石油化学工程基础课后习题5答案.doc

石油化学工程基础（习题） 第五章 传热及换热设备 第 5- PAGE 21 页 第五章 传热及换热设备 5-1 燃烧炉的平壁由两层组成，内壁为105mm厚的耐火砖[导热系数为1.05]，外层为215mm的普通砖[导热系数为0.93]。内、外壁温度分别为760℃和155℃。试计算通过每平方米炉壁的热损失及两层间的界面温度。 解： 在两平壁交界处： 可解得界面温度： 5-2 某平壁炉的炉壁是用内层为120mm厚的某耐火材料和外层为230mm厚的普通建筑材料砌成的，两种材料的导热系数未知。已测得炉内壁温度为800℃，外侧壁面温度为113℃。为了减少热损失，在普通建筑材料外面又包一层厚度为50mm的石棉层[导热系数为0.15]，包扎后测得炉内壁温度为800℃，耐火材料与建筑材料交界面温度为686℃，建筑材料与石棉交界面温度为405℃，石棉外侧面温度为77℃。试问包扎石棉后热损失比原来减少了多少？ 解：包扎石棉层后的热损失 则有 包扎石棉层前的热损失： 所以绝对热损失 所以相对热损失 5-3 燃烧炉的平壁由下列三种材料构成：耐火砖导热系数,厚度b=230mm;绝热砖导热系数；普通砖导热系数，厚度b=240mm。若耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖接触面最高温度为940℃，绝热砖与普通砖间的最高温度不超过138℃（假设每两种砖之间接触良好，界面上的温度相等）。试求： ⑴绝热砖的厚度（绝热砖的尺寸为65×113×230mm）； ⑵普通砖外侧的温度。 解：⑴耐火砖的热通量 根据稳定传热，绝热砖的热通量与耐火砖的热通量相等，即 由此解得 n=1.922≈2块 即需要2块绝热砖，厚度为460mm才能达到要求的温度。 ⑵根据稳定传热，燃烧炉平壁的热通量与耐火砖的热通量相等，即 由此解得： 即普通砖外侧的温度为34.9℃。 5-4 某工厂用一φ170×5mm的无缝钢管输送水蒸气。为了减少热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚30mm的矿渣棉，其导热系数为0.065；第二层为厚30mm的石棉灰，其导热系数为0.21。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管道长50m。试求该管道的散热量。 解：已知：r1=80mm r2=85mm r3=115mm r4=145mm t1=300℃ t4=40℃ λ1=45 λ2=0.065 λ3=0.21 根据圆筒壁传热量计算公式： 5-5 有一蒸汽管外径为25mm，为了减少热损失拟在管外包两层绝热材料，每层厚度均为25mm,两种材料的导热系数之比。试问哪一种材料包在内层更有效？(忽略金属热阻) 解：如果将导热系数λ大者（即λ2）包在内侧，则有 而如果将导热系数λ小者（即λ1）包在内侧，则有 将两者进行比较，则有 前者的散热量大一些，因此将导热系数小的绝热材料放在内侧更好一些。 5-6 外径为100mm的蒸汽管，先包一层50mm厚的绝热材料[导热系数为0.06 ]，其外再包一层20mm厚的绝热材料[导热系数为0.075]。若第一绝热层的内表面温度为170℃，第二绝热层的外表面温度为38℃。试求每米管长的热损失和两绝热层界面的温度。 解：根据圆筒壁传热量计算公式： 由于稳定传热各层的传热量相等，则第一层圆筒壁的传热量为 由此可解得： 5-7 水在φ38×1.5mm的管内流动，流速为1m/s，水的进、出口温度分别为15℃及80℃。试求水与管壁间的对流传热系数。 解：在定性温度下水的物理性质为 湍流 5-8 空气以4m/s的流速通过直径为φ75.5×3.75mm的钢管，管长20m。空气的入口及出口温度分别为32℃及68℃。试计算空气与管内壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍，其它条件不变，对流传热系数为多少？ 解：在定性温度下空气的物理性质为： 湍流 当其他条件不变，空气流速增加一倍时，有 所以 5-9 一列管换热器，其蒸汽在管间冷凝，冷却水在管内流动，其流速为0.25m/s，进出口温度分别为15℃及45℃，列管直径为φ25×2.5mm。试求水对管壁的对流传热系数。 解：在定性温度下水的物理性质为 校正系数 则 5-10 现用一蛇管换热器冷却某液体，该液