化工原理课后习题答案第4章传热习题解答.doc

习 题1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖1=1.3W/（mK）、绝热层2=0.18W/（mK）及普通砖3=0.93W/（mK）三层组成。炉膛壁内壁温度1100oC，普通砖层厚12cm，其外表面温度为50 oC。通过炉壁的热损失为1200W/m2，绝热材料的耐热温度为900 oC。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。已知：1=1.3W/mK，2=0.18W/mK，3=0.93W/mK，T11100 oC，T2900 oC，T450oC，12cm，q1200W/m2，Rc0求： ？解： 又 得： 习题1附图 习题2附图2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t2=300 oC，t3=50 oC。求内壁温度t1。设炉壁由单层均质材料组成。已知：T2=300oC，T3=50oC求： T1=？解： T1T33（T2T3） T12(T2T3)+T3=3(300-50)+50800 oC3. 直径为603mm的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又用100mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为110oC，绝热层外表面温度10oC。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（moC），试求每米管长的冷量损失量。解：圆筒壁的导热速率方程为 其中 r1=30mm，r2=60mm，r3=160mm所以 W/m负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。4. 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？解：设外层平均直径为dm,2，内层平均直径为dm,1，则 dm,2= 2dm,1 且 2=21由导热速率方程知 两层互换位置后 所以 即 互换位置后，单位管长热损失量增加，说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较适宜。5. 在长为3m，内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/（sm2）。苯在定性温度下的物性数据：=0.49mPas；=0.14 W/（mK）；cp=1.8kJ/（kgoC）。试求苯对管壁的对流传热系数。已知：L3m，d53mm，G=172 kg/（sm2），被加热苯物性，=0.49mPas，=0.14 W/（mK）；cp=1.8kJ/（kgoC）求： 解： Re 0.7 40 故可用Nu=0.023Re0.8Pr0.4公式 =330W/m2oC6. 在常压下用列管换热器将空气由200 oC冷却至120 oC，空气以3kg/s的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm，内径252.5mm钢管38根。求空气对管壁的对流传热系数。 已知：T1=200 oC，T2=120 oC，空气qm3kg/s走管外壳程，D=260mm，n38，d25mm 求： 解： 空气平均温度 查160 oC空气：0.815kg/m3，2.4510-5Pas，Pr0.682，0.0364W/mK 1047. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度tm=20oC，蒸汽管外壁温度tw=120oC，管外径为60mm。已知在定性温度70 oC下重油的物性数据：=900kg/m3；cp=1.88kJ/（kgoC）；=0.174 W/（moC）；运动黏度=210-3m2/s；=310-41/ oC。试问蒸汽对重油的热传递速率为多少，（单位为kW/m2 ）?已知：水平管加热外部重油，d60mm， tm=20oC，tw=120oC，70oC下，=900kg/m3； cp=1.88kJ/（kgoC）；=0.174 W/（moC），=210-3m2/s；=310-4/ oC。 求： q=? 解： 属大容积自然对流， 查教材可得：A0.54，b0.25 8. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（GrPr）=109。试问两管路单位时间、单位面积的热损失比值为多少？解：查表6-5，两者均在3区域，A=0.135， 9. 饱和温度为100oC的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置，管外壁的温度维持96 oC，试求：（1）每小时冷凝的蒸汽量；（2）又若将管子水平放，冷凝的蒸汽量又为多少？ 已知：ts100oC，tw96 oC，L3m，d0.03m 求： （1）W竖放；（2）W水平 解： 查100oC，水，r2258kJ/kg 查98 oC，水，=960kg/m3，0.290cp，0.682W/mK（1） 设凝液为层流，则竖放时 验2000计算有效 （2） 水平放，仍设层流 验104由管外蒸汽冷凝 (2) qm2不变，u 即25. 试估计一列管式冷凝器，用水来冷凝常压下的乙醇蒸气。乙醇的流量为3000kg/h，冷水进口温度为30 oC，出口温度为40 oC。在常压下乙醇的饱和温度为78 oC，汽化潜热为925kJ/kg。乙醇蒸气冷凝对流传热系数估计为1660 W/（m2oC）。设计内容：（1）程数、总管数、管长；（2）管子在花板上排列；（3）壳体内径。 解：热负荷由于乙醇无腐蚀性可走壳程，水走管程，水的定性温度查35 oC水， Pr4.87选用252.5mm的钢管，选水的流速 取，根采用三角形排列，设等边六角形层数为，则交点数 现取为6层，则，除去中间双管的隔板位置13个交点，即可安置127-13114根管子，取管中心间距t32mm（取t1.25后园整得） 外壳内经D的计算： 取外层管中心间与壳壁的最小距离为距38mm（取t1.25后园整得） 管子长度计算： 104 考虑水的垢层热阻，查教材，取（取河水的） 考虑乙醇蒸汽垢层热阻，查得 （以内表面为基准） ， 设计结果： （1）采用双管程，管子总数114根，长度3m，管子252.5； （2）管子按等边三角形排列，t32mm，管子为六层； （3）外壳的内径为460mm