第4章传热习题答案.doc

习 题 1. 如图所示。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。炉膛壁内壁温度1100oC，普通砖层厚12cm，其外表面温度为50 oC。通过炉壁的热损失为1200W/m2，绝热材料的耐热温度为900 oC。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，T1＝1100 oC，T2＝900 oC，T4＝50oC，＝12cm，q＝1200W/m2，Rc＝0 求： ＝？＝？ 解： ∵ ∴＝ 又∵ ∴ 得：∴ 习题1附图 习题2附图 2. 如图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t2=300 oC，t3=50 oC。求内壁温度t1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T2=300oC，T3=50oC 求： T1=？ 解： ∵ ∴T1－T3＝3（T2－T3） T1＝2(T2－T3)+T3=3×(300-50)+50＝800 oC 3. 直径为?60×3mm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110oC，绝热层外表面温度10oC。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·oC），试求每米管长的冷量损失量。 解：圆筒壁的导热速率方程为 其中 r1=30mm，r2=60mm，r3=160mm所以 W/m 负号表示由外界向系统内传热，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内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。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，哪一种材料包扎在内层较为合适？ 解：设外层平均直径为dm,2，内层平均直径为dm,1，则 dm,2= 2dm,1 且 λ2=2λ1 由导热速率方程知 两层互换位置后 所以 即 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内层较适宜。 5. 在长为3m，内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/（s·m2）。苯在定性温度下的物性数据：μ=0.49mPa·s；λ=0.14 W/（m·K）；cp=1.8J/（kg·oC）。试求苯对管壁的热系数。 已知：L＝3m，d＝53mm，G=172 kg/（s·m2），被加热苯物性，μ=0.49mPa·s，λ=0.14 W/（m·K）；cp=1.8kJ/（kg·oC） 求： 解： Re＝ 0.7 40 故可用Nu=0.023Re0.8Pr0.4公式 =330W/m2·oC 6. 在常压下用列管换热器将空气由200 oC冷却至120 oC，空气以3kg/s的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm，内径?25×2.5mm钢管38根。求空气对管壁的系数。 已知：T1=200 oC，T2=120 oC，空气qm＝3kg/s走管外壳，D=260mm，n＝38，d＝25mm 求： 解： 空气平均温度 查160 oC空气：ρ＝0.815kg/m3，μ＝2.45×10-5Pa·s，Pr＝0.682，λ＝0.036W/m·K 104 7. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度tm=20oC，蒸汽管外壁温度tw=120oC，管外径为60mm。已知在定性温度70 oC下重油的物性数据：ρ=900kg/m3；cp=1.88kJ/（kg·oC）；λ=0.174 W/（m·oC）；运动黏度ν=2×10-3m2/s；β=3×10-41/ oC。试问蒸汽对重油的热传递速率为多少，单位为kW/m2 ? 已知：水平管加热外部重油，d＝60mm， tm=20oC，tw=120oC，70oC下，ρ=900kg/m3； cp=1.88kJ/（kg·oC）；λ=0.174 W/（m·oC），ν=2×10-3m/s；β=3×10/ oC。 求： q=? 解： 属大容积自然对流， 查教材可得：A＝0.54，b＝0.25 8. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两