化工原理課后習(xí)題答案第4章傳熱習(xí)題解答

化工原理課后習(xí)題答案第4章傳熱習(xí)題解答

習(xí)題1.如附圖所示。某工業(yè)爐的爐壁由耐火磚λ1=1.3W/（m·K）、絕熱層λ2=0.18W/（m·K）及普通磚λ3=0.93W/（m·K）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50oC。通過(guò)爐壁的熱損失為1200W/m2，絕熱材料的耐熱溫度為900oC。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：λ1=1.3W/m·K，λ2=0.18W/m·K，λ3=0.93W/m·K，T1＝1100oC，T2＝900oC，T4＝50oC，3δ＝12cm，q＝1200W/m2，Rc＝0求：1δ＝？2δ＝？解：∵δλTq?=∴1δ＝mqTT22.0120090011003.1211=-?=-λ又∵33224234332322λδλδδλδλ+-=-=-=TTTTTTq∴WKmqTT/579.093.012.01200509002334222?=--=--=λδλδ得：∴m10.018.0579.0579.022=?==λδ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)壁的溫度，在爐外壁及距外壁1/3厚度處設(shè)置熱電偶，測(cè)得t2=300oC，t3=50oC。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：∵δλδλ31323TTTTq-=-=∴T1－T3＝3（T2－T3）T1＝2(T2－T3)+T3=3×(300-50)+50＝800oC3.直徑為?60×3mm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0.07W/（m·oC），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()23212131ln1ln12rrrrttLQλλπ+-=其中r1=30mm，r2=60mm，r3=160mm所以()2560160ln07.013060ln043.01101002-=+--=πLQW/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(wèn)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λ2=2λ1由導(dǎo)熱速率方程知11111122114522λππλπλλλbLdtLdbLdbtSbSbtQmmmmm???=+?=+?=兩層互換位置后11111122λππλπλbLdtLdbLdbtQmmm??=+?='所以25.145=='='qqQQ即qq25.1='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/（s·m2）。苯在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：μ=0.49mPa·s；λ=0.14W/（m·K）；cp=1.8kJ/（kg·oC）。試求苯對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知：L＝3m，d＝53mm，G=172kg/（s·m2），被加熱苯物性，μ=0.49mPa·s，λ=0.14W/（m·K）；cp=1.8kJ/（kg·oC）求：α解：Re＝431086.11049.0172053.0?=??=-μdG>4103.614.01049.0108.1Pr33=???==-λμpc>0.76.56053.03==dL>40故可用Nu=0.023Re0.8Pr0.4公式4.08.044.08.03.6)1086.1(053.014.0023.0PrRe023.0????==dλα=330W/m2·oC6.在常壓下用列管換熱器將空氣由200oC冷卻至120oC，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?25×2.5mm鋼管38根。求空氣對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知：T1=200oC，T2=120oC，空氣qm＝3kg/s走管外殼程，D=260mm，n＝38，d＝25mm求：α解：空氣平均溫度CTTtm?=+=+=1602120200221查160oC空氣：ρ＝0.815kg/m3，μ＝2.45×10-5Pa·s，Pr＝0.682，λ＝0.0364W/m·KmndDndDdnDdnDSAde036.0025.03826.0025.03826.0)44(44222222=?+?-=+-=+-?==ππππsmkgAqGm?=?-?==222/1.87)025.03826.0(785.03331029.11045.21.87036.0Re?=??==-μdeG>104KmWd?=????==24.08.034.08.0/254682.0)1029.1(036.00364.0023.0PrRe023.0λα7.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70oC下重油的物性數(shù)據(jù)：ρ=900kg/m3；cp=1.88kJ/（kg·oC）；λ=0.174W/（m·oC）；運(yùn)動(dòng)黏度ν=2×10-3m2/s；β=3×10-41/oC。試問(wèn)蒸汽對(duì)重油的熱傳遞速率為多少，（單位為kW/m2）?已知：水平管加熱外部重油，d＝60mm，tm=20oC，tw=120oC，70oC下，ρ=900kg/m3；cp=1.88kJ/（kg·oC）；λ=0.174W/（m·oC），ν=2×10-3m2/s；β=3×10-4/oC。求：q=?解：屬大容積自然對(duì)流，9.15)102(06.0)20120(81.9103233423=??-???=?=--νβtdgGr4331094.1174.09001021088.1Pr?=????===-λρλμvccpp541009.31094.19.15Pr?=??=Gr查教材可得：A＝0.54，b＝0.25CmWGrdAb?=???==225.05/9.36)1009.3(060.0174.054.0Pr)(λα23/1069.3)20120(9.36)(mWttqmw?=-?=-=α8.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?chē)諝馍⑹崃?。已知大管的直徑為小管直徑?0倍，小管的（GrPr）=109。試問(wèn)兩管路單位時(shí)間、單位面積的熱損失比值為多少？解：∵3PrdGr∝?∴129323211101010Pr)()(Pr)(=?=?=?GrddGr查表6-5，兩者均在3區(qū)域，A=0.135，31=b∵bGrdqPr)(1?∝∴1)1010(10]Pr)(Pr)([3191213121122121=?=??==-GrGrddqqαα9.飽和溫度為100oC的水蒸氣在長(zhǎng)3m、外徑為0.03m的單根黃銅管表面上冷凝。銅管豎直放置，管外壁的溫度維持96oC，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：ts＝100oC，tw＝96oC，L＝3m，d＝0.03m求：（1）W豎放；（2）W水平解：查100oC，水，r＝2258kJ/kgCtttwsm?=+=+=982961002查98oC，水，ρ=960kg/m3，μ＝0.290cp，λ＝0.682W/m·K（1）設(shè)凝液為層流，則豎放時(shí)KmWtLgr??=?????????=234132/1042.713.1μλρα驗(yàn)5441022581029.0431042.744Re333=???????=?=-rtLμα2258403.014.331042.7333-?=??????=?==πα（2）水平放，仍設(shè)層流02.203.0364.064.04141=??????=?????='dLαα∴KmW??=??='243/1050.11042.702.2α∵α∞mq∴skgqqmm/1051.71072.302.233--?=??='='αα驗(yàn)5.3410