化工原理答案 第四章 传热

第四章 传 热

热传导

【4-1】有一加热器,为了减少热损失,在加热器得平壁外表面,包一层热导率为0、16W/(m·℃)、厚度为300mm 得绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃,另测得距加热器平壁外表面250mm 处得温度为75℃,如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。

解

计算加热器平壁外表面温度,

【4-2】有一冷藏室,其保冷壁就是由30mm 厚得软木做成得。软木得热导率λ=0、043 W/(m·℃)。若外表面温度为28℃,内

表面温度为3℃,试计算单位表面积得冷量损失。

解 已知,

则单位表面积得冷量损失为

【4-3】用平板法测定材料得热导率,平板状材料得一侧用电热器加热,另一侧用冷水冷却,同时在板得两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体得表面积为0、02m 2,材料得厚度为0、02m 。现测得电流表得读数为2、8A,伏特计得读数为140V,两侧温度分别为280℃与100℃,试计算该材料得热导率。

解 根据已知做图 热传导得热量

【4-4】燃烧炉得平壁由下列三层材料构成:耐火砖层,热导率λ=1、05W/(m·℃),厚度;绝热砖层,热导率λ=0、151W/(m·℃);普通砖层,热导率λ=0、93W/(m·℃)。

耐火砖层内侧壁面温度为1000℃,绝热砖得耐热温度为940℃,普通砖得耐热温度为130℃。

(1) 根据砖得耐热温度确定砖与砖接触面得温度,然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm,试确定绝热砖层得厚度。

(2) 若普通砖层厚度为240mm,试计算普通砖层外表面温度。

解 (1)确定绝热层得厚度

温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层得热传

习题4-1附图

习题4-3附图

导计算热流密度q 。

绝热砖层厚度得计算

每块绝热砖得厚度为,取两块绝热砖得厚度为。 (2) 计算普通砖层得外侧壁温

先核算绝热砖层与普通砖层接触面处得温度

小于130℃,符合要求。

通过普通砖层得热传导,计算普通砖层得外侧壁温。

【4-5】有直径为得黄铜冷却管,假如管内生成厚度为1mm 得水垢,水垢得热导率λ=1、163W/(m·℃)。试计算水垢得热阻就是黄铜管热阻得多少倍[黄铜得热导率λ=110W/(m·℃)]。

解 因,因算术平均半径计算导热面积。管长用L 表示。黄铜管得热阻为

水垢得热阻为

倍

【4-6】某工厂用得无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途得热损失,在管外包两层绝热材料,第一层为厚30mm 得矿渣棉,其热导率为;第二层为厚30mm 得石棉灰,其热导率为。管内壁温度为300℃,保温层外表面温度为40℃。管路长50m 。试求该管路得

散热量。

解

【4-7】水蒸气管路外径为108mm,其表

面

习题4-4附图

习题4-5附图

包一层超细玻璃棉毡保温,其热导率随温度得变化关系为。水蒸气管路外表面温度为150℃,希望保温层外表面温度不超过50℃,且每米管路得热量损失不超过。试确定所需保温层厚度。

解 保温层厚度以b 表示

已知

解得保温层厚度为

保温层厚度应不小于13、3mm

对流传热

【4-8】冷却水在,长为2m 得钢管中以得流速通过。水温由15℃升至25℃。求管壁对水得对流传热系数。

解

水得平均温度

查得20℃时水得密度,黏度,热导率λ=59、9×10-2 W/(m·℃),普朗特数。 雷诺数 湍流

对流传热系数得计算,水被加热,Pr 得指数

=4367 W/(m 2·℃)

【4-9】空气以得流速通过得钢管,管长。空气入口温度为32℃,出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间得对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍,其她条件均不变,对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到得热量为,钢管内壁得平均温度为多少。

解 已知

(1)对流传热系数计算 空气得平均温度 查得空气在时得物性数据,

.,./(),./()p Pa s W m c kJ kg μλ--=⨯⋅=⨯⋅=⋅5219610 28310 1005℃℃

,空气被加热,Pr 得指数 雷诺数

湍流

对流传热系数

(2)空气流速增加一倍,对流传热系数为

(3)若空气从管壁得到得热量为,计算钢管内壁平均温度

用式计算钢管内壁得平均温度。

已知空气进出口平均温度

在第(1)项中已计算出对流传热系数

钢管内表面积为

钢管内壁平均温度

【4-10】温度为10℃、压力为101、3kPa得空气,以得流速在列管式换热器管间沿管长方向流动,空气出口温度为30℃。列管式换热器得外壳内径为190mm,其中装有37根得钢管,钢管长度为2m。试求钢管外表面对空气得对流传热系数。

解已知空气压力,温度,

空气得平均温度

查得空气在20℃得物性数据为:密度,比热容,热导率,黏度,普朗特数,空气被加热,Pr得指数

空气流动得截面积

湿润周边

当量直径

已知空气得流速

雷诺数湍流

对流传热系数

【4-11】有一套管式换热器,内管为,外管为得钢管,内管得传热管长为2m。质量流量为得甲苯在环隙中流动,进口温度为72℃,出口温度为38℃。试求甲苯对内管外表面得对流传热系数。

解

甲苯得温度,平均温度

甲苯在55℃得物性数据有:密度,比热容,热导率λ=0、128W/(m·℃),黏度

甲苯得质量流量

体积流量