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。炉膛壁壁温度1100o

C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o

C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2

，绝热材料的耐热温度为900 o

C 。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： ∵δ

λ

T

q ∆=

∴1δ＝m q T T 22.01200

900

11003.1211

=-⨯=-λ 又∵3

3

224

23

4

33

2

3

22

λδλδδλδλ+-=

-=-=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 o

C ，t 3=50 o

C 。求壁温度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： ∵δ

λ

δ

λ

3

13

23

T T T T q -=-=

∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）

T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o

C

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10o

C 。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·o C ），试求每米管长的冷量损失量。

解：圆筒壁的导热速率方程为

()2

3212131ln 1ln 12r r r r t t L

Q

λλπ+-=

其中 r 1=30mm ，r 2=60mm ，r 3=160mm 所以

()2560

160

ln 07.013060ln 043.01101002-=+--=πL

Q W/m 负号表示由外界向系统传热，即为冷量损失量。

4. 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层的两倍。其导热系数也为层的两倍。若将二层材料互换位置，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，哪一种材料包扎在层较为合适？

解：设外层平均直径为d m,2，层平均直径为d m,1，则 d m,2= 2d m,1 且 λ2=2λ1 由导热速率方程知 1

111112

2114522λππλπλλλb L

d t L

d b

L d b t

S b

S b t Q m m m m m ⨯⨯∆=

+

∆=

+

∆=

两层互换位置后 1

1111122λππλπλb

L

d t L

d b

L d b t

Q m m m ⨯∆=

+

∆=

'

所以

25.14

5

=='='q q Q Q

即 q q 25.1='

互换位置后，单位管长热损失量增加，说明在本题情况下，导热系数小的材料放在层较适宜。

5. 在长为3m ，径为53mm 的管加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/（s·m 2

）。苯在定性温度下的物性数据：μ=0.49mPa·s；λ=0.14 W/（m·K）；c p =1.8kJ/（kg·o C ）。试求苯对管壁的对流传热系数。

已知：L ＝3m ，d ＝53mm ，G=172 kg/（s·m 2

），被加热苯物性，μ=0.49mPa·s，λ=0.14 W/（m·K）；c p =1.8kJ/（kg·o

C ）

求： α 解： Re ＝

43

1086.110

49.0172053.0⨯=⨯⨯=

-μ

dG

> 4

10 3.614

.01049.0108.1Pr 33=⨯⨯⨯==-λμ

p c >0.7

6.56053

.03==d L >40 故可用N u =0.023Re 0.8

Pr 0.4

公式 4.08.044.08.03.6)1086.1(053

.014

.0023.0Pr Re 023

.0⨯⨯⨯⨯

==d

λ

α=330W/m 2·o C 6. 在常压下用列管换热器将空气由200 o

C 冷却至120 o

C ，空气以3kg/s 的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的径为260mm ，径Ø25×2.5mm 钢管38根。求空气对管壁的对流传热系数。

已知：T 1=200 o

C ，T 2=120 o

C ，空气q m ＝3kg/s 走管外壳程，D=260mm ，n ＝38，d ＝25mm 求： α

解： 空气平均温度C T T t m ︒=+=+=

1602

120

200221 查160 o C 空气：ρ＝0.815kg/m 3

，μ＝2.45×10-5

Pa·s，Pr ＝0.682，λ＝0.0364W/m·K

m nd D nd D d n D d n D S A de 036.0025

.03826.0025.03826.0)

44(44222222=⨯+⨯-=+-=+-⨯==πππ

π s m kg A q G m ⋅=⨯-⨯==

222/1.87)

025.03826.0(785.03