热工过程与设备(第二三章)习题解答.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,10.,解：设为一维稳定导热。,已知,=10.6(W),，,=20mm=0.02m,，石棉板面积为,F=0.20.2=0.04m,2,，,t,1,=180,，,t,2,=30,。,据,=(t,1,-t,2,)F(,/,),，得：,石棉板的导热系数为：,=,/(t,1,-t,2,)F,=10.60.02/(180-30)0.04,=0.035(W/m),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,11.,解：查附录,4,可知，该耐火粘土砖的导热,系数与温度的关系为：,=0.698+0.6410,-3,t,m,又：,t,m,=(1200+40)/2=620,故，此温度区间的平均导热系数为：,=0.698+0.6410,-3,620=1.1,又据：,q=(,/,)(t,1,-t,2,),得通过该墙壁的热流密度为,：,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,Q=(,/,)(t,1,-t,2,)=(1.1/0.48)(1200-0),=2646(W/m,2,),因耐火砖内温度的分布呈线性关系，故距内,墙,0.12m,、,0.24m,、,0.36m,处的温度分别为：,1200-(1200-40)0.12/0.48=910,1200-(1200-40)0.24/0.48=620,1200-(1200-40)0.36/0.48=330,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,12.,解：,(1),计算各层的热阻,据：,R,t,=,/,，有：,R,t1,=,1,/,1,=0.23/1.29=0.1783,R,t2,=,2,/,2,=0.113/0.44=0.2568,R,t3,=,3,/,3,=0.24/0.58=0.4138,(2),计算通过该墙的热流密度,q=(1000-20)/(0.1783+0.2568+0.4138),=1154(W/m,2,),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,(3),计算界面温度,粘土砖与轻质粘土砖之间的界面温度为：,1000-11540.1783=794,轻质粘土砖与红砖之间的界面温度为：,794-11540.2568=498,(4),假设红砖与粘土砖的导热系数不变，在去,掉轻质粘土砖之后，欲使热损失不变，设这,时红砖的厚度应为,，据：,q=,t/,R,t,热工过程与设,备,(,第二章,),习题解答,有：,Q=(1000-20)/(0.23/1.29+,/0.58),由此可得：,=0.389m,即，此时红砖的厚度要,389mm,厚才行。,14.,解：,(1),计算直径,d,1,=150mm,，,d,2,=159mm,，,d,3,=169mm,，,d,4,=329mm,，,d,5,=339mm,。,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,(2),计算各层热阻,据：,R,t,l,=1/(2,),(d,2,/d,1,),已知,1,=45,，,2,=0.1,，,3,=0.09,，,4,=,0.12,，,代入数据，计算各层热阻，得：,R,t,l1,=1/(2,1,),(d,2,/d,1,)0,R,t,l2,=1/(2,2,),(d,3,/d,2,)=0.0971,R,t,l3,=1/(2,3,),(d,4,/d,3,)=1.1786,R,t,l3,=1/(2,4,),(d,5,/d,4,)=0.0397,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,(3),计算每米长的热损失,q,l,=(t,1,-t,5,)/(R,t,l1,+R,t,l2,+R,t,l3,+R,t,l4,),=(170-30)/(0+0.0971+1.1786+0.0397),=106(W/m),(4),计算保温层内的温度分布,t,2,=t,1,-,q,l,R,t,l1,=170-1060=170,t,3,=t,1,-,q,l,(R,t,l1,+R,t,l2,),=170-106(0+0.0971)=160,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,t,4,=t,1,-,q,l,(R,t,l1,+R,t,l2,+R,t,l3,),=170-106(0+0.0971+1.1786)=35,16.,解：,据公式：,Nu,m,=C Gr,Pr),m,n,取空气与壁面的平均温度为定性温度，即,t,m,=(30+140)/2=85,由此定性温度，查附录,1,，得：,=0.0309,，,=21.64,10,-6,(m,2,/s),，,Pr=0.691,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,定形尺寸为：,l=h=2.8m,。,根据：,Gr,=,g,t,l,3,/,2,得：,Gr,=9.81,1/(273+85),110,2.8,3,/(21.64,10,-6,),2,=14.13,10,10,以及：,Gr,Pr=14.13,10,10,0.699,=9.764,10,10,查表,2-1,，得：,C=0.1,，,n=1/3热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,故：,Nu,m,=C (,Gr,Pr),m,n,=0.1,(9.764,10,10,),1/3,=460.5,又据：,Nu=,l/,，有：,=Nu,/l,故：,=460.5,0.0309/2.8=5.082,由此可计算出通过该竖壁每平方壁面的自然,对流换热量，为：,q=,(,t,f,-,t,w,)=5.082,(140-30),=559(w/m,2,),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,19.,解：先确定是否为强制对流换热，即先求,Re,f,是否处在,10,4,1210,4,范围内。,由,t,f,=100,，查附录,1,，得：,=0.032123.13,10,-6,(m,2,/s),，,Pr=0.688,又据：,Re,f,=,ul/,，定形尺寸,l,取管径，得：,Re,f,=50.06/23.13,10,-6,=1.297,10,4,，故空,气在管内的流动为湍流。,据题意：因为是气体被冷却，故：,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,Nu,f,=0.023Re,f,0.8,Pr,f,0.4,即：,Nu,f,=0.023(12970),0.8,(0.688),0.4,=38.647,据：,Nu=,l/,，有：,=Nu,/l=38.6470.0321/0.06,=20.68,故热风与管壁之间的换热量为：,=,(,t,f,-t,w,),F,=,20.68(100-40),2,3.14,0.03,4,=,935,(W),l/d,=4/0.06=66.67,50,，故不需进行修正。,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,21.,解：,设温度为,20,的平壁叫,平面，温度为,600,的平壁叫,平面。,(1),据：,E=C(T/100),4,=,C,0,(T/100),4,，得：,两平壁的本身辐射分别为：,E,1,=,1,C,0,(T,1,/100),4,=0.85.67(273+20)/100,4,=334(W/m,2,),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,E,2,=,2,C,0,(T,2,/100),40.85.67(273+600)/100,4,=26347(W/m,2,),(2),它们之间的净辐射传热量为：,q,12,=(E,01,-E,02,)/(1/,1,)+(1/,2,)-1,=C,0,(T,1,/100),4,-(T,2,/100),4,/(1/,1,)+(1/,2,)-1,=5.67(273,+,600)/100,4,-,(273+20)/100,4,/1.5,=21677(W/m,2,),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,22.,解：,(1),据：,q,12,=(E,01,-E,02,)/(1/,1,)+(1/,2,)-1,=C,0,(T,1,/100),4,-(T,2,/100),4,/(1/,1,)+(1/,2,)-1,得：,q,12,=5.67(273+300)/100,4,-(273+,50)/100,4,/(1/0.85+1/0.85-1),=4062(W/m,2,),(2),当两板间置一黑度相同的遮热板，此时：,q,12,=q,12,/2=2031(W/m,2,),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,(3),当两板之间置一黑度为,0.228,的光泽镀锌铁,皮时，据：,q,12,=C,0,(T,1,/100),4,-(T,2,/100),4,/,(1/,1,)+(1/,2,)+2(1/,c,)-1,得：,q,12,=5.67(273+300)/100,4,-,(273+50)/100,4,/,(1/0.85)+(1/0.85)+2(1/,0.228,)-1,=602(W/m,2,),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,(4),当两板之间置一黑度为,0.04,的抛光铝箔,时，同样据：,q,12,=C,0,(T,1,/100),4,-(T,2,/100),4,/,(1/,1,)+(1/,2,)+2(1/,c,)-1,得：,q,12,=5.67(273+300)/100,4,-,(273+50)/100,4,/,(1/0.85)+(1/0.85)+2(1/,0.04,)-1,=109(W/m,2,),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,24.,解：对于气体的辐射，据：,E,g,=,g,(T/100),4,须先求出气体的黑度,g,。,设气体的总压为,10,5,(Pa),，对于管径为,0.5m,的,长管，据射线行程,s=0.9d,，则：,S=0.90.5=0.45,故：,P,co2,s=0.0890.45=0.04,，,P,H2O,s=0.10.45=0.045,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,气体的平均温度为：,T,g,=(1000+800)/2=900(1173K),根据气体平均温度，二氧化碳与水蒸汽的,P,CO2,s,和,P,H2O,s,数据，查图,2-45,和,2-47,，得：,CO2,0.085,，,H2O,0.065,故，气体的黑度为：,g,=,CO2,+,H2O,=0.085+0.065=0.15,由此，气体的辐射力为：,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,E,g,=,g,C,0,(T,g,/100),4,=0.155.67(1173/100),4,=16103(W/m2),即气体在该条件下辐射力为,16103(W/m,2,),。,26.,解：,(1),计算通过热风管每米长怕热损失,d,1,=1000mm=1m,，,1,=250mm=0.25m,，,1,=4.86,；,2,=10mm=0.01m,，,2,=194,；,3,=200mm=0.2m,，,3,=0.73,。,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,故：,d,1,=1m,，,d,2,=1.5m,，,d,3,=1.52m,，,d,4,=1.92m,，又已知：,t1,=26,，,t2,=6.94,，,t,g,=800,，,t,a,=15,。,据多层圆筒壁的综合换热公式：,q,l,=(,t,g,-t,a,)/1/(,d,内,t1,)+,(1/2,i,),(d,i+1,/d,i,)+1/(,d,外,t2,),将以上数据代入，经计算，得：通过热风管,道每米长的热损失为：,q,l,=7770(W/m),热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,(2),计算管壁界面温度耐火砖内壁温度,t,1,，为：,t,1,=,t,g,-q/(,d,1,t1,)=800-7770/(3.14126),=705,耐火砖外壁温度即钢管的,(,内外,),表面温度，,也是隔热层的内侧温度,t,2,，为：,t,2,=t,1,q,/,(2,1,),(d,i2,/d,1,),=705 7770,/(23.144.86),(1.5/1),=602,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,隔热层的外侧温度,t,3,，为：,t,3,=,t,a,+q,/,(,d,4,t2,),=15+7770/(3.141.926.94),=201,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,27.,解：,已知隧道窑某车位处窑墙外表面温度为,100,，外,界空气温度为,20,，外表面与空气间的总换热系,数为,14.54W,/,(m,2,),。,故该窑,墙的热流密度为：,q=,t/R,t,=(100-20)/(1/14.54)=1163(W/m,2,),设窑墙由三层材料构成：第一层采用硅砖，厚度,1,=460mm=0.46m,；第二层采用轻质硅砖，厚,度,2,=460mm=0.46m,；第三层采用红砖，厚度,3,=240mm=0.24m,。,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,红砖最高承受温度为,600,，设其内表面温度为,550,，且无接触热阻，则轻质硅砖的外表面温度,也为,550,；又设轻质硅砖的内表面温度(即硅砖的,内侧温度)为,1150,。,由此得,：,红砖的平均温度为：,(550+100),/,2=325,轻质硅砖的平均温度为：,(550+1150),/,2=850,硅砖的平均温度为,:,(1450+1150),/,2=1300,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,据材料的导热系数与温度的关系,(,附录,4),，该三种,材料的平均导热系数分别为：,硅砖：,0.815+0.75610,-3,t,=0.815+0.75610,-3,1300=1.8,轻质硅砖：,0.465+0.46510,-3,t,=0.465+0.46510,-3,850=0.86,红砖：,0.4650.5110,-3,t,=0.465+0.5110,-3,325=0.63,由此可计算出通过窑墙的热流密度：,q=,t,/,R,t,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,代入数据，得：,q=(1450-100)/,(0.46/1.8+0.46/0.86+0.24/0.63),=1152(W/m,2,),此计算结果与红砖外墙的对流与辐射传热量,(q=,1163),相差仅,0.95%,。,反算硅砖的内侧温度：,t=1450-11520.46/1.8=1156,此温度与原假定温度的相对误差为：,(1156-1150),/,1150=0.5%,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,再反算红砖的内侧温度：,t=100+11520.24/0.63=539,此计算温度与原假定温度的相对误差为：,(550-539),/,550=2%,也在误差允许范围内。,故计算结果可用，即隧道窑该车位窑墙的砌筑材,料可设计为三层材料构成：第一层为厚,460mm,的,硅砖，第二层为厚,460m,的轻质硅砖，第三层为厚,240mm,的红砖。,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,28.,解：,(1),求顺流与逆流时的对数平均温差,顺流时：,t=100-20=980,t=870-350=520,故此时的对数平均温差为：,t,m,=(,t-,t),/,(,t/,t),=(980-520),/,(980/520)=726,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,逆流时：,t=1000-350=650,t=870-20=850,故此时的对数平均温差为：,t,m,=(,t-,t),/,(,t/,t),=(650-850),/,(650/850)=746,(2),求换热面积,当要求换热量为,4.410,5,W,时，据,=K,t,m,F,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,得换热面积为：,F=,/,(K,t,m,),又已知换热器传热系数,K,为,25.56W/(m,2,),，,则顺流时需传热面积为：,F,1,=,/,(K,t,m,),=4.410,5,/(25.56726)=23.7113m,2,逆流时需传热面积为：,F,2,=,/,(K,t,m,),=4.410,5,/(25.56746)=23.0756m,2,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,第三章,7.,解：,根据空气干球温度,t=30,，湿球温度,t,w,=25,在,I-X,图上确定状态点,A,的位置，由此读出其,状态参数，湿含量,X=0.018,K,g/,K,g,干空气，,热含量,I=18,K,cal/,K,g,干空气，相对湿度,=,67%,，露点,t,d,p,23.5,，水蒸汽分压为,P,w,=,22mmHg,柱。,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,8.,解：,据：冷空气的干球温度,t=20,和相对湿度,=50%,，在,I-X,图上得其状态点,D,。,又据：热气体的干球温度,t,=,50,和相对湿度,=80%,，在,I-X,图上得另一状态点,E,，,联接,DE,，混合气体的状态点应在,DE,连线上。,设混合气体的状态点为,F,，因,n=,1,3,，故：,EF,/,FD=,1,3,由此可确定,F,点的位置,，,据此可得,F,点的状态,热工过程与设备,(,第二章,),习题解答,参数：湿含量,X=0.052(,K,g/,K,g,干空气,),，热含,量,I=42.5(,K,j/,K,g,干空气,),，干球温度,t=43.5,