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1、第二章-传热习题答案【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm 厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ,混凝土外壁面温度为29.4 。松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151,0.043 3,0.762 W/(m K )，要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。解：三层平壁的导热。1）所需软木的厚度2b由 =-=3141i ii b T T q 得 151.0019.00433.0762.0051.08.174.29152+=b 解得： m b 128.02=2）松木和软木接触面处的温度3T由 151.
2、0019.08.17153+=T q 解得：9.153-=T 解题要点：多层平壁热传导的应用。【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率=0.103+0.000 198 T(式中T 为),蒸汽管外壁温度为180 ,要求保温层外壁温度不超过50 ,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在110-4 kg/(m s)以下,问保温层厚度应为多少?(计算时可假定蒸汽在180 下冷凝)。解：保温层平均热导率为： )./(126.02501801098.1103.04K m W =+?+=- 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为
3、一层导热。 由 )()(21221r r Ln T T L Q -= 得： )()(21221r r Ln T T L Q -= （1）式中：m W L Wr L Q /9.2011103.202110134=?=- 将其及其它已知数据代入式（1）得：)075.0()50180(126.029.2012r Ln -?= 解得：m r 125.02=mm m 5005.0075.0125.0=-=壁厚解题要点：单层圆筒壁热传导的应用。 【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175 ，面包表面的黑度为0.85,表面温度为100 ,表面积为0.064 5 m 2，炉壁表面积远远大于面包表面积。
4、求烤炉向这块面包辐射 传递的热量。解：两物体构成封闭空间，且21S S W T T S Q 0.65)448373(0645.085.01067.5)(448424111012-=-?=-=-负号表示炉壁向面包传递热量。解题要点：辐射传热的应用，两个灰体构成的封闭空间。 【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 的水将1.25 kg/s 的液体比热容为1.9 kJ/(kg K)、密度为850 kg/m 3由80 冷却到30 。换热器的列管直径为25 mm 2.5 mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/（m 2K ）和1 700W/（m 2K ）,污垢热阻可忽略。若水的出口
5、温度不能高于50 ，求水的流量和换热器的传热面积。解：传热量为W T T c W Q h h ph h 33211075.118)3080(109.125.1)(?=-?=-=又 )(12c c pc c T T c W Q -=s kg T T c QW c c pc c /9454.0)2050(10187.41075.118)(3312=-?=-= 即冷水流量为s kg /9454.0。取管壁的热导率 )./(45K m W =，则有)./(5.47185012025)2025(45210251700111)(21123K m W Ln d d d d Ln d K ii Oi O O
6、O O =?+?+=+=- 传热面积由下式计算：mO O T K Q S ?= （1） 热流体：3080冷流体：2050 301=?T 102=?T 2.1810301030)(2121=-=?-?=?Ln T T Ln T T T m 将已知值代入式（1），得：238.132.185.4711075.118m S O =?= 解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用。 【2-11】在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为160 的饱和蒸汽在壳程冷凝，冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动，并由20 加热到106 。列管换热器尺寸为：列管直径为19 mm 2 mm 、管长为4
7、 m ，共有25根管子。若换热器的传热量为125 kW ，蒸汽冷凝传热系数为7 000 W/（m 2K ）,油侧污垢热阻为0.000 5 m 2K/W,管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略,求管内油侧对流传热系数。又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍,求油的出口温度。假设油的物性不变。解：（1）管内油侧的对流传热系数对数平均温差：水蒸汽： 160160食用油： 20106 541=?T 1402=?T 3.90)14054(14054)(2121=-=?-?=?Ln T T Ln T T T m 传热面积：2966.54019.025m L d n S O O =?=总传
8、热系数：)./(0.2323.90966.51012523K m W T S Q K m O O =?=?= 而)./(0.23215190005.015197000111112K m W R d d d d K i si io i i o O O =?+=+= 解得： )./(4.3582K m W i =（2）油的流速加倍后的出口温度由 )()()()(212112c s c s c s c s O O c c pc c T T T T Ln T T T T S K T T c W -=- 得： pcc O O c s c s c W S K T T T T Ln =-)(21 )()()
9、(2121c c O O pc c O O pc c OO c s c s c s c s W W K K c W S K c W S K T T T T Ln T T T T Ln =- 即 875.02175.1)10616020210()16020210(2=?=-Ln T Ln c 解得：2.992=c T 解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用。 【2-12】在列管换热器中用冷水冷却油。水在直径为19 mm 2 mm 的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3 490 W/（m 2K ）,管外油侧对流传热系数为258 W/(m 2K)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢
10、形成，水侧污垢热阻为0.000 26 m 2K/W,油侧污垢热阻为0.000 176 m 2K/W 。管壁的热导率为45 W/（m K ）。求：（1）基于管外表面积的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分数。解：以外表面为基准。（1）基于管外表面的总传热系数O K产生污垢前的总热阻： W K m Ln r r r r Ln r R i i O i O O O O /.1029.434901519)1519(45210192581)(1233-?=?+?+=+= )./(2331029.41123K m W R K O O =?=- （2）产生污垢后热阻增加的百分数R %产生污垢后的总热阻：
11、W K m r r R R R R iO si sO O O /.1079.4151900026.0000176.01029.4233-?=?+?=+= %7.11%10029.429.479.4%=?-=-=O O O R R R R 解题要点：传热系数的计算。 【2-13】在套管换热器中采用并流的方式用水冷却油。水的进、出口温度分别为15 和40 ，油的进、出口温度分别为150 和100 。现因生产任务要求油的出口温度降至80 ，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，且仍为并流，换热器除管长外，其他尺寸不变，若原换热器的管长为1 m ，求现在需要的管长。设换热器的热损失可忽略。解：热量衡
12、算（忽略热损失）：情况改变前：)1540()100150(-=-=pc c ph h c W c W Q （1）情况改变后：)15()80150(2-=-=c pc c ph h T c W c W Q （2）（2）/（1），得： 100150801501540152-=-c T 解得：502=c T 情况改变前：热油： 100150冷水： 4015 1351=?T 602=?T 5.92)60135(60135)(2121=-=?-?=?Ln T T Ln T T T m 情况改变后：热油： 80150冷水： 5015 1351=?T 302=?T 8.69)30135(30135)(2121=-=?-?=?Ln T T Ln T T T m 情况改变前：m ph h T dL K c W Q ?=-=)()100150( （3） 情况改变后： )()80150(m ph h T dL K c W Q ?=-= （4）（4）/（3），得： 5.9218.6910015080150?=?=-L T L T L m m 解得：m L 86.1= 解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用。
