第4章傳熱習(xí)題答案

1、習(xí) 題1. 如附圖所示。某工業(yè)爐的爐壁由耐火磚1=1.3W/（mK）、絕熱層2=0.18W/（mK）及普通磚3=0.93W/（mK）三層組成。爐膛壁內(nèi)壁溫度1100oC，普通磚層厚12cm，其外表面溫度為50 oC。通過爐壁的熱損失為1200W/m2，絕熱材料的耐熱溫度為900 oC。求耐火磚層的最小厚度及此時(shí)絕熱層厚度。設(shè)各層間接觸良好，接觸熱阻可以忽略。已知：1=1.3W/mK，2=0.18W/mK，3=0.93W/mK，T11100 oC，T2900 oC，T450oC，12cm，q1200W/m2，Rc0求： ？解： 又 得： 習(xí)題1附圖 習(xí)題2附圖2. 如附圖所示。為測(cè)量爐壁內(nèi)壁的溫

2、度，在爐外壁及距外壁1/3厚度處設(shè)置熱電偶，測(cè)得t2=300 oC，t3=50 oC。求內(nèi)壁溫度t1。設(shè)爐壁由單層均質(zhì)材料組成。已知：T2=300oC，T3=50oC求： T1=？解： T1T33（T2T3） T12(T2T3)+T3=3(300-50)+50800 oC3. 直徑為603mm的鋼管用30mm厚的軟木包扎，其外又用100mm厚的保溫灰包扎，以作為絕熱層?，F(xiàn)測(cè)得鋼管外壁面溫度為110oC，絕熱層外表面溫度10oC。已知軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.043和0.07 W/（moC），試求每米管長(zhǎng)的冷量損失量。解：圓筒壁的導(dǎo)熱速率方程為 其中 r1=30mm，r2=60mm，r3=

3、160mm所以 W/m負(fù)號(hào)表示由外界向系統(tǒng)內(nèi)傳熱，即為冷量損失量。4. 蒸汽管道外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同的絕熱層，設(shè)外層的平均直徑為內(nèi)層的兩倍。其導(dǎo)熱系數(shù)也為內(nèi)層的兩倍。若將二層材料互換位置，假定其它條件不變，試問每米管長(zhǎng)的熱損失將改變多少？說(shuō)明在本題情況下，哪一種材料包扎在內(nèi)層較為合適？解：設(shè)外層平均直徑為dm,2，內(nèi)層平均直徑為dm,1，則 dm,2= 2dm,1 且 2=21由導(dǎo)熱速率方程知 兩層互換位置后 所以 即 互換位置后，單位管長(zhǎng)熱損失量增加，說(shuō)明在本題情況下，導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在內(nèi)層較適宜。5. 在長(zhǎng)為3m，內(nèi)徑為53mm的管內(nèi)加熱苯溶液。苯的質(zhì)量流速為172kg/（

4、sm2）。苯在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：=0.49mPas；=0.14 W/（mK）；cp=1.8kJ/（kgoC）。試求苯對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知：L3m，d53mm，G=172 kg/（sm2），被加熱苯物性，=0.49mPas，=0.14 W/（mK）；cp=1.8kJ/（kgoC）求： 解： Re 0.7 40 故可用Nu=0.023Re0.8Pr0.4公式 =330W/m2oC6. 在常壓下用列管換熱器將空氣由200 oC冷卻至120 oC，空氣以3kg/s的流量在管外殼體中平行于管束流動(dòng)。換熱器外殼的內(nèi)徑為260mm，內(nèi)徑252.5mm鋼管38根。求空氣對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。 已知：

5、T1=200 oC，T2=120 oC，空氣qm3kg/s走管外殼程，D=260mm，n38，d25mm 求： 解： 空氣平均溫度 查160 oC空氣：0.815kg/m3，2.4510-5Pas，Pr0.682，0.0364W/mK 1047. 油罐中裝有水平蒸汽管以加熱罐內(nèi)重油，重油的平均溫度tm=20oC，蒸汽管外壁溫度tw=120oC，管外徑為60mm。已知在定性溫度70 oC下重油的物性數(shù)據(jù)：=900kg/m3；cp=1.88kJ/（kgoC）；=0.174 W/（moC）；運(yùn)動(dòng)黏度=210-3m2/s；=310-41/ oC。試問蒸汽對(duì)重油的熱傳遞速率為多少，（單位為kW/m2 ）

6、?已知：水平管加熱外部重油，d60mm， tm=20oC，tw=120oC，70oC下，=900kg/m3； cp=1.88kJ/（kgoC）；=0.174 W/（moC），=210-3m2/s；=310-4/ oC。 求： q=? 解： 屬大容積自然對(duì)流， 查教材可得：A0.54，b0.25 8. 室內(nèi)水平放置兩根表面溫度相同的蒸汽管，由于自然對(duì)流兩管都向周圍空氣散失熱量。已知大管的直徑為小管直徑的10倍，小管的（GrPr）=109。試問兩管路單位時(shí)間、單位面積的熱損失比值為多少？解：查表6-5，兩者均在3區(qū)域，A=0.135， 9. 飽和溫度為100oC的水蒸氣在長(zhǎng)3m、外徑為0.03m的

7、單根黃銅管表面上冷凝。銅管豎直放置，管外壁的溫度維持96 oC，試求：（1）每小時(shí)冷凝的蒸汽量；（2）又若將管子水平放，冷凝的蒸汽量又為多少？ 已知：ts100oC，tw96 oC，L3m，d0.03m 求： （1）W豎放；（2）W水平 解： 查100oC，水，r2258kJ/kg 查98 oC，水，=960kg/m3，0.290cp，0.682W/mK（1） 設(shè)凝液為層流，則豎放時(shí) 驗(yàn)2000計(jì)算有效 （2） 水平放，仍設(shè)層流 驗(yàn)104由管外蒸汽冷凝 (2) qm2不變，u 即25. 試估計(jì)一列管式冷凝器，用水來(lái)冷凝常壓下的乙醇蒸氣。乙醇的流量為3000kg/h，冷水進(jìn)口溫度為30 oC，出

8、口溫度為40 oC。在常壓下乙醇的飽和溫度為78 oC，汽化潛熱為925kJ/kg。乙醇蒸氣冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)估計(jì)為1660 W/（m2oC）。設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）程數(shù)、總管數(shù)、管長(zhǎng)；（2）管子在花板上排列；（3）殼體內(nèi)徑。 解：熱負(fù)荷由于乙醇無(wú)腐蝕性可走殼程，水走管程，水的定性溫度查35 oC水， Pr4.87選用252.5mm的鋼管，選水的流速 取，根采用三角形排列，設(shè)等邊六角形層數(shù)為，則交點(diǎn)數(shù) 現(xiàn)取為6層，則，除去中間雙管的隔板位置13個(gè)交點(diǎn)，即可安置127-13114根管子，取管中心間距t32mm（取t1.25后園整得） 外殼內(nèi)經(jīng)D的計(jì)算： 取外層管中心間與殼壁的最小距離為距38mm（取t1.25后園整得） 管子長(zhǎng)度計(jì)算： 104