食工習(xí)題解(傳熱)

第四章習(xí)題部分答案4-2焚燒爐的平面壁是由一層耐火磚與一層一般磚所砌成，兩層的厚度均為100mm，操作穩(wěn)固后測(cè)得耐火磚內(nèi)壁表面溫度為700℃，一般磚外壁表面溫度為130℃，已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)1為(m?K)，一般磚的導(dǎo)熱系數(shù)2為(m?K)，問(wèn)耐火磚與一般磚的接觸面的溫度是多少解：Qqt1t2t1t37001302036W/m2Sb1b2b1b20.10.112120.930.58t220360.10.93t24810C4-3某蒸汽管道外包有兩層熱導(dǎo)率不一樣而厚度同樣的保溫層。設(shè)外層的均勻直徑（按對(duì)數(shù)均勻值計(jì)）為內(nèi)層的2倍，其熱導(dǎo)率也為內(nèi)層的2倍。若將兩保溫層對(duì)換，其余條件不變，問(wèn)每米管長(zhǎng)的熱損失將改變多少解：設(shè)外層均勻直徑為dm2，內(nèi)層均勻直徑為dm1，則：dm2=2dm1且2=21由導(dǎo)熱速率方程知：Qttt41dm1Lbbbbbb5b1Sm12Sm21dm1L2dm2L1dm1L212dm1L兩層后保溫資料對(duì)換后：Qtt1dm1Lbbbbb2Sm11Sm221dm1L12dm1LQ5Q1.254保溫資料交換地點(diǎn)后，單位管長(zhǎng)熱損失量增添，說(shuō)明為了減小熱損失，熱導(dǎo)率小的資料放在內(nèi)層較適合。4-4某蒸汽管道的外徑為219mm，表面面溫度為120℃。管道外包一層厚100mm的保溫層，保溫層表面溫度為30℃。保溫資料的熱導(dǎo)率可用：=+表示。試求：（1）單位長(zhǎng)度管長(zhǎng)的熱損失；（2）若按均勻溫度計(jì)算熱導(dǎo)率，求保溫層內(nèi)的溫度散布。解：（1）=-2rLd/drr1=m，1=120℃，r2=，2=30℃。Qttt分別變量積分得：Q0.2095dr300.0008t)dtL0.1095r2π(0.52120(/)×/=mQLQL（2）tm=(120+30)/2=75℃m=+×75=ln(r/r)=ln=21′/L=2(1-t2)m/ln(r2/r1)=2××(120-30)×=mQt2××(120-t)×ln(r/=mt=從此題可得出：作為變量與看作在必定溫度范圍內(nèi)的均勻值（即常數(shù)）計(jì)算的傳熱速率（導(dǎo)熱速率或熱損失）大概相等。所以在工程上計(jì)算傳熱速率時(shí)一般將看作常數(shù)。4-5水以m/s的流速在長(zhǎng)為3m，直徑為27mm×的管內(nèi)從20℃被加熱到40℃。試求水與管壁之間的對(duì)流傳熱系數(shù)。假如將水的流速提升到s，并近似假定水的熱力性質(zhì)不變，水與管壁之間的對(duì)流傳熱系數(shù)大概又是多少解：（1）tm=30℃=，3pRe=dub/=××=41011>104=m，c=，=Pr=cp/=×103××10-3/=Nu==Nu×/d=×=6217W/2）′==8446W/4-6在套管換熱器中將水從25℃加熱至80℃，水在內(nèi)管中流動(dòng)，水與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)為2000W/。若改為加熱同樣流量的大豆油，試求對(duì)流傳熱系數(shù)。設(shè)兩種狀況下賤體均呈湍流流動(dòng)，兩流體在定性溫度下的物性：流體-3cp/kJkg-1-1-1-1kgmKWmK水1000豆油892解：油=(/d)(du)(cp)()w水=(/d)(du)(cp)∵d、u不變，兩種狀況下之比為：油/水=(1/2)(12/12)(cp)(w)(cp)=×(15/65)×[892×(1000×]×××××=×××××=∴油=2000×=4-13

在果汁預(yù)熱器中，參加換熱的熱水入口溫度為

98℃，出口溫度為

75℃。果汁的入口溫度為

5℃，出口溫度為

65℃。求兩種流體順?biāo)湍媪鲿r(shí)的均勻溫度差，

并將二者作比較。解：（1）逆流時(shí)

t1=T1-t2=98-65=33℃

t2=T2-t1=75-5=70℃∴tm=(

t1-

t2)/[ln(

t1/

t2)]=(33-70)/[ln(33/70)]=

℃（2）順?biāo)畷r(shí)

t1=T1-t1=98-5=93℃

t2=T2-t2=75-65=10℃∴tm=(93-10)/[ln(

t1/

t2)]=

℃4-15

某列管式換熱器的傳熱面積為

60m2（近似以為換熱管的內(nèi)表面面積相等）

，用

80℃的飽和水蒸汽每小時(shí)將

60噸的糖汁從

25℃升溫到

50℃，若糖汁的比熱容

cp為，問(wèn)：換熱器的總傳熱系數(shù)是多少若運(yùn)轉(zhuǎn)了一段時(shí)間以后，管程壁面上產(chǎn)生了污垢，使總傳熱系數(shù)降落為500W/，問(wèn)這時(shí)污垢的熱阻Rf=b/λ的數(shù)值是多少解：（1）QWcpc(t2t)6000041000(5025)1.667106Wc13600tm(8025)(8050)41.24oCK=Q/Stm=×106/(60×=ln802580502）Rf=b/=1/K′-1/K=1/500-1/=×W4-16牛奶在32mm×的不銹鋼管中流過(guò)，外面用蒸汽加熱。不銹鋼的熱導(dǎo)率為，管內(nèi)牛奶的對(duì)流傳熱系數(shù)為500W/，管外蒸汽的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為8000W/。試求總熱阻和傳熱系數(shù)K。如管內(nèi)有的有機(jī)污垢層，其導(dǎo)熱系數(shù)為，求熱阻增添的百分?jǐn)?shù)。解：以管外壁為基準(zhǔn)，總阻力：1/K=d/id+bd/d+1/=32/(500×25)+×32/×+1/8000=Wooiomo總傳熱系數(shù)Ko=若管內(nèi)有的有機(jī)垢層，則污垢熱阻為：Rf=1/K′o=1/Ko+×32/×25)=W熱阻增添的百分?jǐn)?shù)為：或：×32/×25)/=%4-17一列管換熱器由40根25mm×的管子構(gòu)成。用飽和蒸汽加熱糖汁，溶液在管內(nèi)流動(dòng)，已知蒸汽冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)為10000W/，管內(nèi)糖汁的對(duì)流傳熱系數(shù)為2000W/，忽視管壁及污垢熱阻，求鑒于表面面的傳熱系數(shù)。若采納舉措使：（1）冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)增添20%；（2）管內(nèi)糖汁對(duì)流傳熱系數(shù)增添20%。求兩種狀況下總傳熱系數(shù)分別增添多少解：11do1257.25104m2K/WKooidi10000200020Ko=1379W/（1）當(dāng)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增添20%，即o′=12000W/，11do125K′o=1412W/Koidi12000200020o(K′-K)/K=[(1412-1379)/1379]×100%=%ooo（2）管內(nèi)糖汁表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增添20%，即i′=2400W/，11do125″2Koidi100002400201611W/mKo(K″-K)/K=[(1611-1379)/1379]×100%=%ooo由計(jì)算可知，增添熱阻較大側(cè)流體的，能有效地提升Ko。4-18一單程列管換熱器由25根19mm×2mm，長(zhǎng)4m的管子構(gòu)成。溫度為120℃的飽和蒸汽在殼側(cè)冷凝（冷凝液為飽和液體），以加熱管內(nèi)的植物油，將油從20℃加熱至85℃，若換熱器的傳熱負(fù)荷為125kW，蒸汽冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)為10000W/，油側(cè)垢層熱阻為，管壁熱阻和蒸汽側(cè)垢層熱阻可忽視，試求管內(nèi)油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)。若將油的流速加倍，此時(shí)換熱器的總傳熱系數(shù)為本來(lái)的倍，油的物性不變，試求油的出口溫度。解：（1）t1=120-20=100℃t2=120-85=35℃tmt1t210035oSi=25××4=t110061.92Clnlnt235i=/itm=125000/×=KQS11diRsi1150.00051Kiodo1000019428.6ii解得i=570W/2）Ki′==×=750W/，Wc′=2WcQ′=Wc′cpc(t2′-t1)=2Wccpc(t2′-20)Q=Wccpc(t2-t1)=Wccpc(85-20)=125000WWc=125000/(85-20)=125000/65cpcQ2125000(t220)250000(t220)<a>6565Q′=Ki′Sitm′tm(12020)(120t2)ln12020120t2Q7504.71t220<b>100lnt2120聯(lián)立<a>和<b>：ln1007504.71650.91845t2250000120100/(120-t2′)=t2′=℃注：此題宜用內(nèi)表面作基準(zhǔn)]4-21水在列管式換熱器的管內(nèi)被加熱，設(shè)Re>104。若忽視物性變化，試估量以下?tīng)顩r下對(duì)流傳熱系數(shù)的變化：（1）管徑不變，流量加倍；（2）管徑減為本來(lái)的一半，流量不變；（3）管徑、流量均不