化工原理答案 第四章 传热.docx
第四章传热热传导4-1有一加热器，为了削减热损失，在加热器的平壁外表面,已测得包一层热导率为O.16W(m-C)、厚度为30Omm的绝热材料。平附绝热层外表面温度为30,另测得距加热器壁外表面25Omm处的温度为75C,如习题4-1图所示。试求加热器平壁外表面温度。解ti=7C.s=3OC计算加热器平壁外表面温度：，20.16(znC)X=X“b：7T习题4-1阳图隹=筐/产盛Q25+75=30(TCT160J64-2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=0.043W(m)0若外衣面温度为28C,内表面温度为3,试计算单位表面枳的冷量损失。解已知(=3C,/.=28X?,=0.0-13U7(n-C),h=0.03n,则单位表面积的冷量损失为9=54Tj=鬻(3-28)=358Wfnf4-3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。若所测固体的表面枳为0.02n材料392x0.02q=却F=募(1000-SMO)=274VVwA-Io5,OISI1,-0«的厚度为O.02mo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100C,试计算该材料的热导率。解依据已知做图热传导的热量Q=W=28M0=392W习网4-3附图At-Z,)0.02(280-100)=2.18W/(wr)(4-41燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率A=1.05W(mC),厚度b=230三,：绝热砖层，热导率4=0.151W(m,C);一般砖层，热导率4=0.93W(m).耐火砖层内侧壁面温度为100OC,绝热砖的耐热温度为940,一般碗的耐热温度为130。(1)依据砖的耐热温度确定病与破接触面的温度，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。(2)若一般传层厚度为240mm,试计算一般砖层外表面温度。解(1)确定绝热层的厚度冬MANe*M-枝温度分布如习题4-4附图所示。通过耐，£广*>(火砖层的热传导计算热流密度(7。,5绝热砖层厚度4的计算习题ST见图b2=(940-130)=0.446/n274每块绝热砖的厚度为023m,取两块绝热砖的厚度为h.=0,232=0.16mo(2)计算一般砖层的外侧壁温先核算绝热砖层与一般砖层接触面处的温度与_迪=94。-型电生=1053Ci-A0.151&小于130,符合要求。通过般砖层的热传导，计算一般砖层的外侧壁温1.°她sue274x0.24,v,4=Zj-=105.3-=34.6X31-5有直径为微EX2三.的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为Imm的水垢，水垢的热导率X=I.163W(mC)。试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍黄铜的热导率110W(m)o解因宾2,因算术平均半径计算导热面积。管长用1.表示。黄铜管的热阻为0.002=110x0.036/.水垢的热阻为h,h,IS，*''*'0.00111×1.163×0.0330.0014-习J84-5附图.>:''.<'1.'51.6倍110x0.0364-6某工厂用阿叱“5E的无缝钢管输送水蒸气。为了削减沿途的热损失，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("K)：其次层为厚30mm的石棉灰，其热导率为02w("K)°管内壁温度为300C,50m.试求该管路的散热量。解=-1.n-+-In-+-1.n-444444=2E300-4Q>消+上皿”+工加空45800.065850.21115=284W)nQw=284X50=1.42x10'W-14.2Jw保温层外表面温度为40C。管路长Axen,/*0065021三K«-40X/b03mZOW4-7水蒸气管路外径为108mm,其表面包一层超细玻璃棉毡保温,其热导率随温度9的变更关系为4=0,033+0.00023/也(切刈。水蒸气管路外表面温度为150C,希望保温层外表面温度不超过50C,且每米管路的热量损失不超过160»°试确定所需保温层厚度。保温层厚度以b表示4=-XiKr=-2(O.O33+0.0002)r-drdrqy三-2*(0,0330.00023kqiIn-=2/r0.033(r1.-r2)+r已知r,=15C.=50-C,q=1.60IVwt=(O54"hr.=r1.+b=0.054+b0.066×3.H×(15O-5O)+O.OOO23×3.11.×(15Oi-52)In1+1.n(,+三)20.73÷14.45160IIM/一解得保温层厚度为b=0.0133加=13.3,皿保温层厚度应不小于13.3Inm对流传热(4-8冷却水在9IwX2,.，长为2m的钢管中以InVS的流速通过。水温由15C升至25C。求管壁对水的对流传热系数。解d=0.015z11.I-2m.u=bnfs.r1.-15'C.I1三25'C水的平均温度J=空=学=2(C查得20C时水的密度p=998.2屈/”黏度”1.OO41.O”0s,热导率X=59.9X1.(W(mC),普朗特数pr7.02°,短/33>6。雷诺数RCw54警2=出世湍流1.0(MX1.OT对流传热系数的计算，水被加热，Pr的指数“0.4=O.O23-RewPr!,=0.023x×(1.49×10,)f,×(7.02)°</0,015=4367W(m2,C)4-9空气以加，S的流速通过西5.5/WJX375三的钢管，管长碗。空气入口温度为32C,出口温度为68C。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数乂为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W,钢管内壁的平均温度为多少。解已知|“=4加$,4=0.06&,=!vn,=3ZV,/.=68-C(1)对流传热系数计算空气的平均温度，誓=SOC查得空气在SOC时的物性数据=1.093依/疝，/=1.961.O5Prtj.=2.83×10-tV(m'C),=1.005fc(,C)Pr=Oj698,空气被加热，Pr的指数”=0.1雷诺数Re=£=0.068x4x1.093=152x1.o,湍流A=-1-=73,5>60d0.068对流传热系数a=0.023-Rcn'Pr",d9QQx10*a=0.023×o.s-×(1.52×10,)t'j'=18.4IV/(m;-C)(2)空气流速增加一倍，对流传热系数G为a'三aI=18.4XKj三32IV/(m,C)(3)若空气从管壁得到的热量为578W,计算钢管内壁平均温度用式Q=a八9-J)计算钢管内壁的平均温度仆。已知空气进出口平均温度在第(D项中已计算出对流传热系数a-18.4Wyc)钢管内表面积为A=11d!=,0.068×5=11.m'钢管内壁平均温度r.=c+-e=50+-=79.1CaA18.4x1.07(4-101温度为10、压力为101.3kPa的空气，以io”“S的流速在列管式换热器管向沿管长方向流淌，空气出口温度为30。列管式换热器的外壳内径为】90mm,其中装有37根的¢19EX2m钢管，钢管长度为2m。试求钢管外表面对空气的对流传热系数。解巳知空气压力0=K)I3W¼,温度1.=KrcT=30U,空气的平均温度，等=20C查得空气在20C的物性数据为：密度0=12眼fM,比热容<p=1.OO5xi(*C>,热导率2=2.76x10%,n©,黏度=1.91x1.0；ftw,普朗特数Pr=O.699,空气被加热，Pr的指数"=0.4空气流淌的截面积(0.19-370.019)潮湿周边(0.19+37x0.019)当量直径已知空气的流速4×-(0.191-370.0192)KM9+37XO.(Hg)=78.1>6O0.0255=0.0255雷诺数Re=亚="史泮警=.51x©湍流1.91×10对流传热系数a=O.023Re'v,Prti=0.023X,'叼0-(1.5110'*(0.699)'d,0.0255=47.5W(rC)有一套管式换热器,内管为内8wjx25jw11,外管为声7wn3mf11的钢管，内管的传热管长为2m。质量流量为25303A的甲苯在环隙中流淌，进口温度为72,出口温度为38。试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。解甲苯的温度=72C.=38C,平均温度二=穿=亨=55C甲茶在55C的物性数据有：密度P=曲屈，病,比热容C1,=1.83x10'JHkg-),热导率X=0.128W(m"C),黏度ju=4.3KT¼s甲米的质量流量-2530体积流量q,i=p=2530/830=3.05m'/h甲苯在环隙中的流速“计算套管的内管外径4=0.03M,外管内径&=0.05bn,流速«0.933m1.s3600x-×(0.051,-0.0382)4甲苯对内管外表面的对流传热系数计算套管环隙的当量直径Jr=rf,-rf,三0.051-038=0j01jr",51'60Re=皿妈3”例产=2.34x10,湍流4.3x1.OTPra=即叫*50.128甲苯被冷却”=0.3。0.023人RyPrde=0023”"(231X10')"'×(6.15)'=12221.V(wr-C)(4-121甲茉在一蛇管冷却器中由70C冷却到30C,蛇管由85"由2.5曲的钢管3根并联而成，蛇管的圈径为06m。若甲苯的体积流量为3洲加，试求甲米对钢管内表面的时流传热系数。解甲苯的温度7>7<rc.心=30C平均温度7>竽=501'甲苯在50C时的物性数据为：密度0=836依/W,黏度“=4.4x10*3,热导率20.129M,(mV>»比热容c,=1.7710”德。甲苯在3根并联蛇管中的流速计算体积流量4=3M)h,蛇管内径d0.04m，流速3/3600rf-30.785×(0.(M)2×34=0.22bn/s雷诺数普朗特数Re=0.04x0221x836=168x|0,湍流1.1.x1.O'acfji1.77x1.0,4,1×10-'c,Pr=-i-=6.0!0.129弯管效应校正系数=1+1.77=I+1.77x=1.
