化工原理(第四版)习题解__第四章__传热化工原理(第四版)习题解__第四章__传热.doc

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0.16W/(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 计算加热器平壁外表面温度， 【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=0.043 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， 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 【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=1.05W/(m·℃)，厚度；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(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 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。 绝热砖层厚度的计算 每块绝热砖的厚度为，取两块绝热砖的厚度为。 (2) 计算普通砖层的外侧壁温 先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度 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。 【4-5】有直径为的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm的水垢，水垢的热导率λ=1.163W/(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，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 水垢的热阻为 倍 【4-6】某工厂用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；第二层为厚30mm的石棉灰，其热导率为。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为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，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度的变化关系为。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过。试确定所需保温层厚度。 解 保温层厚度以b表示 已知 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，长为2m的钢管中以的流速通过。水温由15℃升至25℃。求管壁对水的对流传热系数。 解 水的平均温度 查得20℃时水的密度，黏度，热导率λ=59.9×10-2 W/(m·℃)，普朗特数。 雷诺数 湍流 对流传热系数的计算，水被加热，Pr的指数 =4367 W/(m2·℃) 【4-9】空气以的流速通过的钢管，管长。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，钢管内壁的平均温度为多少。 解 已知 (1)对流传热系数计算 空气的平均温度 查得空气在时的物性数据， ，空气被加热，Pr的指数 雷诺数 　湍流 对流传热系数 　 (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，计算钢管内壁平均温度 用式计算钢管内壁的平均温度。 已知空气进出口平均温度 在第(1)项中已计算出对流传热系数 钢管内表面积为 钢管内壁平均温度 【4-10】温度为10℃、压力为101.3kPa的空气，以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，温度， 空气的平均温度 查得空气在20℃的物性数据为：密度，比热容，热导率，黏度，普朗特数，空气被加热，Pr的指数 空气流动的截面积 湿润周边 当量直径 　　　 已知空气的流速