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1、目录,第一章 流体流动与输送机械（2） 第二章 非均相物系分离（32） 第三章 传热（42） 第四章 蒸发（69） 第五章 气体吸收（73） 第六章 蒸馏（95） 第七章 固体干燥（119）,1,2,b2 2,b1 1,A,第三章传热 1、某加热器外面包了一层厚为 300mm 的绝缘材料，该材料的导热系数为 0.16W/（m），已测得 该绝缘层外缘温度为 30，距加热器外壁 250mm 处为 75，试求加热器外壁面温度为多少？ Qt tt t 解： 12 23,0.050.16,2,1,0.16,1,b2 2,t t 2 t3 b1 t 75 30 0.25 75 300o C,2、某燃烧炉的
2、平壁由下列三种砖依次砌成；,0.151,1000 940 940 138 273.9,0.23 1.05 b2 0.442m,b2,b2 2,b1 1,A,已知耐火砖内侧温度为 1000，耐火砖与绝热砖界面处的温度为 940，要求绝热砖与建筑砖 界面处的温度不得超过 138，试求： 绝热层需几块绝热砖； 普通砖外侧温度为多少？ 解：（1）b2=? Q t1 t 2 t 2 t3,230mmb2=442mm2302mm 则：绝热层需两块绝热砖。 校核 t2=?,0.46,3,940 t2 273.9,0.151 t2 105.6 C 138 C oo （2）t4=?,0.24 0.93,b3 3
3、 t4 34.9o C,A,Q t3 t4 273.9 105.6 t4,3、505 的不锈钢管，导热系数 116（），外面包裹厚度为 30mm 导热系数 0.2W/ （）的石棉保温层。若钢管的内表面温度为 623，保温层外表面温度为 373，试求每米管 长的热损失及钢管外表面的温度。,2,1,解：已知钢管的内半径r 50 2 5 20mm,2,2,钢管的外半径r 50 25mm,保温层的外半径r3 25 30 55mm 根据式（3-12a），每米管长的热损失, 397W, 21 (623 373) 1570 1 ln 25 1 ln 550.014 3.94,1r1 2r2,1 ln r2
4、1 ln r3,2L(t1 t3 ),Q ,16200.225 由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度 t2。,11,21,2l r21 1620,t t Q 1 ln r2 623 397 1 ln 25 622K,4、603 的铝合金管（导热系数近似按钢管选取），外面依次包有一层 30mm 的石棉和 30mm 的 软木。石棉和软木的导热系数分别为 0.16（）和 0.04（）（管外涂防水胶，以免 水汽渗入后发生冷凝及冻结）。 已知管内壁温度为-110，软木外侧温度为 10，求每米管长上损失的冷量； 计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数； 若将两层
5、保温材料互换（各层厚度仍为 30mm），钢管内壁面温度仍为 -110，作为近似 计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为 10。求此时每米管长损失的冷量。 提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。 解 ：(1) t1 110t4 10 r1 0.027mr2 0.030mr3 0.060mr4 0.090m 1 45W / (m K) 2 0.16W / (m K) 3 0.04W / (m K) 每米管长损失的冷量：,习题 3-3 附图,4,45270.16300.0460,ln 60 ,1 ln 30 11 ln 90,2 110 10 52.1W/m,1 ln
6、r2 1 ln r3 1 ln r4,2 t1 t4 ,q ,1r12r23r3 (2) R R1 R2 R3,1,130,4527,R ln 0.00234(m K) / W,2,2,1,0.1630,R ln 60 4.332(m2 K) / W,3,1,0.0460,R ln 90 10.137(m2 K) / W, R 0.00234 4.332 10.137 14.471(m2 K) / W 各层热阻在总热阻中所占的分数：,1钢,14.471,R R 0.00234 0.016%,2石棉,14.471,R R 4.332 29.94%,3软木,14.471,R R 10.137 70
7、.05%,由以上计算可知钢管热阻很小，且 R软木 R石棉 。 (3) 若将1和2 互换，厚度不变，且认为t1和t4 不变。,q 1,301601,2 110 10,45 ln 27 0.04 ln 300.1660,ln,90 37.94W / m,以上计算可以看出，将保温性能好的材料放在里层，保温或保冷效果好。但此计算不严格，因 为保冷好，则 t4 应增大，即t4 10 。 5、欲测某绝缘材料的导热系数，将此材料装入附图所示的同心套管 间隙内。已知管长 l=1.0m. r1=10mm, r2=13mm, r3=23mm, r4=27mm。 在管内用热电偶加热，当电热功率为 1.0kW 时，测
8、得内管的内壁温 度为 900，外管的外壁温度为 100，金属管壁的导热系数为 50W/ （），试求绝缘材料的导热系数。若忽略壁阻，会引起多大的 误差？ 习题 5 附图 解：按题意求得：,5,13 10,ln,ln,r2 r1,r r2 r1 13 10 11.4mm,m1,23 13,ln,ln,r3 r2,r r3 r2 23 13 17.5mm,m2,27 23,ln,ln,r4 r3,r r4 r3 27 23 24.9mm,m3,Am1 2lrm1 2 3.14111.4 103 7.16102 m 2 Am2 2lrm2 2 3.14 117.5103 0.11m 2 Am3 2lr
9、m3 2 3.14 1 24.9 103 0.156m 2,21,1, 8.38 104 K/W,0.013 0.01 50 7.16 102,1 m1, A,r r,内管壁的热阻为： R ,2,3 Am350 0.156, r4 r3 0.027 0.023 5.13 104 K/W,外管壁的热阻为： R,通过多层管壁的热流量为：,2,1, 1000W, 2 0.11,900 100, R8.38104 0.023 0.013 5.13104, A, r3 r2,R,t1 t 4,Q ,2m2,则：2=0.114 W/（）。 若忽略两侧金属壁的热阻，则, 1000W,900 100 0.02
10、3 0.013,t1 t 4 r3 r2,Q , 2 Am2 2 0.11 则：2=0.114 W/（）。 由于金属壁的热阻远小于绝缘材料的热阻，在实验精度范围内，金属壁的热阻可以忽略。,6、冷却水在252.5 ，长为 2m 的钢管中以 1m/s 的流速通过。冷却水的进、出口温度为 20和 50，求管壁对水的对流传热系数？,2,6, 20 50 35o C,定,解：定性温度 t,查得水在 35时的物性参数： 994kg/m 3 , cp 4.17kJ/(kg o C), 72.8105 Pa s, 0.6257W/(m o C) 管内径为：d=25-22.5=20mm=0.02m,Re du
11、0.02 1 994 2.73104 104 湍流,0.6257, 4.82 (0.7 Pr 160),72.810 5 0.7225103 4.174103, c p,Pr , 100 60,d0.02,l 2,水被加热，k=0.4，得：,0.02,0.6257,0.80.4,(2.73104 ) 0.8 (4.82) 0.4 4778W/(m 2 o C), 0.023RePr 0.023 d,7、一列管式换热器，由 38 根252.5 的无缝钢管组成，苯在管内以 8.32kg/s 的流速通过，从 80 冷却至 20。求苯对管壁的对流传热系数；若流速增加一倍，其他条件不变，对流传热系数又有
12、何 变化？,2, 20 80 50o C,定,解：定性温度 t,查得苯在 50时的物性参数： 860kg/m 3 , cp 1.80kJ/(kg o C), 0.45mPa s, 0.14W/(m o C) 管内径为：d=25-22.5=20mm=0.2m,8.32, 0.81m/s,860 0.785 0.022 38, A,u ms ,Re du 0.02 0.81 860 3.096 104 104 湍流, 5.79 (0.7 Pr 160),0.14,0.45103 0.45103 1.8103, c p,Pr ,苯被冷却，k=0.3，则：,0.14,0.80.34 0.80.32 o
13、, 0.023RePr 0.023 (3.096 10 ) (5.79) 1067W/(m C),d0.02,（2）流速增加一倍，u=2u，其他条件不变,由于, Re0.8 u 0.8,1 0.80.82 o,7,1,u,u,所以 () 1067 2 1858 W/(m C),8、质量分数为 98%，密度=1800kg/m3 的硫酸，以 1m/s 的流速在套管换热器的内管中被冷却，进、 出口温度分别为 90和 50，内管直径为252.5 。管内壁平均温度为 60。试求硫酸对管壁 的对流传热系数。 已知 70硫酸的物性参数如下：,cp 1.528kJ/(kgo C), 6.4mPa s, 0.3
14、65W/(m o C) 壁温 60时的硫酸黏度 w 8.4mPa s （1267 W/（m2）,2, 50 90 70o C,定,解：定性温度 t,查得硫酸在 70时的物性参数： cp 1.528kJ/kgo C, 6.4mPa s, 0.365W/m o C 壁温 60时的硫酸黏度 w 8.4mPa s 因为黏度较大，故用式（3-16）计算 0.027 Re 0.8 Pr 0.33 ( )0.14 d w,Re du 0.02 11800 5625 104,过渡流, 26.8,0.365,6.4 103 6.4103 1.528103, c p,Pr ,0.365,2 o,0.80.33,
15、1418W/(m C),() 8.4 103,6.4 103 0.14, 0.027 (5625)(26.8) 0.02,过渡流校正,(5625)1.8,Re1.8, 0.8934,6 105, 1 ,6 105,f 1 ,过 f 1418 0.8934 1267W/(m o C) 9、原油在896 的管式炉对流段的管内以 0.5m/s 的流速流过而被加热，管长 6m。已知管内壁温 度为 150，原油的平均温度为 40。试求原油在管内的对流传热系数。 已知原油的物性参数为： 850kg/m3, cp 2kJ/(kg o C), 26mPa s, 0.13W/(m o C), 0.0011(1/
16、o C) 原油 150时的黏度 w 3.0mPa s 解：原油在管内流动的 Re Re du 0.077 0.5 850 1259 （层流）, 400,0.13,26 10 3 26103 2103, c p,Pr ,（0.6Pr6700）,Re Pr d 1259 400 0.077 6462 10 l6,8, 77.9 10,l 6 d0.077,所以原油在管内的对流传热系数用式（3-19）计算,1 3,dlw, )0.14, Pr d )(, 1.86(Re,( )0.14 ( 26)0.14 1.353 w3 1.86 0.13 (1259 400 0.077 ) 13 1.353 79.2W/(m 2 K) 0.0776 由
