导率为 ,合金的热导率为 , 故热导率纯金属比合金大。
4-5 非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关？答：大多数非金属的保温材料呈纤维状或多孔结构，其孔隙中含有值小的空气。
密度越小，则所含的空气越多。
但如果密度太小，孔隙尺寸太长，其中空气的自然对流传热与辐射作用增强，反而使增大。
故非金属的保温材料的热导率与密度有关。
4-6 在两层平壁中的热传导，有一层的温度差较大，另一层较小，哪一层热阻大？热阻大的原因是什么？答：（1）温度差较大的层热阻较大。
（2）对于两层平壁导热,由于单位时间内穿过两层的热量相等，即导热速率相同，采用数学上的等比定律可得。
由此可见，热阻大的保温层，分配与该层的温度差就越大，即温度差与热阻成正比。
4-7 在平壁热传导中可以计算平壁总面积A的导热速率Q，也可以计算单位面积的导热速率（即热流密度）。
而圆筒壁热传导中，可以计算圆筒壁内、外平均面积的导热速率Q，也可以计算单位圆筒长度的壁面导热速率 ,为什么不能计算热流密度？答：在稳态下通过圆筒壁的导热速率Q与坐标r无关，但热流密度却随着坐标r变化，故不能计算热流密度。
第四章-传热习题参考答案
第四章 传热3 直径为φ60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。
现测得钢管外壁面温度为-110℃，绝热层外表面温度为10℃。
软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/(m. ℃)，试求每米管长的冷损失量。
解：m W r r r r t L Q /25207.0)60/160ln(2043.0)30/60ln(101102)/ln(2)/ln(223112-=⨯⨯+⨯⨯--=+∆=πππλπλ4 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。
其导热系数也为内层的两倍。
若将两层材料互换位置，而假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？解：内层管内径r 1,外径r 2,外层管外径r 32(221r r +)=(223r r +) , 2312r r r r -=- 23125,3r r r r ==⇒ 122λλ=πλπλπλπλ4)3/5ln(2)3ln(2)/ln(2)/ln(11223112+∆=+∆=t r r r r t L Qπλπλπλπλ2)3/5ln(4)3ln(2)/ln(2)/ln('11123212+∆=+∆=tr r r r t L Q 25.1)3/5ln(3ln 2)3/5ln(23ln '=++=⇒Q Q 所以导热系数小的应该包扎在内层。
7 在并流换热器中，水的进出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。
现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度和物性均不变，若原换热器的管长为1m 。
试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。
设换热器的热损失可忽略。
解：''''''''m m m m m m t tQ Q S S t S t S t KS t KS Q Q ∆∆⋅=⇒∆∆=∆∆= （1） 其中：4.110015080150)()(''21'2'1=--=--=T T C W T T C W Q Q ph h ph h （2） 又由：C t t t t t T T T T t t C W T T C W t t C W T T C W pc c ph h pc c ph h ︒=⇒--=--⇒⎭⎬⎫-=--=-50''')'()'()()(21212212112211221 C t m ︒=-=∆∴5.9260/135ln 60135C t m ︒=-=∆8.6930/135ln 30135' （3）将（2）（3）代入（1）即得。
2007传热学试卷(2)答案
2007传热学试卷（2）标准答案一.填空题：（共20分）[评分标准：每个空格1分]1．表征传热过程强弱程度的物理量是__传热系数______。
2．边界层微分方程的守恒要求是建立于_____微元体_______。
边界层积分方程的守恒要求是建立于_____控制体______。
能量积分方程求解的准确度取决于____温度的分布_____。
3．导热问题的边界条件有三类，它们分别是______温度值__________、__热流密度值____、__对流换热系数与周围流体的温度_____。
4．管内强迫流动，短管比长管的换热系数大，是因为边界层较薄的影响。
5．湿砖的导热系数系数比水的导热系数_大__。
6．影响核态沸腾的因素主要是__壁面过热度__和__汽化核心数__。
7．沸腾换热曲线中的上临界点指的是核态沸腾的终点，又称_临界热流密度_。
8．不稳态导热特征取决于两个无量纲量，它们的名称和表达式分别是Bi=hL/λ和_Fo=aτ/L2__。
集总参数法应用的条件是___Bi＜0.1__。
9．辐射表面中的重辐射面指____绝热面__。
10．设计换热器所遵守的两个基本方程式是_传热方程式_和热平衡方程式。
二．问答及推导题：（共50分）1．名词解释（10分）[评分标准：每小题2分]①定向辐射强度：单位时间、单位可见辐射面积、单位立体角内的辐射能量。
②效能与传热单元数：效能表示换热器的换热效果；NTU反映换热能力的大小，是评价换热器技术经济性能的指标。
③有效辐射：单位时间内离开物体单位表面积上的总辐射能。
④导温系数：物体内部温度扯平能力的大小。
a=λ/ρc⑤速度边界层：把贴壁处速度剧烈变化的薄层称为速度边界层。
2．已知对平板上湍流边界层阻力系数的测定得出了以下阻力系数计算式：()试采用雷诺比拟得到平板上局部湍流换热的准则关系式。
（10分）[评分标准：（1）为5分，（2）为5分]解：（1）当Pr=1时，任意一个处的局部阻力系数及努谢尔数Nu的关系为：（2）将平板上湍流边界层阻力系数的计算式：()代入上式得：3．蒸汽管道外包有两层厚度相等而导热系数不同的保温材料，试从减少热损失的观点说明保温性能好的材料应放在内层好还是外层好？设外界环境温度和对流换热系数均保持为常数。
化工原理习题及答案
第四章传热一、名词解释1、导热若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。
2、对流传热热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。
热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。
3、辐射传热任何物体, 只要其绝对温度不为零度 (0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。
这种传热方式称为热辐射。
4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）5、等温面温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。
等温面不相交。
二、单选择题1、判断下面的说法哪一种是错误的（）。
BA 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同；C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为_______ 。
CA 传导和对流B 传导和辐射C 对流和辐射3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数_________。
CA 增大B 减小C 只在某范围变大D 沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为_______。
AA 0.85B 0.03C 15、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度______耐火砖的黑度。
DA 大于B 等于C 不能确定是否大于D 小于6、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。
AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。
第四章传热(习题及解答2007版)(20200919085422)
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30mm 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 )。
第四章传热习题解13题
第四章 传热习题解答【p286-288】【1.6.7.8.9.10.13.14.18.20.22.24.25】若耐火砖内层表面的温度t 1为1150℃，钢板外表面温度t 2为30℃，又测得通过炉壁的热损失为300W ⋅m -2，试计算热传导的热通量。
若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因并计算附加热阻。
解：124245006.014.01.007.12.0301150=++-=∆=∑∑Rt AQ w/m 2计算比测量大，存在附加热阻（由于层与层之间接触不好有空气），设附加热阻为R i 则：=300Ri +++-45006.014.01.007.12.0301150R i =2.83m.k/w6.在并流的换热器中，用水冷却油。
水的进，出口温度分别为15℃和40℃，油的进，出口温度分别为150℃和100℃。
现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，设油和水的流量，进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m ，试求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求。
设换热器的热损失可以忽略。
解：在原冷却器中 对油 )100150(11-=p C w q （1） 对水 )1540(22-=p C w q （2） 并流时 135151501=-=∆t ℃ 60401002=-=∆t ℃ 5.9260135ln 60135=-=∆m t ℃ m t A K q ∆=00=)100150(11-p C w在新的冷却塔中 对油 )80150(111-=p C w q （3） 对水 )15(2221-=t C w q p （4） 解上述方程得： 2t =50℃10101m t A K q ∆==)80150(11-p C w135151501=-=∆t ℃ 3050802=-=∆t ℃ 8.6950135ln 30135=-=∆m t ℃ 5.928.691001508015011L L q q =--= 1L =1.85L =1.85m 7. 重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃，终温分别为167℃和157℃。
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题1. 如附图所示。
某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K）、绝热层λ2=0.18W/（m·K）及普通砖λ3=0.93W/（m·K）三层组成。
炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 oC 。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 oC 。
求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。
已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ，λ3=0.93W/m·K，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0求： 1δ＝？2δ＝？解： ∵δλT q ∆=∴1δ＝m qTT 22.0120090011003.1211=-⨯=-λ又∵33224234332322λδλδδλδλ+-=-=-=T T T T T T q∴W K m q T T /579.093.012.01200509002334222⋅=--=--=λδλδ得：∴m 10.018.0579.0579.022=⨯==λδ习题1附图习题2附图2. 如附图所示。
为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 oC ，t 3=50 o C 。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δλδλ31323T T TT q -=-=∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 oC 3. 直径为Ø60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。
现测得钢管外壁面温度为–110o C ，绝热层外表面温度10oC 。
化工原理第四章传热
第四章 传热 习题 解答一、选择题：1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）A 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值；B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异；C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D 、要提高K 值，应从降低最大热阻着手 答案：C2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。
Ａ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体； Ｄ、腐蚀性流体；Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体； 答案：Ａ、Ｃ、Ｄ； Ｂ、Ｅ、Ｆ 冷热流体流动通道的选择a 、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U 形管式的不宜走管程；b 、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；c 、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；d 、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；e 、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；f 、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；g 、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程100 Re 即可达到湍流。
但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。
以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。
3、影响对流传热系数的因素有( )。
A 、产生对流的原因；B 、流体的流动状况；C 、流体的物性；D 、流体有无相变；E 、壁面的几何因素 答案:A 、B 、C 、D 、E4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。
A 、②>④>③>①；B 、③>④>②>①；C 、③>②>①>④；D 、②>③>④>①；冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水 水④ 水 轻油 答案：D5、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法：①加热器应置于该空间的上部；②冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（ ）。
2007传热学试题及答案
一、简答题（32分）1、拟在圆形管道上外包两层导热系数不同但厚度相同的保温材料，为了获得较好的保温效果，导热系数较小的保温材料放在内层好还是外层好？为什么？（8分）答：导热系数较小的保温材料布置在内层好。
因为当3221d d d d δ-=-=，21λλ>时，热阻3322112221121111lnln ln ln d d d d d d d d λλλλ+>+。
二、一高温炼炉，初始炉底和炉膛温度为25℃，点火后，炉温迅速攀升至1260℃并保持恒定。
已知炉底为40mm 的耐火砖砌成，导温系数（热扩散率）为a =5×10-7m 2/s ，导热系数4.0W/(mK)，假设炉内烟气与炉底上表面间的对流传热系数为40W/(m 2K)，炉底下表面与基础间绝热。
请问从点火开始，到炉底上表面温度升至1000℃所需的大概时间。
解：这是一个无限大平壁的非稳态导热问题。
400.04Bi 0.44h δλ⨯===，查P57的表3-1得10.5932β=。
另外002512601235f t t θ=-=-=-，10001260260t t f t t θ=-=-=-根据P59的式（3-10）有()()211101112sin cos exp Fo sin cos t θβββθβββ=-+ 解得Fo 4.05590.2=>，于是227Fo 4.05590.0412979 3.61510s h a δτ-⨯⨯====⨯ 或者根据P60的图3-5、3-6查图计算。
先由图3-6查得/m θθ得到m θ，再根据图3-5查得0/m θθ所对应的Fo 即可。
三、已知室外气温-12℃，室内温度20℃，室内对流换热系数25W/m 2K ，室外对流换热系数45W/m 2K 。
砖墙厚240mm ，导热系数0.56W/mK ，用苯板保温，苯板后10mm ，导热系数0.027W/mK ，保温后的装饰层厚度3mm ，导热系数0.93W/mK 。
化工原理课后习题(第四章)课件.doc
第4 章传热1 14-1、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 K , 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 。
若耐火砖内侧温度为1000 C1 K 1 0 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度0 ,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为940 C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 m m 240mm 。
( 答：⑴b 0.460m ；⑵t4 34.6 C )2解：⑴第一层：QA t1b1t21第二层：QAt 2b2t321 t t2t t1 2 2 3b b1 21 .05 0 .23 1000 9400.151b2940 130b20.446m因为绝热砖尺寸厚度为230mm ，故绝热砖层厚度b2 取0.460m ，校核：1.05 0.23 1000 9400.1510.460940 t3t 105.3 C；31 3 t tt t⑵ 3 41 2b b1 3t 34.6 C 。
44-2、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 ;第二层为厚30mm 的石棉灰，其热导率为0.21W m 。
管内壁温度为300 C1 K 11 K 1，保温层外0 。
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 表面温度为40 C（答：Q 14. 2kW ）解：已知： 1 1棉0.065W m K ，1灰0.21W m K1查表得：钢45W m 1 K1Q 2 t1 t 4l 11 lnd2d112lnd3d213lnd4d3 d 0.172其中：ln ln 0.0606，d 0.161ln d3d2ln0.230.170.302 ，ln d4d3ln0.290.230.231Q l20. 0606300400.3020.2312 8 4W m 1 ，45 0.065 0. 214Q 284 50 1.42 10 W 14.2kW 。
第四章传热习题答案电子教案
第四章 传热习题答案4-1一炉壁由三层不同材料组成，第一层为耐火砖，导热系数为1.7 W/(m·℃)，允许最高温度为1450℃，第二层为绝热砖，导热系数为0.35 W/(m·℃)，允许最高温度为1100℃，第三层为铁板，导热系数为40.7W/(m·℃)，其厚度为6mm ，炉壁内表面温度为1350℃，外表面温度为220℃。
在稳定状态下通过炉壁的热通量为4652 W/m 2，试问各层应该多厚时才能使壁的总厚度最小？解：当绝热材料达到最高允许温度时，总壁厚为最小btq ∆=λ，q t b ∆=λ()mm m b 1920.09136/4652110013501.7==-⨯= 0.006/40.70.35/22011004652+-=2bmm m b 2660.066==因第二层绝热砖已达到最高温度，故第一层耐火砖的厚度不可再小，所以现在所得总厚为其最小厚度：mm b b b 32116466692min =++=++=δ4-2一根直径为φ60mm×3mm 的铝铜合金钢管，导热系数为45 W/(m·℃)。
用30mm 厚的软木包扎，其外又用30mm 厚的保温灰包扎作为绝热层。
现测得钢管内壁面温度为-110℃，绝热层外表面温度10℃。
求每米管每小时散失的冷量。
如将两层绝热材料位置互换，假设互换后管内壁温度及最外保温层表面温度不变，则传热量为多少？已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/（m·℃)。
解：()()mW 34.4m W 3060/2303060/2ln 0.07160/23060/2ln 0.0431/2326060/2ln 451101103.142ln ln ln -=++++++⨯---⨯⨯=++-=34323212141r r 21r r 21r r 21t t L Q πλπλπλ两层互换位置后，热损失为()()mW 39m W 3060/2303060/2ln 0.043160/23060/2ln 0.071/2326060/2ln 451101103.142ln 2ln 2ln 2-=++++++⨯---⨯⨯=++-=34323212141r r 1r r 1r r 1t t L Q πλπλπλ4-3一炉壁面由225mm 厚的耐火砖，120mm 厚的绝热转及225mm 厚的建筑转所组成。
【精品】第四章传热习题答案
第四章传热习题答案4-1一炉壁由三层不同材料组成，第一层为耐火砖，导热系数为1.7W/(m·℃)，允许最高温度为1450℃，第二层为绝热砖，导热系数为0.35W/(m·℃)，允许最高温度为1100℃，第三层为铁板，导热系数为40.7W/(m·℃)，其厚度为6mm ，炉壁内表面温度为1350℃，外表面温度为220℃。
在稳定状态下通过炉壁的热通量为4652W/m 2，试问各层应该多厚时才能使壁的总厚度最小？解：当绝热材料达到最高允许温度时，总壁厚为最小btq ∆=λ，q t b ∆=λ()mm m b 1920.09136/4652110013501.7==-⨯=0.006/40.70.35/22011004652+-=2bmm m b 2660.066==因第二层绝热砖已达到最高温度，故第一层耐火砖的厚度不可再小，所以现在所得总厚为其最小厚度：mm b b b 32116466692min =++=++=δ4-2一根直径为φ60mm×3mm 的铝铜合金钢管，导热系数为45W/(m·℃)。
用30mm 厚的软木包扎，其外又用30mm 厚的保温灰包扎作为绝热层。
现测得钢管内壁面温度为-110℃，绝热层外表面温度10℃。
求每米管每小时散失的冷量。
如将两层绝热材料位置互换，假设互换后管内壁温度及最外保温层表面温度不变，则传热量为多少？已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/（m·℃)。
解：()()mW 34.4m W 3060/2303060/2ln 0.07160/23060/2ln 0.0431/2326060/2ln 451101103.142ln ln ln -=++++++⨯---⨯⨯=++-=34323212141r r 21r r 21r r 21t t L Q πλπλπλ两层互换位置后，热损失为()()mW 39m W 3060/2303060/2ln 0.043160/23060/2ln 0.071/2326060/2ln 451101103.142ln 2ln 2ln 2-=++++++⨯---⨯⨯=++-=34323212141r r 1r r 1r r 1t t L Q πλπλπλ4-3一炉壁面由225mm 厚的耐火砖，120mm 厚的绝热转及225mm 厚的建筑转所组成。
化工原理答案第四章传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=，则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
《传热学》第四章复习题答案
《传热学（第四版）》第四章复习题答案1.试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。
答：基本思想：把原来在时间、空间坐标系中连续的物理量的场，用有限个离散点上的值的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些值的代数方程，来获得离散点上被求物理量的值。
这些离散点上被求物理量值的集合称为该物理量的数值解。
步骤：①建立控制方程及定解条件；②区域离散化；③建立物理量的代数方程；④用迭代法求解时，设立迭代初场；⑤求解代数方程组；⑥解的分析。
2.试说明用热平衡法对节点建立温度离散方程的基本思想。
答：对以节点所代表的元体用傅立叶定律直接写出其能量守恒表达式，得到以元体为研究对象的传热代数方程。
3.推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似，为什么前者得到的是精确描写，而由后者解出的却是近似解。
答：因为微分方程的研究对象是微元体，而用热平衡法建立的节点温度离散方程的研究对象是元体。
微分方程的微元体可以达到无限小，从而可准确描述物体内任一点的连续函数。
而热平衡法对有限大小元体内的分布函数用节点处的值代替，从而得到近似解，不能得到准确解。
4.第三类边界条件边界节点的离散方程，也可用将第三类边界条件表达式中的一阶导数用差分公式来建立。
试比较这样建立起来的离散方程与用热平衡法建立起来的离散方程的异同与优劣。
答：由教材P175 式(a)，(b)可得：在x方向上有：ðt ðx |m,n≈t m+1,n−t m,nΔxðt ðx |m,n≈t m,n−t m−1,nΔx同理在y方向上有：ðt ðy |m,n≈t m,n+1−t m,nΔyðt ðy |m,n≈t m,n−t m,n−1Δy从而可得：−λðtðx|m,n≈−λt m+1,n−t m,n∆x=ℎ(t f−t m,n)t m,n=t m,n−1−ℎΔxλt f+ℎΔxλt m,n⇒(1−ℎΔxλ)t m,n=t m,n−1−ℎΔxλt f其它式子可类似导出。
化工原理：传热习题(含答案)
第四章 传热一、填空题：1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知321b b b >>；导热系数321λλλ<<。
在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。
解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。
②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。
因为40100⎪⎭⎫⎝⎛==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。
②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。
解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。
①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。
②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁wt 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。
②对于间壁式换热器：mt KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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30mm 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 >0-32m 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。
524.8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= 35 W/(m2C )。
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=1.92kJ/(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 m2,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=4.187kJ/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？(3)写出求得a苯、a水的步骤，并注明计算式中各符号的意义及单位。
注：a苯为苯蒸汽冷凝传热膜系数，a水为管壁向水的对流传热系数。
管内对流传热系数的计算、湍流4.14水以1 m/s的流速在长3 m的①25 >2.5 mm管内由20 C加热至40 C,试求水与管壁之间的对流传热系数。
若管内换以流速为10 m/s 的空气，其它条件相同，此时对流传热系数又为多少？已知30 C下，水的比热 4.174 kJ/(kg G)，导热系数0.617 W/(m ;C )，黏度80.07 >0-5 N ・S/m2, 密度995.7 kg/m3;空气的比热 1.005 kJ/(kg C)，导热系数0.02675 W/(m C)，黏度1.86 >0-5 Pa S, 密度1.165 kg/m3。
4.15某厂精馏塔顶冷凝器，采用列管式换热器，有①25々.5mm管子60根，管长2m，塔顶蒸汽走管间，冷凝水走管内，其流速为 1.2 m/s，进出口温度分别为20 C和60 C。
已知水的比热34.174 kJ/(kg C ) •，导热系数0.634 W/(m C )，黏度0.656 cP,密度992.2 kg/m。
求：( 1)管内水的对流传热系数；( 2)如总管数改为50 根,仍保持换热器的传热面积不变(管长增加) ,水量及水进口温度不变,此时管内水的对流传热系数又为多少？4.16 一套管换热器，由①48 X3 mm和①25疋.5 mm的钢管组成，两种流体在内管和环隙流过，分别测得对流传热系数为a和a,若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。
求：将内管改为①32X2.5mm后，管内对流传热系数有何变化？(假设流动状态皆为湍流)强制层流传热系数的计算4.17原油在管式炉的对流段①89 X5 mm管内以0.5 m/s的流速被加热，管长为6 m。
已知管内壁温度为150C，原油的平均温度为40C，此时油的密度为850 kg/m3,比热为2 kJ/(kg C )，导热系数为0.13 W/(m C )，黏度为26 cP，体积膨胀系数为0.013 [1/ C ]，又原油在150 C时的黏度为3 cP。
试求原油在管内的对流传热系数为多少？过渡流、套管环隙对流传热系数的计算4.18 98%的硫酸以0.7 m/s的速度在套管换热器的环隙内流动，硫酸的平均温度为70 C,内管外壁的平均温度为60 C。
换热器内管直径①25X2.5 mm，外管直径为①51 X3 mm，试求环隙流体的对流传热系数和热通量。
硫酸的比热C p=1.58 kJ/(kg C )；导热系数入=0.36 W/(m C )，黏度卩=6.4 cP 运动黏度PW=7.6 cP；密度p =1836 kg/rn°弯管中对流传热系数的计算4.19铜氨溶液在由四根①45 X3.5 mm钢管并联而成的蛇管冷却器中由32 C冷却至8 C；蛇管的平均曲率半径为0.285 m；已知铜氨溶液的流量为 2.7 m3 /h ；黏度为2.2 X0 -3 Pa s；密度为1200 kg/m3；其它物性常数可按水的0.9倍来取，试求铜氨溶液的对流传热系数。
注：20 C；水的比热Cp=4.183 kJ/(kg C )，导热系数入=0.5989 W/(m C )。
套管环隙对流传热系数的计算4.20 一套管换热器，内管为①38 >2.5 mm，外管为①57 >3 mm，甲苯在其环隙由72C冷却至38C,已知甲苯的流量为2730 kg/h，试求甲苯的对流传热系数。
已知甲苯的比热Cp=1.84 kJ/(kg •),导热系数入=0.128 W/(m •)，黏度卩=0.38 > iga s,密度p =835 kg/用。
管外对流传热系数计算4.21 1atm甲烷以10 m/s流速在列管换热器壳程作轴向流动，甲烷由120 C冷却到30 C。
已知该换热器共有①25X2.5 mm管86根，壳径为400 mm。
求甲烷气体的对流传热系数。
注：75 C 甲烷的比热 2.43 kJ/(kg G),导热系数0.0399 W/(m ;C )，黏度0.018 cP。
4.22 在接触氧化法生产硫酸过程中,用反应后高温的SO3 混合气预热反应前气体,常压SO3混合气在一由①38X3 mm钢管组成、壳程装有圆缺挡板的列管换热器壳程流过。
已知管子成三角形排列，中心距为51 mm,挡板间距为1.45 m，换热器壳径D=2800 mm。
SO3混合气的流量为4X104 m3/h ,其平均温度为145 C。
其物性可近似按同温度下的空气查取，试求混合气对流传热系数(考虑部分流体在挡板与壳体之间短路,取系数为0.8)。
注：空气的比热C p=1.014 kJ/(kg C)，导热系数入=0.0524 W/(m -C )，黏度卩=39 X0-5 N -S/m2，密度p=.845 kg/m3。
自然对流的计算4.23某油厂用海水冷却常压塔引出的柴油馏分，冷却器为①114 >8 mm钢管组成的管，水平浸没在一很大的海水箱中,海水的物性可近似按同温度下的水查取。