化工原理王晓红版习题答案第二章.docx

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. . 精品 精品 第 2 章 锅炉钢板壁厚 1 20m m ,其导热系数 1 46.5W/ m K 。若粘附在锅炉内 壁上的水垢层厚度为 2 1mm ,其导热系数 2 1.162W/ m K 。已知锅炉钢板 外表面温度为 t 1 523K ,水垢内表面温度为 t 3 473K ,求锅炉每平方米表面积 的传热速率,并求钢板内表面的温度t 2 。(原题 1) 解:该题为圆筒壁的热传导问题,如果设锅炉的半径为r ,则r 1 r 0.02 ,r r, 2 r r 0.001 ,根据题意,可以得到r r r ,所以S S 3 1 2 3 m 1 m 2 由圆筒壁的导热速率方程: Q t t t t 13b b1 n 1 1 3 b b n b i 1 2 S S S i 1 i mi 1 m 1 2 m 2 其中,t 523K ,t 473K , 46.5W/ m K , 1.162W/ m K ,b 0.02m , 1 3 1 2 1 b 0.001m , S S S 。 2 m 1 m 2 所以 Q t t 523 473 2 2 q 1 3 bS b b 1 2 0.02 0.001 W/m 46.5 1.162 3.874W/m 1 2 根据圆筒壁的导热速率方程: Q  t t t t 12b1 n 1 1 2 b n b i 1 S S i 1 i mi 1 m 1 可以得到: t 2 qb t- 1 1 1  523 3.874 0.002 506.3(K ) 46.5 在一φ60×3.5mm 的钢管外包有两层绝热材料,里层为 40mm 的氧化镁粉,平均导热系数 0.07W/ m ℃ ; 外层为 20mm 的石棉层, 平均导热系数0.15W/ m ℃ 。现用热电偶测得管内壁温度为 500℃,最外层表面温度为 80℃。已知钢管的平均导热系数 45W/ m ℃ ,试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。 (原题 2) 解:根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式: t t bbbbbbb b b b b b b b i 1 2 3 1 2 3 S S S S r r r i mi 1 m 1 2 m 2 3 m 3 1 m 1 2 m 2 3 m 3 n t t 2πL t t 1 41 4 1 4 1 4 式 中 : t=500℃ , t=80℃ , r=60/2-3.5=26.5(mm), r=60/2=30(mm) , 1 4 1 2 r=30+40=70(mm) , r=70+20=90(mm) , b =3.5mm , b =40mm , b =30mm , 3 4 1 2 3 λ=45W/( m·℃), λ=0.07W/( m·℃),λ=0.15W/( m·℃)。 1 2 3 r r r 1 2 26.5 30 28.3(mm ) m 1 2 2 r r r 3 2 70 30  47.2(mm ) m 2 r 70 ln 3 ln r 30 2 r r r 3 4 70 90  80(mm ) m 3 2 2 所以每米管长的热损失为: 2πQ t 2π 1 4 L b b b 1 2 3 r r r 1 m 1 2 m 2 3 m 3 2 3.142 3.142 191.6W/m 500 80 W/m 3.5 40 20 45 28.3 0.07 47.2 0.15 80 因为Q t t 1 n 1 n b 2πL t t 1 4b b b 1 4 t t 2πL 3 4 b i 1 2 3 3 S r r r r 所以 Q i 1 i mi b 1 m 1 2 m 2 3 m 3 3 20 m 3 130.8 t t 3 4 L 2π 3 r 3 m 3 80 191.6 2 3.142 0.15 80 (℃) 3 有一列管式换热器,由 38 根φ25×2.5mm 的无缝钢管组成,苯在管程流动,由 20℃加热到 80℃,苯的流量为 10.2 kg/s,饱和蒸汽在壳程冷凝。试求:(1)管壁对苯的对流传热系数?(2)若苯的流量提高一倍,对流传热系数将有何变 化?(原题 4) 解:(1)苯的定性温度 20 80 50 ℃,此状况下的物性为: 2 0.45mPa s, 860kg /m 3 , c p 1.80kJ / kg ℃ , 0.14W / m ℃ 根据公式 0.023 d i d =0.020m, i Re 0.8 Pr0.4 u w s 10.2  1.0m /s ρA Re du 860 38 0.022 4 0.020 1.0 860 38222 (湍流) 0.45 10 3 C Pr p 1.80 0.45 0.1

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