当前位置：文档之家 › 化工答案传热

化工答案传热

  • 格式：docx
  • 大小：176.44 KB
  • 文档页数：9

第六章传热习题热传导6-1. 如图所示，某工业炉的炉壁由耐火砖λ1= 1.3W/(m ·K)、绝热层λ2 = 0.18W/(m ·K)及普通砖λ3= 0.93W/(m ·K)三层组成。

炉膛壁内壁温度1100℃，普通砖层厚12cm, 其外表面温度为50℃。

通过炉壁的热损失为1200W/m 2, 绝热材料的耐热温度为900℃。

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。

解：()()()433332222111t t t t t t q -=-=-=δλδλδλ ()5012.093.012003-=t 1553=t ℃ 6-2. 如图所示，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 t 2=300℃, t 3 =50℃。

求内壁温度 t 1 。

设炉壁由单层均质材料组成。

解：()()322211t t t t q -=-=δλδλ8001=t ℃6-3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发，单位面积的蒸发速率为0.048kg/（m 2·s ），与液体交界的金属壁的温度为110℃。

时间久后，液体一侧的壁面上形成一层2mm 厚的污垢，污垢导热系数λ=0.65W/(m ·K)。

设垢层与液面交界处的温度仍为110℃，且蒸发速率需维持不变，求与垢层交界处的金属壁面的温度。

液体的汽化热r =2000kJ/kg 。

解：2kW/m 962000048.0=⨯=q38.4051=t ℃6-4. 为减少热损失，在外径Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层。

已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t (式中t 为℃)，蒸汽管外壁温度为 180℃，要求保温层外壁温度不超过 50℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在 1×10-4kg/(m ·s)以下，问保温层厚度应为多少？解：查180℃水蒸汽kJ/kg 3.2019=r126.0250180000198.0103.0=⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+=λW/(m ﹒℃) *6-5. 如图所示，用定态平壁导热以测定材料的导热系数。

将待测材料制成厚δ、直径120mm 的圆形平板，置于冷、热两表面之间。

热侧表面用电热器维持表面温度t 1=200℃。

冷侧表面用水夹套冷却，使表面温度维持在t 2 =80℃。

电加热器的功率为40.0W 。

由于安装不当，待测材料的两边各有一层0.1mm 的静止气2层λ气= 0.030W/(m ·K)，使测得的材料热导率λ′与真实值λ不同。

不计热损失，求测量的相对误差，即(λ′-λ)/ λ。

解：()21t t AQ -'=δλ ()Q t t A 21-='λδ*6-6. 通过中空球壁导热的热流量Q 可写成()m A tQ λδ∆=形式。

试证：21A A A m =(式中A 1、A 2 分别为球壁的内、外表面积。

)解：dr dt A Q q λ-==dt r Qdr λπ-=24定态传热Q 为恒值*6-7. 有一蒸汽管外径25mm ，管外包以两层保温材料，每层厚均为25mm 。

外层与内层保温材料的热导率之比为512=λλ，此时的热损失为Q 。

今将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变，则热损失为Q ′。

求Q ′/Q ，说明何种材料放在里层为好。

解：互换前：232121ln 1ln 12r r r r tl Q λλπ+∆=Q t l r r r r ∆=+πλλ2ln 1ln 1232121互换后：Q t l r r r r '∆=+πλλ2ln 1ln1231122依据计算可知热导率小的材料在里层热损失小。

对流给热6-8. 在长为3m ，内径为53mm 的管内加热苯溶液。

苯的质量流速为172kg/(s ·m 2)。

苯在定性温度下的物性数据如下：μ=0.49mPa ·s ；λ=0.14W/(m ·K)；C p =1.8kJ/(kg ·℃)。

试求苯对管壁的给热系数。

解：431086.11049.0053.0172⨯=⨯⨯==-μρud R e 加热苯溶液，b =0.4()31.3303.61086.1053.014.0023.0023.04.08.044.08.0=⨯⨯⨯⨯==r e P R d λα W/(m 2·K)6-9. 在常压下用列管换热器将空气由200℃冷却至120℃，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 ，内有Φ25×2.5mm 钢管38根。

求空气对管壁的给热系数。

解：空气定性温度为：1602120200221=+=+=T T T m ℃，查常压下160℃物性数据， ρ=0.815 kg/m 3；μ=2.45×10-5Pa ·s ；λ=3.637×10-2W/(m ·K)；c p =1.017kJ/(kg ·K)；P r =0.682()15.8738025.026.04322=⨯-⨯==πA q G m kg/(s ·m 2) 空气由200℃冷却至120℃，b =0.3()56.252682.01029.10362.010637.3023.0023.03.08.0523.08.0=⨯⨯⨯⨯⨯==-re ePR d λαW/(m 2·K)6-10. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度t m =20℃，蒸汽管外壁温度t w =120℃，管外径为60mm 。

已知在定性温度70℃下重油的物性数据如下：ρ=900kg/m 3；c p =1.88kJ/(kg ·℃)；λ=0.174W/(m ·℃)。

运动粘度ν=2×10-3 m 2 /s, β=3×10-4 K -1。

试问蒸汽对重油的热传递速率W/m 2为多少解：大容积自然对流：()br r u P G A N =查表得：A =0.54；b =0.25()()89.361008.306.0174.054.025.05=⨯⨯⨯==b r r P G lAλα W/(m 2·℃)()()36892012089.36=-⨯=-=m w t t q α W/m 26-11. 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(Gr ·Pr )=109。

试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少？解：大容积自然对流：()br r u P G A N =两管直径不同，与特征尺寸管径有关，3d G r ∝依据大管和小管Gr ·Pr 查表：A =0.135；b =1/3 冷凝给热6-12. 饱和温度为100℃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℃，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？解：（1）饱和温度为100℃的水蒸气，r =2258.4kJ/kg ，定性温度为98℃，查水：ρ=960kg/m 3；μ=0.290mPa ·s ；λ=0.682W/(m ·℃)。

()07.742296100300029.0682.022*******.996013.113.141324132=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=t L gr μλρα W/(m 2·K)()200096.54300029.0225840096100307.742244<=⨯-⨯⨯⨯=∆=μαr t L R eM ，为层流。

（2）将管子水平放置，特征尺寸为直径。

()60.150589610003.000029.0682.022*******.9960725.0725.0132132=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=t d gr μλρα W/(m 2·K)传热过程计算6-18. 热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为Φ25×2.5mm 钢管，热导率为45W/(m ·K)。

冷水在管内湍流流动，给热系数α1=2000W/(m 2·K)。

热气在环隙中湍流流动，α2 =50W/(m 2·K)。

不计垢层热阻，试求：(1)管壁热阻占总热阻的百分数；(2) 内管中冷水流速提高一倍，总传热系数有何变化？(3)环隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？解：(1) 以外表面为基准：0207.05012025ln 452025.020*******ln 212122112=+⨯+⨯=++=αλαd d d d d K m 2·K/ W31.48=K W/(m 2·K)51221020.62025ln 452025.0ln 2-⨯=⨯==d d d R λ m 2·K/ W 管壁热阻占总热阻的百分数：%30.00207.0102.65=⨯- (2) 内管中冷水流速提高一倍，20.34822000228.018.01=⨯=='αα W/(m 2·K)97.485012025ln 452025.0202.34822511ln 212122112=+⨯+⨯=++'='αλαd d d d d K W/(m 2·K)总传热系数变化很小。

(3)环隙中热气体流速提高一倍，06.8750228.028.02=⨯=='αα W/(m 2·K)15.8206.8712025ln 452025.020*******1ln 212122112=+⨯+⨯=++'='αλαd d d d d K W/(m 2·K)总传热系数变化很大。

提高K 值，应提高较小的α值。

6-19. Φ68×4mm 的无缝钢管，内通过0.2MPa(表压)的饱和蒸汽。

管外包30mm 厚的保温层λ=0.080W/(m ·K)，该管设置于温度为 20℃的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数α1=5000W/(m 2·K)，保温层外表面与大气的给热系数α2=10W/(m 2·K)。

求蒸汽流经每米管长的冷凝量及保温层外表面的温度。

解：忽略管壁热阻，以保温层外表面为基准：65.110168128ln 08.02128.060500012811ln 212122112=+⨯+⨯=++=αλαd d d d d K W /(m 2·K)查0.2MPa(表压)的饱和蒸汽，温度T =134℃，r =2168.3kJ/kg()()60.7520134128.014.365.12=-⨯⨯⨯=-=t T d K LQπW/m 8.38=w t ℃6-20. 外径1.2m 的球形贮罐内放-196℃的液氮，罐外覆以λ=0.02W/(m ·K)的绝热材料以减少向大气的冷量损失。

合集下载

化工原理--传热习题及答案

化工原理--传热习题及答案

传热习题及答案一、选择题：1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）CA 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值；B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异；C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D 、要提高K 值，应从降低最大热阻着手；2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。

Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、ＦＡ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体；Ｄ、腐蚀性流体； Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体；3、影响对流传热系数的因素有( )。

A 、B 、C 、D 、EA 、产生对流的原因；B 、流体的流动状况；C 、流体的物性；D 、流体有无相变；E 、壁面的几何因素；4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是：AA 、不可行的；B 、可行的；C 、可能行，也可能不行；D 、视具体情况而定；解：原因是：流量不变 2d u =常数当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u d d α∝=b. d 增大时，α增大，d α∝综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降根据()21p mc t t KA-=m Δt 对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-∆≈-- 即 121ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓⇒ 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。

根据连续性方程，流量不变时，24V d u π==常数，所以管径变化，管内流速也发生变化。

管间用饱和水蒸气加热，热阻小，可以忽略不计，总热阻近似等于管内传热热阻，即K α≈5、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。

化工原理传热复习题答案

化工原理传热复习题答案

化工原理传热复习题答案一、选择题1. 热传导的基本原理是（）。

A. 热对流B. 热辐射C. 热传导D. 热交换答案：C2. 在稳态条件下，一维热传导的傅里叶定律表达式为（）。

A. \( q = -k \frac{dT}{dx} \)B. \( q = k \frac{dT}{dx} \)C. \( q = -k \frac{dT}{dy} \)D. \( q = k \frac{dT}{dy} \)答案：A3. 热对流的换热系数h与流体的（）有关。

A. 密度B. 粘度C. 速度D. 以上都是答案：D4. 热辐射的强度与物体表面的（）成正比。

A. 温度B. 表面积C. 颜色D. 材料答案：A二、填空题1. 热传导的三种基本方式是导热、______和辐射。

答案：对流2. 根据牛顿冷却定律，物体表面与周围环境的温差越大，冷却速率______。

答案：越大3. 换热器的两种基本类型是______和壳管式。

答案：管壳式4. 热交换效率是指实际换热量与理论换热量之比，通常用希腊字母______表示。

答案：ε三、简答题1. 简述热传导的基本原理。

答案：热传导是热量通过物质内部分子或原子的振动和碰撞传递的过程，不需要物质的宏观运动。

2. 描述热对流换热系数h的影响因素。

答案：热对流换热系数h受流体的物理性质（如密度、比热容、粘度等）、流动状态（层流或湍流）、流体速度、温度差以及换热面的特性等因素的影响。

3. 说明热辐射的特点。

答案：热辐射是一种不需要介质的热传递方式，其传递速度等于光速，且辐射强度与物体表面的温度的四次方成正比。

四、计算题1. 已知一物体在室温25°C的条件下，通过热传导的方式每小时损失的热量为500W，求该物体的热传导系数k。

答案：根据傅里叶定律，\( q = -k \frac{dT}{dx} \)，其中q为热流密度，dT为温差，dx为物体的厚度。

由于题目未给出物体的厚度和温差，无法直接计算k值，需要更多信息。

化工原理答案 第四章 传热

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，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。

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 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。

试求加热器平壁外表面温度。

解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。

软木的热导率λ= W/(m·℃)。

若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。

解 已知.(),.123℃,　28℃,　=0043／℃　003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。

若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。

现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。

解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。

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

(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。

若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。

化工基础 第6章 传热试题含答案

化工基础 第6章 传热试题含答案

1 第6章传热一、填空1 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。

2 热传导的基本定律是傅立叶定律。

间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻大大、小一侧的值。

间壁换热器管壁温度tW接近于值大(大、小)一侧的流体温度。

由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈小则该壁面的热阻愈大大、小其两侧的温差愈大( 大、小)。

3由多层等厚平壁构成的导热壁面中所用材料的导热系数愈大则该壁面的热阻愈小其两侧的温差愈小。

4在无相变的对流传热过程中热阻主要集中在滞离层内或热边界层内减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。

5 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积增强流体的湍动程度以提高传热系数。

6 厚度不同的三种材料构成三层平壁各层接触良好已知b1＞b2＞b3导热系数λ1＜λ2＜λ3在稳定传热过程中各层的热阻R1 ＞R2 ＞R3各层导热速率Q1= Q2 =Q3。

7 物体辐射能力的大小与黑度成正比还与温度的四次方成正比。

8 写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。

9 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。

实际操作应控制在泡核沸腾。

在这一阶段内传热系数随着温度差的增加而增加。

10 传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。

热传导的基本定律是傅立叶定律。

11 水在管内作湍流流动若使流速提高到原来的2倍则其对流传热系数约为原来的1.74倍管径改为原来的1/2而流量相同则其对流传热系数约 2 为原来的3.48倍。

设条件改变后仍在湍流范围12 导热系数的单位为W/m·℃对流传热系数的单位为W/m2·℃总传热系数的单位为W/m2·℃。

二、选择1 已知当温度为T时耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力则铝的黑度D耐火砖的黑度。