《化工原理课后习题答案第4章传热习题解答》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课后习题答案第4章传热习题解答（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖片=1.3W/(mK)、绝热层九2=0.18W/(mK)及普通砖九3=0.93W/(mK)三层组成。炉膛壁内壁温度1100oC，普通砖层厚12cm，其外表面温度为50C。通过炉壁的热损失为1200W/m2,绝热材料的耐热温度为900C。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。已知：片=1.3W/mK,九2=0.18W/mK九3=0.93W/mK,片=1100C,T2=900C,T4=50oC,=12cm,q=1200W/m2,Rc=03=？=？12,T1=1宁二1.3忖二0.22m0.579m2-K/WTT900500.1
2、2243qX12000.933得：.0.579X0.5790.180.10m222.如附图所示。为测量炉壁内壁的温度,在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶,测得t2=300C,t3=50C。求内壁温度设炉壁由单层均质材料组成。已知：T2=300C,T3=50CT=？T1=？，T，T.*q=k23=九_33T1-T3=3(T2-T3)耳=2(T2T3)+T3=3x(300-50)+50=800C3.直径为060x3mm的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又用100mm厚的保温灰包扎,以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为-110oC,绝热层外表面温度10oCo已知软木和保温灰的导热系数分别为0.0
3、43和0.07W/(moC),试求每米管长的冷量损失量。解：圆筒壁的导热速率方程为QL2n（t-1）1311r11rln亠+lnkrkr1122其中所以r1=30mm，r2=60mm，r3=160mm2冗C100-10丄山60+丄m皂0.043300.0760=25W/m负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。4.蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？解：设外层平均直径为d2，内层平均直径为d,，则m,
4、2m,1d2=2d,且九2=2人m,2m,121由导热速率方程知AtAtAtxKdLQbbbb5b+x-kSkSk兀dL2k兀2dL4k1m12m21m11m11AtxndLmbk1两层互换位置后b+2kndLk2ndL1m11m1所以5=1.25q二1.25q互换位置后，单位管长热损失量增加，说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较适宜。5.在长为3m,内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/(sm2)。苯在定性温度下的物性数据：卩=0.49mPas；X=0.14W/(mK)；cp=1.8kJ/(kgoC)。试求苯对管壁的对流传热系数。已知：L=3m,d=53mm,G=
5、172kg/(sm2),被加热苯物性，y=0.49mPas,九=0.14W/(mK)；cp=1.8kJ/(kgoC)求：,解：dG0.053x172Re=V0.49x1031.86x104104c1.8x103x0.49x103Pr=t6.30.70.14故可用N=0.023Re0$Pr0.4公式u,0.023-Reo$Pro.4=0.023xd0.053x(1.86x104)0.8x6.3o.4=330W/m2C6.在常压下用列管换热器将空气由200oC冷却至120oC,空气以3kg/s的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm,内径025x2.5mm钢管38根。求空气对
6、管壁的对流传热系数。已知：T1=200oC,T2=120oC,空气qm=3kg/s走管外壳程，D=260mm,n=38,d=25mm求：,T+T200+120_解：空气平均温度t12160Cm22查160oC空气：p=0815kg/m3,g=245x10-5Pas,Pr=0.682,九=0.0364W/mK4A4xD2-nTd2)D2-nd20.262-38x0.0252de0.036mS兀D+nKdD+nd0.26+38x0.025q3A0.785x(0.262-38x0.0252)87.1kg/m2-sRedeG0.03687.12.4510-3=1.29103104a=0.023Re0.
7、8Pr0.4=0.023x0.0364x(1.29x103)。$x0.6820.4=254W/m2Kd0.0367. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度t=20oC,蒸汽管外壁温度mtw=120oC,管外径为60mm。已知在定性温度70oC下重油的物性数据：p=900kg/m3；cp=1.88kJ/(kgoC)；九=0.174W/(m*C)；运动黏度v=2xl0-3m2/s；卩=3灯0-41/C。试问蒸汽对重油的热传递速率为多少，(单位为kW/m2)?已知：水平管加热外部重油，d=60mm,t=20。0t=120。70*下，p=900kg/m3；mwcp=1.88kJ/(kgo
8、C)；九=0.174W/(moC),v=2x10-3m2/s；卩=3x10-4/C。求：q=?解：属大容积自然对流，厂PgAtd33x10-4x9.81x(120-20)x0.063Gr=二15.9cHv2(2x10-3)2=1.94x1041.88x103x2x10，3x9000.174GrPr=15.9x1.94x104=3.09x105查教材可得：A=0.54,b=0.25a=A(GrPr)b=0.54xx(3.09x105)0.25=36.9W/m2Cd0.060q二a(t-1)二36.9x(120-20)二3.69x103W/m2wm8. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自
9、然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的(GrPr)=109。试问两管路单位时间、单位面积的热损失比值为多少？解：GrPrxd3d(GrPr)二(-1)3(GrPr)二103x109二10121d221查表6-5，两者均在3区域，A=0.135，b=3/qxdqd(Gr-Pr)丄1012丄丄x丄310_1X()31qd(Gr-Pr)10922129. 饱和温度为100oC的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置，管外壁的温度维持96oC,试求：（1）每小时冷凝的蒸汽量；（2）又若将管子水已知：平放，冷凝的蒸汽量又为多少？t=100o
10、C,t=96oC,L=3m,d=0.03msw求：（】）W竖放；（2）W水平解：查100oC，水,r=2258kJ/kgt匕100+9698Cm22查98C,水，p=960kg/m3,卩=0.290cp,九=0.682W/mK1)设凝液为层流，则竖放时1.13/p2，gr，兀pLAt丿、丄47.42X103W/m2，K验Re竺空02：律；：爲5442000计算有效pr0.29x10-3x2258x103QLdAt7.42x103x3x3.14x0.03x4二二二3.72x10-3kg/sr2258x1032）水平放，/L0.64d仍设层流m丄40.64x0.03丿丄42.022.02x7.42
11、x103=1.50x104W/m2-K/q“m:qq2.02x3.72x10-3=7.51x10-3kg/smm验Re4qmLp4x7.51x10-33x0.29x10-334.52000计算有效10. 在列管式换热器中用冷水冷却油。水的直径为019x2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W/（m2.oC）,管外油侧对流传热系数为258W/（m2-*）。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2.oC/W,油侧污垢热阻为0.000176m2.oC/W。管壁导热系数九为45W/仏2。0,试求：(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热
12、阻增加的百分数。解：(1)总传热系数K0K0+RS0bd0,R九dSimdd0,0-ddiii1258,0.000176,0.0024519,0.000261917151934901500048=208W/(m2oC)0.000176,0.000261915100%=11.8%2)产生污垢后热阻增加百分数为0.0048(0.000176,0.0002819I15丿11.热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为025x2.5mm钢管，热导率为45W/(mK)。冷水在管内湍流流动，对流传热系数a1=2000W/(m2K)。热气在环隙中湍流流动，a2=50W/(m2K).不计垢层热阻，试求：(1)管壁
13、热阻占总热阻的百分数；(2)内管中冷水流速提高一倍。总传热系数有何变化？(3)环隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？已知：内管为025x2.5mm，九=45W/(mK),管内冷水湍流a1=2000W/(m2K),管内热气湍流a2=50W/(m2K)求：(1)管内热阻分率，(2)内管中冷水流速增倍，Kz(3)管隙中冷水流速增倍，K”解：(1)1dd、d二+卡ln,(d2Ad111=48.3W/m2-K(丄愛,0.025ln0.025,丄1(20000.022450.0250丿总热阻丄=0.021m2K/Wdd0.0250.025管壁热阻齐ln鼻二ln二6.210-3m2K/W2九d2450.021故管壁热阻分率为6.210-30.021二0.3%(2)TGU0.8.a=2o.8a=2o.8,2000=3.48,103W/m2K1100256.2,10-3+丄13.48x1030.0250丿1=49.0W/m2KKK49.048.3增加k=F-=13%(3)a=2o.8a=2o.8,50=87.1W/m2K22K=(10.0256.2x10-5+丄20000.0287.1丿1=82.1W/m2-K心=82-4&3=69.9%曰K48.3由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K值强化传热，应在a2上着手。12.在下列各种列管式换热器中，某种溶液在管内流动并由20oC加
