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本文格式为Word版，下载可任意编辑——化工原理（第四版）习题解第四章传热第四章传热
热传导
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0.16W/(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t2?75℃,t3?30℃
计算加热器平壁外表面温度t1，??0.16W/(m?℃)
t1?t2t2?t3?b1b2??习题4-1附图
t1?7575?3045t1???0.25?75?300℃
0.250.050.050.160.16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=0.043W/(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t1?3℃,t2?28℃,?=0.043W／(m?℃),b?003m.，则单位表面积的冷量损失为
q??b?t1?t2??0.043?3?28???35.8W/m20.03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0.02m2，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Q?I?V?2.8?140?392W
Q??Ab(t1?t2)
习题4-3附图
??Qb392?0.02?A(t1?t2)0.02(280?100)?2.18W/?m?℃?
燃烧炉的平壁由以下三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。b?230mm；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(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
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砖厚度为230mm，试确定绝热砖层的厚度。
(2)若普通砖层厚度为240mm，试计算普通砖层外表面温度。解(1)确定绝热层的厚度b2
温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q。
q??1b1(t1?t2)
?1.05(1000?940)?274W/m20.23绝热砖层厚度b2的计算
q?b2??2b2(t2?t3)
习题4-4附图
0.151(940?130)?0.446m274每块绝热砖的厚度为0．46m。23m，取两块绝热砖的厚度为b2?0.23?2?0．(2)计算普通砖层的外侧壁温t4
先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度t3
t3?t2?qb2274?0.46?105.3℃
0.151?2?940?t3小于130℃，符合要求。
通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温t4。
q?t4?t3?qb3?3b3(t3?t4)
274?0.24?34.6℃
0.93?3?105.3?有直径为?38mm?2mm的黄铜冷却管，假使管内生成厚度为1mm的水垢，水垢的热导率λ=1.163W/(m·℃)。试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍[黄铜的热导率λ=110W/(m·℃)]。
解因
38?2，因算术平均半径计算导热面积。管长用L表示。黄铜管的热阻为32R铜?b1b1??1Am1?1?dm1L?0.002
??110?0.036Lb2b2??2Am2?2?dm2L水垢的热阻为
R垢??0.001
??1.163?0.033L习题4-5附图
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0.001R垢1.163?0.033??51.6倍
0.002R铜110?0.036某工厂用?170mm?5mm的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm的矿渣棉，其热导率为0.065W/(m?K)；其次层为厚30mm的石棉灰，其热导率为0.21W/(m?K)。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m。试求该管路的散热量。
解ql?2?(t1?t4)
1r21r31r4ln?ln?ln?1r1?2r2?3r3?2?(300?40)
Q?qll?284?50?1.42?104W
?14.2kW
水蒸气管路外径为108mm，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度t/℃的变化关系为??0.033?0.00023tW/(m?K)。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℃，且每米管路的热量损失不超过160W/m。试确定所需保温层厚度。
解保温层厚度以b表示
ql???2?rql?r2dtdt??2?(0.033?0.00023t)rdrdrr1t2dr??2??(0.033?0.00023t)dt
t1rqllnr20.002322???2??0.033(t1?t2)?(t1?t2)?r12??已知t1?150℃,t2?50℃,q?160W/m
r1?0．054m,r2?r1?b?0.054?b
0.066?3.14?(150?50)?0.00023?3.14?(1502?502)160?b??ln?1???0.054?b?20.73?14.45?ln?1???0.054160??解得保温层厚度为
b?0.0133m?13.3mm
保温层厚度应不小于13.3mm
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对流传热
冷却水在?19mm?2mm，长为2m的钢管中以1m/s的流速通过。水温由15℃升至25℃。求管壁对水的对流传热系数。
解d?0.015m,l?2m,u?1m/s,t1?15℃,t2?25℃水的平均温度tm?t1?t215?25??20℃22查得20℃时水的密度??998.2kg/m3，黏度??1.004?10?3Pa?s，热导率λ=59.9×10-2
l2W/(m·℃)，普朗特数Pr?7.02。??133?60
d0.015雷诺数Re?du???0.015?1?998.2?1.49?104湍流?31.004?10对流传热系数的计算，水被加热，Pr的指数n?0.4
?0.599??0.023Re0.8Pr0.4?0.023??(1.49?104)0.8?(7.02)0.4
d0.015=4367W/(m2·℃)
空气以4m／s的流速通过?75.5mm?3.75mm的钢管，管长5m。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W，钢管内壁的平均温度为多少。
解已知u?4m/s,d?0068.ml,?5mt1,?32℃t2,?68℃(1)对流传热系数?计算空气的平均温度tm?32?68?50℃2查得空气在50℃时的物性数据??1.093kg/m3，
??1.96?10?5Pa?s,??2.83?10?2W/(m?℃),cp?1.005kJ/(kg?℃)
Pr?0．698，空气被加热，Pr的指数n?0．4
雷诺数
Re?du???0.068?4?1.093?1.52?104湍流?51.96?10l5??73.5?60d0.068?.8．04对流传热系数??0.023R0ePrd2.83?10?2??0.023??(1.52?104)0.8?(0.698)0.4?18.4W/(m2?℃)
0.068(2)空气流速增加一倍，对流传热系数?'为
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?u'??'?????u?0.8?2??18.4????1?0.8?32W/(m2?℃)
(3)若空气从管壁得到的热量为578W，计算钢管内壁平均温度用式Q??A计算钢管内壁的平均温度tw。（tw?tm）已知空气进出口平均温度tm?50℃
在第(1)项中已计算出对流传热系数??18.4W/(m2?℃)钢管内表面积为A??dl???0.068?5?1.07m2钢管内壁平均温度tw?tw?Q578?50??79.4℃?A18.4?1.07温度为10℃、压力为101.3kPa的空气，以10m/s的流速在列管式换热器管间沿管长方向滚动，空气出口温度为30℃。列管式换热器的外壳内径为190mm，其中装有37根的?19mm?2mm钢管，钢管长度为2m。试求钢管外表面对空气的对流传热系数?。
解已知空气压力??10.1k3，温度t1?10℃,t2?30℃，Pa空气的平均温度tm?10?30?20℃2查得空气在20℃的物性数据为：密度??1.128kg/m3，比热容cp?1.005?103J/(kg?℃)，热导率??2.76?10?2W／(m?℃)，黏度??1.91?10?5Pa?s，普朗特数Pr?0.699，空气被加热，Pr的指数n?0.4
空气滚动的截面积
??0.194?2?37?0.0192?
潮湿周边?(0.19?4?)193?7．00)?0.0255
当量直径de?4?(019.?37?0019.(019.2?37?0019.2)l2??78.4?60de0.0255已知空气的流速u?10m/s雷诺数Re?deu?0.02?55?1.0=?5?1.9?11011284=1.5?11湍流0
对流传热系数
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