化工原理王晓版习题答案第二章.docx

第 2 章 锅炉钢板壁厚 ? ? 20mm ，其导热系数 ? ? 46.5W/?m ? K?。若粘附在锅炉内 1 1 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 。（原题 1） 2 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 2 ? r ， r ? r ? 0.001 ，根据题意，可以得到r ? r 3 1 2 ? r ，所以S ? S 3 m1 m 2 由圆筒壁的导热速率方程： Q ? t ?t ?1?n ? 1 n ?1 ? b t ?t 1 3 b b 1 1 i ?1 i S i mi ? S 1 m1 ? 2 ? S 2 m 2 其中，t ? 523K ，t 1 ? 473K ，? 3 1 ? 46.5W/?m ? K?，? 2 ? 1.162W/?m ? K?，b 1 ? 0.02m ， b ? 0.001m ， S ? S 2 m1 m 2 ? S 。 所以q ? Q t ?t 523 ? 473 ? ? ? 1 3 ? ? ? S b b 0.02 0.001 ??1 ? ? 2 ? 46.5 1.162 1 2 1根据圆筒壁的导热速率方程： Q ? t ?t 1 ??n ?  n ?1 b ? t ?t2 1b 1 1 1 i ?1 i S i mi ? S 1 m1 可以得到： t 2 ?t - qb 11 ? 1 1 ? 523 ? 3.874 ? 0.002 46.5 ? 506.3(K) 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： Q ? t ?t 1 n?1 ? t ?t 1 4 ? 2πL t ?t 1 4 iSSrr?n b i S S r r b b b 1 1  b b b 1 1 ? S ? S ? ? 2 ? ? 3 ? r ? ? 2 ? ? 3 i?1 i mi 1 m1 2 m2 3 m3 1 m1 2 m2 3 m3 式 中 ： t1=500℃ ， t4=80℃ ， r1=60/2-3.5=26.5(mm) ， r2=60/2=30(mm) ， r3=30+40=70(mm) ， r4=70+20=90(mm) ， b1=3.5mm ， b2=40mm ， b3=30mm ， λ1=45W/( m·℃)，λ2=0.07W/( m·℃)，λ3=0.15W/( m·℃)。 r2r ? 1 ? r ? 26.5 ? 30 ? 28.3(mm) r 2 m1 2 2 r2r ? 3 ? r r 2 m2 r ? 70 ? 30 ? 47.2(mm) 70 ln 3 ln r 30 2 r4r ? 3 ? r r 4 ? 70 ? 90 ? 80(mm) m3 2 2 所以每米管长的热损失为： Q ? 2π t ?t 1 4 13L b b b 1 3 ? r 1 m1 ? 2 ? ? r 2 m2  ? r 3 m3 ? 2 ? 3.142 ? 3.142 500 ? 80 W/m 3.5 ? 40 ? 20 45 ? 28.3 0.07 ? 47.2 0.15 ? 80 ? 191.6W/m 因为Q ? t ?t 1  n?1 ? 2πL t ?t 1 4 ? 2πL t ?t 3 4 irr?n b i r r b b b b 13 1 3 ? S ? r ? ? 2 ? ? 3 ? r i?1 i mi 1 m1 2 m2 Q b 3 m3 20 3 m3 所以t ? t 3 4 ? ? L 2π? 3 r 3 m3 ? 80 ? 191.6 ? ? 130.8 （℃） 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