化工原理課后習(xí)題(第四章)

第4章傳熱4-1、燃燒爐的平壁由下列三種材料構(gòu)成:耐火磚的熱導(dǎo)率為厚度；絕熱磚的熱導(dǎo)率為；普通磚的熱導(dǎo)率為。若耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為,耐火磚與絕熱磚接觸面最高溫度為,絕熱磚與普通磚間的最高溫度不超過(假設(shè)每兩種磚之間接觸良好界面上的溫度相等)。試求：（1）絕熱磚的厚度。絕熱磚的尺寸為：;(2)普通磚外測的溫度。普通磚的尺寸為：。(答：⑴；⑵)解：⑴第一層：第二層：因?yàn)榻^熱磚尺寸厚度為，故絕熱磚層厚度取，校核：；⑵。4-2、某工廠用的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在管外包兩層絕熱材料：第一層為厚的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為;第二層為厚的石棉灰，其熱導(dǎo)率為。管內(nèi)壁溫度為，保溫層外表面溫度為。管道長。試求該管道的散熱量。無縫鋼管熱導(dǎo)率為（答：）解：已知：，查表得：其中：，，，。4-3、冷卻水在，長為的鋼管中以的流速通過。水溫由升至。求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。(答：)解：設(shè)為湍流水的定性溫度，查表得：，，，，，，，與假設(shè)相符，，。4-4、空氣以的流速通過一的鋼管，管長?？諝馊肟跍囟葹?，出口為。試計(jì)算空氣與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)。如空氣流速增加一倍。其它條件不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又為多少？（答：，）解：設(shè)為湍流空氣的定性溫度，查表得：，，，，，，，與假設(shè)相符，；⑴管內(nèi)流速增加一倍，即，因?yàn)槭峭牧髑闆r下的換熱，故：，，，；⑵管外流速增加一倍，即，因?yàn)槭峭牧髑闆r下的換熱，故：，，，。4-9、有一套管式換熱器，內(nèi)管為，外管為的鋼管。內(nèi)管中苯被加熱，苯進(jìn)口溫度為，出口為。流量為。套管中為的飽和水蒸氣冷凝，冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)為。已知管內(nèi)壁的垢阻為，管壁及管外側(cè)熱阻均可不計(jì)。苯的密度為。試求：（1）加熱水蒸氣用量；（2）管壁對(duì)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)；（3）完成上述處理所需套管的有效長度。(答：（1）；（2）；（3）)解：苯的定性溫度，查表得：，，，，下：飽和水蒸氣的飽和溫度，汽化熱；⑴；⑵設(shè)為湍流，與假設(shè)相符，，；⑶，，，，，4-10、空氣在預(yù)熱器內(nèi)從加熱至，的飽和蒸汽在管外冷凝，若保持空氣進(jìn)出口溫度不變，而將預(yù)熱器內(nèi)的空氣流量增加，而預(yù)熱器不更換。試通過定量計(jì)算來說明采用什么措施來完成新的生產(chǎn)任務(wù)？假定空氣在管內(nèi)做湍流流動(dòng)，且總傳熱系數(shù)約等于空氣一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。（答：管徑縮小為原來管徑的倍；管長增加為原來管長的倍；將加熱蒸氣的溫度升為）解：故，根據(jù)，且，故可從以下三方面著手提高生產(chǎn)能力：⑴增大值，即提高值，物性不變：，而可減小，而，不變，而，，，即管徑縮小為原來管徑的倍；⑵增大：由，故，因管徑不變，也不變，且，，而，，即管長增加為原來管長的倍；⑶提高：由于，不變，故只能升高加熱蒸氣的溫度，此時(shí)不改變，，，，，，即，，，即將加熱蒸氣的溫度升為。4-11、在列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱原料油，溫度為的飽和蒸汽在殼程冷凝，原料油在管程流動(dòng)并由加熱到。操作溫度下油的密度為，油在管中的平均流速為，換熱器熱負(fù)荷為。列管換熱器共有根的管子，管長為。若已知蒸汽冷凝系數(shù)為，油側(cè)污垢熱阻為，管壁和蒸汽側(cè)污垢熱阻可忽略。試求管內(nèi)油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為多少？若油側(cè)流速增加一倍，此時(shí)總傳熱系數(shù)為原來的倍，試求油的出口溫度，設(shè)油的物性常數(shù)不變。（答：）解：⑴，基于管內(nèi)表面總傳熱系數(shù)：，