发布时间 : 星期五 文章化工原理答案第四章传热更新完毕开始阅读bfbafd7768dc5022aaea998fcc22bcd127ff4256
第热传导
四章 传 热
【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 t2?75℃, t3?30℃
计算加热器平壁外表面温度t1，??0.16W/(m?℃)
t1?7575?3045 t1???0.25?75?300℃
0.250.050.050.160.16【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm厚的软木做成木的热导率λ= W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知
习题4-1附图
的。软度为
t1?3℃, t2?28℃, ?=0.043W／(m?℃), b?0.03m，
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0.02m2，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 Q?I?V?2.8?140?392W
??Qb392?0.02 ?A(t1?t2)0.02(280?100)习题4-3附图
【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b?230mm；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。
(2) 若普通砖层厚度为240mm，试计算普通砖层外表面温度。 解 (1)确定绝热层的厚度b2
温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q。
绝热砖层厚度b2的计算
习题4-4附图
每块绝热砖的厚度为0．46m。 23m，取两块绝热砖的厚度为b2?0.23?2?0．(2) 计算普通砖层的外侧壁温t4
先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度t3
t3小于130℃，符合要求。
通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温t4。
【4-5】有直径为?38mm?2mm的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm的水垢，水垢的热导率λ=(m·℃)。试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍[黄铜的热导率λ=110W/(m·℃)]。
解 因
38?2，因算术平均半径计算导热面积。管长用L表示。黄铜管的热阻为 32水垢的热阻为
?0.001
??1.163?0.033L习题4-5附图
0.001R垢1.163?0.033??51.6倍
0.002R铜110?0.036【4-6】某工厂用?170mm?5mm的无缝钢管输送水蒸少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚渣棉，其热导率为0.065W/(m?K)；第二层为厚30mm的石导率为0.21W/(m?K)。管内壁温度为300℃，保温层外表面40℃。管路长50m。试求该管路的散热量。
解
【4-7】水蒸气管路外径为108mm，其表层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度t/℃关系为??0.033?0.00023tW/(m?K)。水蒸气表面温度为150℃，希望保温层外表面温度50℃，且每米管路的热量损失不超过
气。为了减30mm的矿棉灰，其热温度为
面包一的变化管路外不超过
160W/m。试确定所需保温层厚度。
解 保温层厚度以b表示 已知t1?150℃,t2?50℃, q?160W/m 解得保温层厚度为
保温层厚度应不小于13.3mm 对流传热
【4-8】冷却水在?19mm?2mm，长为2m的钢管中以1m/s的流速通过。水温由15℃升至25℃。求管壁对水的对流传热系数。
解 d?0.015m, l?2m, u?1m/s, t1?15℃, t2?25℃ 水的平均温度 tm?t1?t215?25??20℃ 22查得20℃时水的密度??998.2kg/m3，黏度??1.004?10?3Pa?s，热导率λ=×10-2 W/(m·℃)，普朗
l2特数Pr?7.02。 ??133?60
d0.015雷诺数 Re?du???0.015?1?998.2?1.49?104 湍流 ?31.004?10对流传热系数的计算，水被加热，Pr的指数n?0.4 =4367 W/(m2·℃)
【4-9】空气以4m／s的流速通过?75.5mm?3.75mm的钢管，管长5m。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(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，对流传热系数又为多少？(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u?4m/s, d?0.068m, l?5m, t1?32℃, t2?68℃ (1)对流传热系数?计算 空气的平均温度 tm?32?68?50℃ 2查得空气在50℃时的物性数据??1.093kg/m3，
Pr?0．698，空气被加热，Pr的指数n?0．4
雷诺数
Re?du???0.068?4?1.093?1.52?104 湍流 ?51.96?104对流传热系数 ? ?0.023Re0.8Pr0．d?(2)空气流速增加一倍，对流传热系数?'为
(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计算钢管内壁的平均温度tw。 （tw?tm）已知空气进出口平均温度 tm?50℃
在第(1)项中已计算出对流传热系数 ??18.4W/(m2?℃) 钢管内表面积为 A??dl???0.068?5?1.07m2 钢管内壁平均温度 tw?tw?Q578?50??79.4℃ ?A18.4?1.07【4-10】温度为10℃、压力为的空气，以10m/s的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。列管式换热器的外壳内径为190mm，其中装有37根的?19mm?2mm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 已知空气压力??101.3kPa，温度t1?10℃, t2?30℃， 空气的平均温度 tm?10?30?20℃ 2查得空气在20℃的物性数据为：密度??1.128kg/m3，比热容cp?1.005?103J/(kg?℃)，热导率??2.76?10?2W／(m?℃)，黏度??1.91?10?5Pa?s，普朗特数Pr?0.699，空气被加热，Pr的指数
n?0.4
空气流动的截面积
??0.194?2?37?0.0192?
湿润周边 ?(0.19?37?0．019)
4?4?(0.19?37?0.019)(0.192?37?0.0192)?0.0255
当量直径 de?已知空气的流速 u?10m/s 雷诺数 Re?对流传热系数
【4-11】有一套管式换热器，内管为?38mm?2.5mm，外管为?57mm?3mm的钢管，内管的传热管长为2m。质量流量为2530kg/h的甲苯在环隙中流动，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 T1?72℃, T2?38℃，平均温度Tm?T1?T272?38??55℃ 22deu?0.0255?10?1.128==1.51?104 湍流 ?5?1.91?10甲苯在55℃的物性数据有：密度??830kg/m3，比热容cp?1.83?103J/(kg?℃)，热导率λ=(m·℃)，黏度??4.3?10?4Pa?s
甲苯的质量流量 qm1?2530 kg/h
体积流量 qv1?qm1/??2530/830?3.05 m3/h 甲苯在环隙中的流速u计算
套管的内管外径d1?0．038m，外管内径d2?0.051m，
3.05?0.933 m/s 流速 u? ?223600??(0.051?0.038)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 de?d2?d1?0．051?0．038?0．013m
Re?甲苯被冷却 n?0.3
deu???0.013?0.933?830?2.34?104 湍流 ?44.3?10【4-12】 甲苯在一蛇管冷却器中由70℃冷却到30℃，蛇管由?45mm?2.5mm的钢管3根并联而成，蛇管的圈径为0.6m。若甲苯的体积流量为3m3/h，试求甲苯对钢管内表面的对流传热系数。