第4章传热习题答案

1、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

2、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=

3、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/（

4、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：

5、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 ）

6、?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

7、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

8、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