第二章作業(yè)答案

1、第二章傳熱2-2平壁爐的爐壁由厚 120mm的耐火磚和厚240mm的普通科砌成。測得爐壁內(nèi)、外溫度分別為800c和120C。為減少熱損失，又在爐壁外加一石棉保溫層，其厚 60mm,導熱 系數(shù)為0.2 W-m-1 ：c-1,之后測得三種材質(zhì)界面溫度依次為 800C、680C、410c和60Co（1）問加石棉后熱損失減少多少？（2）求耐火醇和普通科的導熱系數(shù)。解：定常傳熱，在傳熱路徑上，傳熱速率處處相等；任兩層接觸面同一個溫度，說明接觸良好，無接觸熱阻-t3 q F410 -600.06=1167W m-0.2射1 qF800 -680 =11670.1211671,0.12 =1.1 6 7 m

2、- C800 -6808同理 ，2 = 11670.24 =1.0 3W mC680 -410加石棉前的熱損失800 -1200.120.241.167 1.037=2034W m 2/q -qq2034 -1167 .42.6%20342-3冷藏室的墻壁由兩層厚 15mm的杉木板之間夾一層軟木板構(gòu)成，杉木板和軟木板的導熱系數(shù)分別為0.107 W m-1 ：C-1和0.040 W m-1 ；C-1。冷藏室內(nèi)外壁分別為-12C和21C,若要求墻壁傳熱量不大于10 W-m-2,試計算墻壁中軟木板的最小厚度及軟木板的熱阻占總熱阻的分數(shù)。解：n 1021 -(-12)33qmaxI00.015b2.

3、minb2.min20.28040.1070.040.04b2 = 0.1208m 121mm0.12080.040.28040.12080.04= 91.5%2-4外徑為100mm的蒸汽管外包有一層厚 50mm , Z=0.06W m-1 -1的絕熱材料，問再 包多厚的石棉層（履0.1W -m-1 .c -1）,才能使保溫層內(nèi)、外溫度分別為 170c和30c時，熱 損失不大于60 W m-1o解:Q 2 二 & -t) 2 二(170-30)l 1, r21. r31 .0.101.%In In InIn 11220.060.050.10.10r3 = 0.136m = 136mm石棉層厚為

4、 136- 100 =36mm2-5蒸汽管外包扎兩層厚度相同的絕熱層，外層的平均直徑為內(nèi)層的 2倍，導熱系數(shù)為內(nèi)層的2倍。若兩層互換位置，其他條件不變，問每米管長熱損失改變多少？哪種材料放內(nèi)層好?解：設(shè)外層平均直徑dm,2,內(nèi)層平均直徑dm,1dm,2 = 2 d m,1-2 = 2 1Q：tb+11sm,11 2sm,2tbb+，1 二dm,1l 2,1二 2dm,1l兩種材料互換位置Q/. ：tb . b12 sm,2,-1sm,1tbb2 i 二dm,1l1 二 2dm,1lLt 二dm,1lbQ/lQl解：并流(243 -128)-(167-157).43CQ = KS t逆流Q/ =

5、KS：t243-128ln 167 -157= qm,hcp,h(T1-12)= qm,ccp,c (t2- t1)=qm,hcp,h(T1一丁2)= qm,cCp,c (t2- t1)tmTi -T2t2 -t1-tt二 tm437Ti -t；t2 -t1(Ti E) -9-tj _ (Ti -T2) -(t2 -t1)(Ti -t；) -(t2 -3) 一-t2)-(T； -3)(243 -167) -(157 -128)47(1)飛2 -.*(Ti -t2) -(T； -L)5 二二1.254互換位置后熱損失減少。 說明在其他條件相同時， 將導熱系數(shù)小的材料放在內(nèi)層好。2-12若石油精儲

6、的原料預熱器是套管換熱器，重油與原油并流流動，重油進、出口 溫度分別為243 C和167七，原油進、出口溫度分別為128七和157七?，F(xiàn)改為逆流操作,假設(shè)流體冷、熱流體的初溫和流量不變。由計算結(jié)果討論其傳熱推動力和終溫的變化情況。 的物性和總傳熱系數(shù)不變，并忽略熱損失。4T2 -t1ln47=1.093即Ti -t243 =2.98(T2/ -t1)t/ =2.98二 t2243 -t2 =2.98 (T2/ -128)(2)(3)=49.5 C由(1)式得 243 -167 _157-128 243 _丁2/t2 -128_(T1 -t2) -(T2/ -t1)2)和(3)聯(lián)立解得 t； =

7、161.4 CT； =155.4 C(243 -161.4) -(155.4 -128)243 -161.4In 155.4 -128可見，&m,逆A&m,并逆流傳熱推動力大，提高了原油的出口溫度，降低了重油的出口 溫度，熱量得到充分利用。2-13在傳熱面積為6m2的逆流換熱器中，流量為每小時 1900kg的正丁醇由90七冷 卻至50C, Cp = 2.98M103 Jk g-1 ：C-1。冷卻介質(zhì)為18七水，總傳熱系數(shù)為 230 W - m-2 -C -1 o 試求冷卻水的t2和每小時的消耗量。解：(1)求冷卻水出口溫度定性溫度90+502=70 CQ = kS. ：tmC190034Q =

8、qmhCph(T| -T2)2.98 1 03 (90 - 50)= 6.29 1 04W3600_ _4tm= 45.6 CQ 629 10KS - 230 6(90 -t2) -(50 -18)In 50-18= 45.6 C解得t2 = 27.5 C(2)冷卻水消耗量q m,cQ _6.29 104二： -3Cp,c(t2 t)4.187父10 (27.518)=1.58kg s=5.69 103kg h2-14在逆流換熱器中，用 20七的水將1.5kg s-1的苯由80七冷卻到30七。換熱器列 管直徑為025M2.5mm。水走管內(nèi)，水側(cè)和苯側(cè)的傳熱系數(shù)分別為0.85kW- m-2七-1

9、和1.7kW m-2 七-1,管壁的導熱系數(shù)為45 W m-1 .七-1,忽略污垢熱阻。若水的出口溫度為 50七。試求換熱器的傳熱面積 S。及冷卻水的消耗量 qm,c。操作條件下水的Cp = 4.174X103 J kg-1 -C-1, 苯白勺 Cp = 1.90 M103 J kg-1 ：C -1o解：Q=qm,h(T1 T2)=1.5M1.9M103M(8030)=1.425M105Wtm= 18.2 C(80 -50) -(30-20)1 80 -50 In30 -20二 472W m2251 0.0025 25 f-, -T T ,17004522.5 1700 20S0 =QK-=t

10、m1.4 25 1 054 7 2 1 82=1 65 9m2冷卻水消耗量qm,cCp,c(t2 -t1 )_ 51.425 1054.174 103(50 -20)=1.14kg s2-1520C、2.026x103Pa的空氣在套管換熱器內(nèi)管被加熱到85 Co內(nèi)管直徑057M3.5mm,長3m,當空氣流量為每小時 55m3時，求空氣對管壁的傳熱系數(shù)（空氣物性：0 c 時 P= 1.293kg m 3； 50 c 時 Cp= 1.017 父103 J kg-1 C -1 ,九二2.826父10-2 W m-1 ：C-1, 0 = 1.96義 105Pa s, Pr = 0.968）。解：定性溫

11、度 =20y85 = 52.5 C,近似取50c空氣的物性=1.293273273 502 2.186kg m-55- =7.785m s2Re0.05 7.785 2.1861.96 10-一 一 4= 4.34 10（湍流）u 二JI3600 0.0542.826 1024 0804-. 二0.023 (4.34 104)0.8 (0.986) =57.7W m/ C0.025L 3上=一一=12 0 60 不必校正2-16在列管換熱器內(nèi), 殼程沿軸向流動，出口溫度 外殼內(nèi)徑為190mm。管束由d 0.05用冷水冷卻甲烷氣，120c的常壓甲烷氣以10m s-1平均流速在30 C,水在管程流

12、動，其傳熱系數(shù)為0.85kW m-2蟲C-1。換熱器37根019M2mm的鋼管組成，忽略管壁及污垢熱阻，求總傳熱系數(shù)。已知 75 七下甲烷的 N = 1.15x10-5pa s, x = 0.0407 W m-1 ；C-1,Cp = 2.5父103 Jk g-1 -1。120 + 30解：定性溫度 =2一 = 75 C,甲烷的物性：=1.115M10-5Pa s,九=0.0407 W m-1 C-1, Cp = 2.5父103 J kg-1C-1：=PMRT21.013 102 16=0.56kg m8.314 (273 75)殼程當量直徑Redeu P-n-d24D 37d_ 2_20.19

13、 -37 0.0190.19 37 0.019= 0.0255 m0.0255 10 0.561.15 104= 1.242 104p”叱 J5 103 1.115 1050.0407= 0.7061 0 =0.023 de_ 0.8 _ 0.3-0.0407一4、0.80.3Re Pr =0.023(1.242 10 )(0.706)0.0255=62.3W m-1s-dodi 62.3 0.85 100.0193 - =0.01750.01521K =57.01W m2 C2-19 工藝上要求將絕對壓強為11206kPa、溫度為95C、流量為180kg h-1的過熱氨氣冷卻并冷凝至飽和溫度

14、30c的液態(tài)氨。現(xiàn)采用 15c的水為冷卻劑在換熱器中逆流操作。測得水的出口溫度為 27 Co試計算水的用量及兩流體間的平均溫度差。已知95c氨蒸氣的燃為1647kJkg-1, 30c氨蒸氣的烙為1467 kJ kg-1, 30c液氨的烙為323 kJ kg-1,忽略熱損失,1 -120c的水 cp = 4183 J kg- C。解：該傳熱過程應分為冷卻段和冷凝段。過熱氨蒸氣冷卻至飽和溫度的放熱速率為Q = 18_ (1647 -1467) 103 =9000W360030 c氨蒸氣冷凝過程放出的熱為Q =80- (1467 -323) 103 =57200W3600水吸收的總熱量Q = Qi

15、+ Q2 = 9000 + 57200 = 66200W水的定性溫度27 + 15=21 C近似取Cp =水的流量qm,c66200冷凝段冷卻段Cp(t2 -tl)4183 (27 -15)=1.319k s57200 = 1.319 4183 (t/-15) t/ = 25.4 Ctm二(30-15) - (30 - 25.4),30 -15in30-25.4(95-27) -(30 -25.4)=8.8 Cin受衛(wèi)30 -25.4= 24.17 C2-20室內(nèi)裝有兩根等長的簡易水平暖氣管， 管內(nèi)通以飽和蒸汽，暖氣通過自然對流 向室內(nèi)供暖。設(shè)大管直徑為小管直徑的 4倍。小管的(Gr Pr)1

16、09,且兩管間無相互影響，試 求兩管的供暖比值，并討論頂層樓房另加粗直管暖氣的作用。解：對于自然對流 Gr Pr工g td3：2 Cp2兩管子所處條件相同，式中只有管徑不同（ D = 4d）,其他參數(shù)相同a =0.13+（Gr Pr）：3 d=（1/D）m（d3）： =1兩管的3相同，K相同 11口小（1/d）M（d3）3Q = KS tmQ大 S大DL ,4Q小 S小 二dL頂層樓房散熱面大，加粗直管暖氣，加大供熱量。2-23 在套管換熱器內(nèi)以壓強為294kPa的飽和蒸汽冷凝將內(nèi)管中1.4kg s-1流量的氯苯從35c加熱到75C,現(xiàn)因故氯苯流率減小至0.4kg s-1,仍要求進、出口溫度不

17、變，若仍用原換熱器操作，應采取什么措施，以計算結(jié)果回答。已知換熱器內(nèi)管為038x2mm銅管，氯苯在兩種情況下均為湍流，設(shè)其物性常數(shù)不變，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)比氯苯傳熱系數(shù)大得多， 忽略污垢熱阻（飽和蒸汽 T = 110 C, Pv = 143.3kPa； T = 120 C, pV = 198.6kPa； T = 133 C,Pv = 294.0kPa)。解：原工況：Q = qm,cCp,c(t2 - tl) = KS&m(1)qm,c減小，使a氯苯減小，K減小，Q減小，則應使飽和蒸汽壓降低，以降低飽和蒸 汽溫度，保持氯苯出口溫度不變。(133 -35) -(133 -75)133 -35ln133 -75= 76.26 C新