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，外层为51 mm厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ,混凝土外壁面温度为29.4 。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）所需软木的厚度由 得 解得： 2）松木和软木接触面处的温度 由 解得：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=0.103+0.000 198 T(式中T

2、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1×10-4 kg/(m·s)以下,问保温层厚度应为多少?(计算时可假定蒸汽在180 下冷凝)。解：保温层平均热导率为： 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 得： （1）式中：将其及其它已知数据代入式（1）得：解得：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 ，面包表面的黑度为0.85,表面温度为100 ,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

3、热量。解：两物体构成封闭空间，且，由下式计算辐射传热量： 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 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 冷却到30 。换热器的列管直径为25 mm×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）,污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 ，求水的流量和换热器的传热面积。解：传热量为 又 即冷水流量为。取管壁的热导率 ，则有

4、传热面积由下式计算： （1） 热流体： 冷流体： 将已知值代入式（1），得：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 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 加热到106 。列管换热器尺寸为：列管直径为19 mm×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/（m2·K）,油侧污垢热阻为0.000 5 m2·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

5、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： 食用油： 传热面积：总传热系数： 而 解得： （2）油的流速加倍后的出口温度由 得： 即 解得：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 mm×2 mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3 490 W/（m2·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 m2·K/W,油侧

6、污垢热阻为0.000 176 m2·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产生污垢前的总热阻：（2）产生污垢后热阻增加的百分数%产生污垢后的总热阻：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 和40 ，油的进、出口温度分别为150 和100 。现因生产任务要求油的出口温度降至80 ，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1 m，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： （1）情况改变后： （2）（2）/（