发布时间 : 星期一 文章食品工程原理第八周布置习题解答更新完毕开始阅读cfd61929a8ea998fcc22bcd126fff705cc175c44
习题解答
食品1301班及食品质安1301、1302班食品工程原理作业（共
96题）
1.燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t1为1400℃，外表面温度t3为100℃。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1＝0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为λ2＝0.3+0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，λ单位为W／(m·℃)。
解：热通量q及界面温度t2
?m1 由：q?q1?(t1?t2)
b1?m2?q2?(t2?t3)
b2又 ?1?0.9?0.0007t ?2?0.3?0.0003t 已知：t1?1400℃ t2?100℃ b1?460mm b2?230mm 代入联立解之得： t2?949℃
２
代入q式得q?1689（Ｗ／ｍ） 答： q＝1689W／㎡，t2＝949℃
4. 某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
[解]Q/S?(t1?t2）/?（bi/?i)?(1000?55)/[（0.5/112)?(0.5/0.16)?(0.25/0.92)] ?247.81W/m2答： Q/S=247.81W/m
7.某食品工艺过程需用管式换热器加热25℃的水使其温度达到35℃，换热器管子规格为Φ25 mm× 2.5mm，水在管内流过，流速为2 m/s，管长4m。求换热器水侧对流传热系数。
[答：7988.2W/(m2·K)]
解：该题属于低粘度流体在管内流动的情况。
定性温度：T?2
25?35?30℃ 2定性尺寸：管内径di=0.02(m) 30℃下水的物性如下：
ρ=995.7kg/m3, μ=80.12×10-5Pa·s
CP=4.174KJ/(Kg·K), λ=0.6171[W/(m·K)]
L4??200>60 di0.02Re?diu???0.02?2?995.7?4.98?104>1×104 ?580.12?10Pr?Cp??4.174?103?80.12?10?5??5.42
0.6171Re>1×104为湍流，水被加热，n=0.4 ∴??0.023?diRe0.8Pr0.4?0.023?0.80.61710.4??4.98?104???5.42? 0.02＝7988.2[W/(m2·K)]
8、将番茄酱通过内径为60mm的换热器由75℃冷却到20℃，流量为6000kg/h，已知番茄酱物性数据如下：ρ=1050.7kg/m3；CP=3.98KJ/(Kg·K)；μ=2.15mPa·s(47.5℃)；λ=0.61 W/(m·K)，求番茄酱与管壁间的对流传热系数。
[答：1562.6W/(m2·K)]
解：此题为高粘度流体在管内被冷却。
u?W?4?2i6000/1050/3600d?4?0.564（m/s）
0.062Re?du??Cp??0.06?0.188?1050?1.66?104>1×104,湍流 ?32.15?10Pr??3.98?103?2.15?10?5??14.03
0.61130.14???????0.027Re0.8Pr??di??w?
10.6140.8?0.027???1.66?10???14.03?3?0.950.14?1562.6W/?m2?K?0.06
10.有一列管式换热器，管束有Φ108mm× 4mm的钢管组成，管子排列为直列，管内为200kPa的饱和水蒸气冷凝，管外为100kPa的空气被加热，空气进口温度为15℃，出口温度为45℃。空气垂直流过管束，流动的方向共有10列，每列有管子10行，行列间距为140mm。已知空气流过最窄出的流速为12m/s，试求空气的平均对流传热系数。
[答：54.74W/(m2·K)]
解：Nu?C?RePrn0.4，有??C??dRenPr0.4
x1140??1.296，比值在1.2~3.之间，则： d108x C?1?0.11?1?0.1?1.296?1.1296
d15?45?30℃，查此温度空气的物性为： 空气定性温度，
2CP=1.0KJ/(Kg·K) ;λ=0.0267[W/(m·K)]；ρ=1.165kg/m3; μ=1.86×10-5Pa·s;
Re?du???0.108?12?1.165?81174
1.86?10?51?103?1.86?10?5Pr???0.7
?2.67?10?2查表知直列时第一列到第三列的n、ε分别为n1=0.6,n2=n3=0.65, ε1=0.171,
ε2=ε3=0.151
Cp?0.0267K) ?0.171?811740.6?0.70.4?36.53 W/(m2·
d0.108?0.0267K) ?2??3?C?RenPr0.4?1.1296??0.151?811740.65?0.70.4?56.77W/(m2·
d0.108?1?9?236.53?9?56.77则?m?K) ??54.74 W/(m2·
1010?1?C??RenPr0.4?1.1296?12.
某管式换热器用水将某液体冷却，已知水在管内流动，水侧和液体侧的对流传热系数分别为850W/(m2·K)和l700 W/(m2·K)，换热器管径为Φ25mm×2.5mm，取管壁的热导率λ＝45W/(m·k),求该换热器的传热系数（以外面积为基准）。
解：K0?11 ??3125?10?25?2511d0?d0?d01?ln?????ln???2?45?02???20?20850?di?di?1700?t1??t2,?t1?T1?t1,?t2?T2?t2。Q为过程的传热?t1ln?t2＝471.5W/(m2·K)
14.证明并流传热时有：Q?KA?tm,?tm?速率，K为总传热系数，A为传热面积，T1为热流体的进口温度，T2为热流体的出口温度，t1为冷流体的入口温度，t2为冷流体的出口温度。
证：在从T1到T2的方向上，取微元传热面积dA，经此微元传热面积后，热流体的温度变化dT，dT?0，冷流体的温度变化dt，dt?0（从T1到T2的方向），故有
?WhcphdT?Wccpcdt?KdA(T?t)
dT?Wccpcd(T?t)?Wccpc?Whcph?,? dtWhcphdtWhcphWhcphWccpc?Wccpc?Whcphd(T?t)?KdA(T?t)
d(T?t)?Wccpc?Whcph?KdA T?tWhcphWccpc??t2?t1T?Tt?td(T?t)??(12?21)KT?tQQ?A0dA
?Q?KA?tm,?tm??t1??t2,?t1?T1?t1,?t2?T2?t2。证毕 ?t1ln?t2
15.在列管换热器中用冷水冷却油．水在直径为Φ38mm×2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为2000W/(m2·K)，管外油侧对流传热系数为300W/(m2·K)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为2.6×10-4m2·K/W，油侧污垢热阻为1.76×10-4m2·K/W。管壁的导热系数为45w/(m·K)。求：(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。
[答案：Ko=260 W/(m2·K) 14.7%]
11bdo1do解：（1）?????，d0=0.038m，di=0.034m,b=0.002m,
Ko?o?dm?ididm?d0?di0.038?0.034??0.036m,则 d00.038lnln0.034di11bdo1do10.0020.03810.038??????????Ko?o?dm?idi300450.03620000.034 ?0.00384则K0=260W/(m2·K) 有污垢产生后，
d11bd1d??Rso??o??o?Rsi?oKo?o?dm?ididi10.0020.03810.0380.038??1.76?10?4?????2.6?10?4?300450.03620000.0340.034=0.004405
则热阻增加的百分数为：
0.004405?0.00384?0.147?14.7%
0.00384