化工原理(第四版)(王志魁)習(xí)題解4

1、第四章 傳 熱熱傳導(dǎo)【4-1】有一加熱器，為了減少熱損失，在加熱器的平壁外表面，包一層熱導(dǎo)率為0.16W/(m·)、厚度為300mm的絕熱材料。已測(cè)得絕熱層外表面溫度為30，另測(cè)得距加熱器平壁外表面250mm處的溫度為75，如習(xí)題4-1附圖所示。試求加熱器平壁外表面溫度。解 計(jì)算加熱器平壁外表面溫度，習(xí)題4-1附圖 【4-4】燃燒爐的平壁由下列三層材料構(gòu)成：耐火磚層，熱導(dǎo)率=1.05W/(m·)，厚度；絕熱磚層，熱導(dǎo)率=0.151W/(m·)；普通磚層，熱導(dǎo)率=0.93W/(m·)。耐火磚層內(nèi)側(cè)壁面溫度為1000，絕熱磚的耐熱溫度為940，普通磚的耐熱溫

2、度為130。(1) 根據(jù)磚的耐熱溫度確定磚與磚接觸面的溫度，然后計(jì)算絕熱磚層厚度。若每塊絕熱磚厚度為230mm，試確定絕熱磚層的厚度。(2) 若普通磚層厚度為240mm，試計(jì)算普通磚層外表面溫度。解 (1)確定絕熱層的厚度溫度分布如習(xí)題4-4附圖所示。通過耐火磚層的熱傳導(dǎo)計(jì)算熱流密度q。 習(xí)題4-4附圖絕熱磚層厚度的計(jì)算每塊絕熱磚的厚度為，取兩塊絕熱磚的厚度為。(2) 計(jì)算普通磚層的外側(cè)壁溫先核算絕熱磚層與普通磚層接觸面處的溫度小于130，符合要求。通過普通磚層的熱傳導(dǎo)，計(jì)算普通磚層的外側(cè)壁溫。【4-6】某工廠用的無(wú)縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在管外包兩層絕熱材料，第一層為厚30m

3、m的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為；第二層為厚30mm的石棉灰，其熱導(dǎo)率為。管內(nèi)壁溫度為300，保溫層外表面溫度為40。管路長(zhǎng)50m。試求該管路的散熱量。解 對(duì)流傳熱【4-8】冷卻水在，長(zhǎng)為2m的鋼管中以的流速通過。水溫由15升至25。求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。解 水的平均溫度 查得20時(shí)水的密度，黏度，熱導(dǎo)率=59.9×10-2 W/(m·)，普朗特?cái)?shù)。雷諾數(shù) 湍流對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算，水被加熱，Pr的指數(shù) =4367 W/(m2·)【4-9】空氣以的流速通過的鋼管，管長(zhǎng)。空氣入口溫度為32，出口溫度為68。(1)試計(jì)算空氣與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)。(2)如空氣流速增加一倍，其

4、他條件均不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又為多少？(3)若空氣從管壁得到的熱量為，鋼管內(nèi)壁的平均溫度為多少。解 已知(1)對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算空氣的平均溫度 查得空氣在時(shí)的物性數(shù)據(jù)，空氣被加熱，Pr的指數(shù)雷諾數(shù) 湍流對(duì)流傳熱系數(shù) (2)空氣流速增加一倍，對(duì)流傳熱系數(shù)為(3)若空氣從管壁得到的熱量為，計(jì)算鋼管內(nèi)壁平均溫度用式計(jì)算鋼管內(nèi)壁的平均溫度。已知空氣進(jìn)出口平均溫度 在第(1)項(xiàng)中已計(jì)算出對(duì)流傳熱系數(shù) 鋼管內(nèi)表面積為 鋼管內(nèi)壁平均溫度 【4-20】有一套管式換熱器，內(nèi)管為的鋼管，內(nèi)管中有質(zhì)量流量為的熱水，從90冷卻到60。環(huán)隙中冷卻水從20升到50?？倐鳠嵯禂?shù)。試求：(1)冷卻水用量；(2)并流流動(dòng)時(shí)的平均溫

5、度差及所需傳熱面積；(3)逆流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需傳熱面積。解 (1)冷卻水用量計(jì)算熱水平均溫度 冷水平均溫度 熱量衡算(2) 并流熱水 冷水 傳熱面積 (3) 逆流熱水 傳熱面積 【4-28】有一鋼制套管式換熱器，質(zhì)量流量為的苯在內(nèi)管中，從80冷卻到50。冷卻水在環(huán)隙中從15升到35。已知苯對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)為，管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)為。計(jì)算總傳熱系數(shù)時(shí)，忽略管壁熱阻，按平壁計(jì)算。試回答下列問題：(1)計(jì)算冷卻水消耗量；(2)計(jì)算并流流動(dòng)時(shí)所需傳熱面積；(3)如改變?yōu)槟媪髁鲃?dòng)，其他條件相同，所需傳熱面積將有何變化？解 總傳熱系數(shù)K的計(jì)算已知苯 熱負(fù)荷 (1) 冷卻水消耗量(2) 并流的傳熱面積A(3) 逆流時(shí)的傳熱面積A逆流與并流比較，由于逆流的溫度差較大，所以傳熱面積小了一些。熱輻射【4-32】外徑為50mm、長(zhǎng)為10m的氧化鋼管敷設(shè)在截面為200mm×200mm的紅磚砌的通道內(nèi)，鋼管外表面溫度為