第二章传热习题答案

1、【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm厚的松木，中层为软木层，夕卜层为51 mm厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 C，混凝土外壁面温度为29.4 C。松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151,0.043 3,0.762 W/（m K）,要求该冷藏室的热损失为15W/m2。求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。解：三层平壁的导热。1）所需软木的厚度b2(1)(1).29.4+17.815 =0.0 5 1 b20.01 9一0.762 0.0 433 0.1 5 1解得：b 0.128m2）松木和软木接触面处的温度 T3T317.8由 q =15 =0.0190.151解得

2、：T3 - -15.9 c解题要点：多层平壁热传导的应用。【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率入=0.103+0.000 198 T（式中T为C ）,蒸汽管外壁温度为180 C，要求保温层外壁温度不 超过50 C ,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1 x 10-4 kg/（ms）以下，问保温层厚度应为多少？（计算时可假定蒸汽在 180 C下冷凝）。解：保温层平均热导率为：/180+50 =0.103 1.98 100.126W /（m.K）由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。由q牛（TfLn(2

3、)A得:(1)(1)Q _ 2 二：(T1 - T?)L Ln®A(1)1式中：43Q Wr 1 10-2019.3 10201.9W/mLL1201.92 二 0.126 (180 -50)将其及其它已知数据代入式(1)得:115(0.075)解得：r2 = 0.125m.壁厚、.=0.125 -0.075 = 0.05m = 50mm解题要点：单层圆筒壁热传导的应用。【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175 C,面包表面的黑度为 0.85,表面温度为100 °C，表面积为0.064 5 m2,炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射 传递的热量。解：

4、两物体构成封闭空间，且S： S2，由下式计算辐射传热量：44Q12 = 0 ；1S1 (-丁2 )844= 5.67 100.85 0.0645 (3734 -4484) - -65.0W负号表示炉壁向面包传递热量。解题要点：辐射传热的应用，两个灰体构成的封闭空间。【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 C的水将1.25 kg/s的液体比热容为1.9 kJ/(kg K)、 密度为850 kg/m3由80 C冷却到30 C。换热器的列管直径为 25 mm X 2.5 mm,水走管内。 水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/ ( m2 - K )和1 700W/ ( m2 - K),污垢热

5、阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 C,求水的流量和换热器的传热面积。解：传热量为Q - Whcph (Th1 -Th2)= 1.25 1.9 103 (80-30)=118.75 103W又 Q =WcCpc(Tc2 -J)WcCpc (Tc2 _ Tc1 )118.75 1034.187 103 (50-20)=0.9454kg /s即冷水流量为0.9454kg/s。取管壁的热导率 =45W/(m.K)，则有Ko1：OLn(d°)dido 1di : i125 10n(25)25117002 452020 8502= 471.5W/(m .K)传热面积由下式计算:So =QKo

6、Tm(1)热流体：80 、30 C冷流体：50 -20 C二T| = 30 C lT2 =10C30-10Ln(汀1T2Ln 30= 18.2 C10将已知值代入式（1）,得:S 118.75 1013.8m2471.5 18.2解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用【2-11】在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为160 C的饱和蒸汽在壳程冷凝，冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动，并由20 C加热到106 C。列管换热器尺寸为：列管直径为 19 mm X 2 mm、管长为4 m ,共有25根管子。若换热器的传热量 为125 kW，蒸汽冷凝传热系数为 7 000 W/

7、 （ m2 K），油侧污垢热阻为 0.000 5 m 2 K/W,管 壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略，求管内油侧对流传热系数。又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍,求油的出口温度。假设油的物性不变。解：（1）管内油侧的对流传热系数对数平均温差：水蒸汽：160 > 160 C食用油：106- 20 C=54 CT2 -140 C.汀-.汀2汀mTT1.Ln().T254-14090.3 C54Ln()140传热面积:2SO =n 二dO L =25： c : 0.019 4= 5.966m总传热系数:Ko125 103Q& =Tm5.966 90.3= 2

8、32.0W/(m2.K)Ko11 do 1 d。 r 0-Rsidi : i di:o1"119190.0005 7000 15：15二 232.0W/(m2.K)解得:i= 358.4W/(m2.K)(2)油的流速加倍后的出口温度WcCpc(Tc2 -Tci) = KOSO亿Us讥）得:KoSoT s T c1Ln(企)Ts Tc2I s I c1Ln(c1)Ts讥KoSoVc c pcKOSO)(叫)WcWcCpcTs 1 Tc1Ln(-)二Ts -Tc2WcCpc160 -20Ln(J= 1.75 - = 0.8752160160 -20Ln()160 -106解得：Tc2 =

9、99.2 C解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用【2-12】在列管换热器中用冷水冷却油。水在直径为19 mmx 2 mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为 3 490 W/ ( m K),管外油侧对流传热系数为258 W/(m2 K)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.000 26 m 2 K/W,油侧污垢热阻为 0.000 176 m 2 K/W。管壁的热导率为 45 W/( m- K)。求：(1)基于管 外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。解：以外表面为基准。(1)基于管外表面的总传热系数KO产生污垢前的总热阻：1rnrnr

10、oRoLn()Go扎riGJi119 1019192Ln()4.29 10 m2.K/W2582 451515 34901 1 2KO3 =233W /(m2.K)Ro4.29X0(2)产生污垢后热阻增加的百分数R%= 4.29 100.0001760.000264.79 10 m .K/W15'rORo = RoRsORsi ri1932Ro - Ro产生污垢后的总热阻：R%Ro4 79 4 29100% =11.7%4.29解题要点：传热系数的计算。【2-13】在套管换热器中采用并流的方式用水冷却油。水的进、出口温度分别为15 C和40 C,油的进、出口温度分别为150 C和100

11、 C。现因生产任务要求油的出口温度降至80 C,假设油和水的流量、 进口温度及物性均不变，且仍为并流，换热器除管长外，其他尺寸不变，若原换热器的管长为 1m，求现在需要的管长。设换热器的热损失可忽略。解：热量衡算(忽略热损失)：情况改变前：Q 二WhCph(150-100) =WcCpC(40-15)(1)情况改变后：Q'二WhCph(150-80) =WcCpcCTc2 -15)(2)(2) / (1),得:Tc2 T5 _ 1508040 -15150 -100解得：Tc2 -50 C情况改变前:热油：150； 100 5冷水：15 > 40 5爲朋瘁5：T/60情况改变后:热油：150 -； 80 5冷水：15 > 50 5二 Ti = 135 5 二 T? = 30 5- I 135-30汀m1-69.8 cT,135Ln(打 Ln().：T/30情况改变前：Q