化工原理答案第四章传热.doc

1、39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 237 , tt计 算 加 热 器 平 壁 外 表 面 温 度 ，1t./()Wm06231tb.1753026t.14507

2、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 =0.043 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 ，.(),.13 , , =4 ttWb则 单 位 表 面 积 的 冷 量 损 失 为 ./qt Wmb21203285 【 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

3、 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 .2814039QIVW()Atb.().()12081t./8Wm【 4-4】 燃 烧 炉 的 平 壁 由 下 列 三 层 材 料 构 成 ： 耐 火 砖 层 ， 热 导 率 =1.05W/(m )， 厚 度； 绝

4、 热 砖 层 ， 热 导 率 =0.151W/(m )； 普 通 砖 层 ， 热 导 率 =0.93W/(m )。230bm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 为习 题 4-1 附 图习 题 4-3 附 图40130 。(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 。(2) 若 普 通 砖 层 厚 度 为 240mm， 试

5、 计 算 普 通 砖 层 外 表 面 温 度 。解 (1)确 定 绝 热 层 的 厚 度 b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。 ()12tb. /Wm205947 3绝 热 砖 层 厚 度 的 计 算2()32qtb.m20159406 7每 块 绝 热 砖 的 厚 度 为 ， 取 两 块 绝 热 砖 的 厚 度 为 。3 .20346bm(2) 计 算 普 通 砖 层 的 外 侧 壁 温 4t先 核 算 绝 热 砖 层 与 普 通 砖 层 接 触 面 处 的 温 度 3t.2374069153qbt小 于

6、 130 ， 符 合 要 求 。3t通 过 普 通 砖 层 的 热 传 导 ， 计 算 普 通 砖 层 的 外 侧 壁 温 。4t()3qtb.4327015369t 【 4-5】 有 直 径 为 的 黄 铜 冷 却 管 ， 假 如 管 内 生 成 厚 度 为 1mm 的 水 垢 ， 水 垢382m的 热 导 率 =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 =110W/(m )。解 因 ， 因 算 术 平 均 半 径 计 算 导 热 面 积 。 管82长 用 L 表 示 。 黄 铜 管 的 热 阻 为习 题 4-4

7、附 图4111铜 mbRAdL.0236水 垢 的 热 阻 为 mbAdL22R.0163倍.垢铜 5021R【 4-6】 某 工 厂 用 的 无 缝 钢 管 输 送 水 蒸 气 。 为 了 减 少 沿 途 的 热 损 失 ， 在 管 外1705m包 两 层 绝 热 材 料 ， 第 一 层 为 厚 30mm 的 矿 渣 棉 ， 其 热 导 率 为 ； 第 二 层 为 厚./()WmK06530mm 的 石 棉 灰 ， 其 热 导 率 为 。 管 内 壁 温 度 为 300 ， 保 温 层 外 表 面 温 度 为./()WK2140 。 管 路 长 50m。 试 求 该 管 路 的 散 热 量

8、。解 ()lnlln14234123l tqrr()lll.0851546/Wm2 .4012lQqk 【 4-7】 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 度的 变 化 关 系 为 。 水 蒸 气 管 路 外 表 面 温 度 为 150 ， 希 望 保 温/t ./()32tWK层 外 表 面 温 度 不 超 过 50 ， 且 每 米 管 路 的 热 量 损 失 不 超 过 。 试 确 定 所 需 保 温 层 厚/160Wm度 。解 保 温 层 厚 度 以 b 表 示 (.)2032ldt dtqrr.

9、2211rtl t习 题 4-5 附 图42.ln.()()2212110303rqtt已 知 /1250 , 6ttWm ,.121 5454rrb.().()ln.203023150.l.74105160b解 得 保 温 层 厚 度 为 .3m保 温 层 厚 度 应 不 小 于 13.3mm对流传热【 4-8】 冷 却 水 在 ， 长 为 2m 的 钢 管 中 以 的 流 速 通 过 。 水 温 由 15 升19m1/s至 25 。 求 管 壁 对 水 的 对 流 传 热 系 数 。解 .,/,1205 2 5 dlustt水 的 平 均 温 度 10mt查 得 20 时 水 的 密 度

10、， 黏 度 ， 热 导 率 =59.910-2 ./3982kg.3140PasW/(m )， 普 朗 特 数 。Pr.70 .615ld雷 诺 数 湍 流Re. 43904du对 流 传 热 系 数 的 计 算 ， 水 被 加 热 ， Pr 的 指 数 .n. .ePr(.)()084 4080405232172d=4367 W/(m2)【 4-9】 空 气 以 的 流 速 通 过 的 钢 管 ， 管 长 。 空 气 入 口 温 度 为ms.735m5m32 ， 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

11、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 ， 钢 管 内78W壁 的 平 均 温 度 为 多 少 。解 已 知 /,.,124 068 5 68umsdlmtt(1)对 流 传 热 系 数 计 算43空 气 的 平 均 温 度 326850mt查 得 空 气 在 时 的 物 性 数 据 ，50 ./319kgm.,./(),./()pPasWckJg52196 80 105 ， 空 气 被 加 热 ， Pr 的 指 数Pr698 4n雷 诺 数 湍 流.Re.4506819320du.57

12、l对 流 传 热 系 数 .ePr08423d.(.)()/()Wm080421056918 6 (2)空 气 流 速 增 加 一 倍 ， 对 流 传 热 系 数 为. . /()u08082243 1(3)若 空 气 从 管 壁 得 到 的 热 量 为 ， 计 算 钢 管 内 壁 平 均 温 度57W用 式 计 算 钢 管 内 壁 的 平 均 温 度 。wmQAt wt已 知 空 气 进 出 口 平 均 温 度 0mt在 第 (1)项 中 已 计 算 出 对 流 传 热 系 数 ./()2184m钢 管 内 表 面 积 为 .657Adl钢 管 内 壁 平 均 温 度 .09wQtA【 4-

13、10】 温 度 为 10 、 压 力 为 101.3kPa 的 空 气 ， 以 的 流 速 在 列 管 式 换 热 器 管 间/10ms沿 管 长 方 向 流 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 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 。92m 解 已 知 空 气 压 力 ， 温 度 ，.1kPa,12 30tt空 气 的 平 均 温 度 032mt查 得 空 气 在 20 的 物 性 数 据 为 ： 密 度 ， 比 热 容 ，

14、./38kgm./(3105 )pcJkg热 导 率 ， 黏 度 ， 普 朗 特 数 ， 空 气 被 加 热 ，.761() W.5190PasPr.69Pr 的 指 数 4n44空 气 流 动 的 截 面 积 .22019374湿 润 周 边 (.)当 量 直 径 .()2201937405ed.846eld已 知 空 气 的 流 速 /10ums雷 诺 数 湍 流.Re. 452=109d对 流 传 热 系 数 . .ePr(.204084 40876.335） 69d./()2475 Wm【 4-11】 有 一 套 管 式 换 热 器 ， 内 管 为 ， 外 管 为 的 钢 管 ， 内

15、管.3825m573m的 传 热 管 长 为 2m。 质 量 流 量 为 的 甲 苯 在 环 隙 中 流 动 ， 进 口 温 度 为 72 ， 出 口 温/250kgh度 为 38 。 试 求 甲 苯 对 内 管 外 表 面 的 对 流 传 热 系 数 。解甲 苯 的 温 度 ， 平 均 温 度,127 38T127385mT甲 苯 在 55 的 物 性 数 据 有 ： 密 度 ， 比 热 容 ， 热 导 率/30kg./()310pcJkg=0.128W/(m)， 黏 度 .431Pas甲 苯 的 质 量 流 量 /250 mqkgh体 积 流 量 /./v mh313805 甲 苯 在 环

16、 隙 中 的 流 速 计 算u套 管 的 内 管 外 径 ， 外 管 内 径 ，1038dm .21d流 速 ./(.)u ms225093 364甲 苯 对 内 管 外 表 面 的 对 流 传 热 系 数 计 算套 管 环 隙 的 当 量 直 径 21053801ed45.21546003ld湍 流.Re.498u.Pr .3615012pc甲 苯 被 冷 却 .03n.Rer083 2d./(Wm0803421 615 )【 4-12】 甲 苯 在 一 蛇 管 冷 却 器 中 由 70 冷 却 到 30 ， 蛇 管 由 的 钢 管 3.425m根 并 联 而 成 ， 蛇 管 的 圈 径 为

17、 0.6m。 若 甲 苯 的 体 积 流 量 为 ， 试 求 甲 苯 对 钢 管 内 表 面 的/h对 流 传 热 系 数 。解 甲 苯 的 温 度 ,T127 =3平 均 温 度 05m甲 苯 在 50 时 的 物 性 数 据 为 ： 密 度 ， 黏 度 ， 热 导 率/386kgm.410Pas， 比 热 容.129() W ./()3170pcJ甲 苯 在 3 根 并 联 蛇 管 中 的 流 速 计 算u体 积 流 量 ， 蛇 管 内 径 ，/vqmh3.4dm流 速 /./.(.)2236017854Vu sd雷 诺 数 湍 流Re. 441=8普 朗 特 数 Pr .3706029p

18、c弯 管 效 应 校 正 系 数 . .1124Rd对 流 传 热 系 数 计 算甲 苯 被 冷 却 .03n.ePr0832RdW/(m2).(.)034081961247946【 4-13】 质 量 流 量 为 1650kg/h 的 硝 酸 ， 在 管 径 为 、 长 为 3m 的 水 平 管 中.8025m流 过 。 管 外 为 300kPa（ 绝 对 压 力 ） 的 饱 和 水 蒸 气 冷 凝 ， 使 硝 酸 得 到 的 热 量 。 试 求.4810W水 蒸 气 在 水 平 管 外 冷 凝 时 的 对 流 传 热 系 数 。解 在 计 算 水 蒸 气 在 水 平 管 外 冷 凝 的 对

19、 流 传 热 系 数 时 ， 需 要 知 道 管 外 表 面 温 度 。wt如 何 假 设 ?wt水 蒸 气 冷 凝 的 值 一 般 为()501 Wm按 题 意 ， 饱 和 水 蒸 气 冷 凝 传 给 硝 酸 的 热 量 为 .43810Q取 ， 估 算 壁 温 度()10 Wm wt300kPa（ 绝 对 压 力 ） 时 ， 水 蒸 气 的 饱 和 温 度 。.st13用 式 估 算 壁 温 度()swQAtwt.480131283sQtA先 假 设 128wt定 性 温 度 为 膜 温 .28132swt冷 凝 水 膜 的 物 性 参 数 /934 kgm.,./()PasWm1160

20、680时 水 的 比 汽 化 热 .13st /32 rJkg水 蒸 气 在 水 平 管 外 冷 凝 的 值 计 算.23075grdt.(.). (.)/)Wm 12133449860268015 用 式 计 算 Q 值()swQAt.W1803128461 此 Q 值 大 于 硝 酸 吸 收 的 热 量 ， 说 明 假 设 的 偏 小 。wt47重 新 用 估 算 。()2158 Wmwt.438101=295sQtA假 设 129wt膜 温 .32912swt与 前 面 计 算 的 膜 温 基 本 一 样 ， 故 冷 凝 水 膜 的 物 性 数 据 也 一 样 ， 只 是 计 算 式 中

21、 的不 同 。.13294swt值 计 算.(.). (.)121334439860268007519 ()Wm16 用 验 算 壁 温()216 .wsQtA4381012926与 前 面 假 设 的 相 同 。【 4-14】 水 在 大 容 器 内 沸 腾 ， 如 果 绝 对 压 力 保 持 在 ， 加 热 面 温 度 保 持 130，pkPa试 计 算 加 热 面 上 的 热 流 密 度 。q解 ,.,20 120 3swpkPatt .10298s水 沸 腾 的 对 流 传 热 系 数 计 算. . 05230523311tp.()41 Wm加 热 面 上 的 热 流 密 度 q./4

22、5222098101Qt kWmA两流体间传热过程的计算【 4-15】 载 热 体 的 流 量 为 ， 试 计 算 下 列 各 过 程 中 载 热 体 放 出 或 吸 收 的 热 量 。/150kgh(1) 100 的 饱 和 水 蒸 气 冷 凝 成 100 的 水 ； (2)苯 胺 由 383K 降 温 至 283K； (3)比 热 容 为的 水 溶 液 从 290K 加 热 到 370K； (4)常 压 下 20 的 空 气 加 热 到 ；./()37kJgKNaOH 150(5)绝 对 压 力 为 250kPa 的 饱 和 水 蒸 气 ， 冷 凝 冷 却 成 40 的 水 。48解 /m

23、qkgs15036(1) 水 蒸 气 冷 凝 比 汽 化 热 /258rkJg放 热 量 mQqrW10941 36(2) 苯 胺 平 均 温 度 32TK比 热 容 ./()19pckJg放 热 量 . .1250=382913 6mpQqTkW(3) 水 溶 液 比 热 容NaOH./7pckJgK吸 热 量 .1250329016 6mpqTk(4) 空 气 加 热 平 均 温 度 8t比 热 容 ./109 pckJg吸 热 量 . .2150=915204736mpQqt kW(5) 饱 和 水 蒸 气 ， 饱 和 温 度 ， 比 汽 化 热 ，kPa.st /2185rkJg冷 凝

24、 水 从 降 至 ， 平 均 温 度 .127st240t .36mt比 热 容 ./196 pckJg放 热 量 2（ ）mpsQqrt.501849674016336kW【 4-16】 用 冷 却 水 使 流 量 为 的 硝 基 苯 从 355K 冷 却 到 300K， 冷 却 水 由 15 升/kgh2到 35 ， 试 求 冷 却 水 用 量 。 若 将 冷 却 水 的 流 量 增 加 到 ， 试 求 冷 却 水 的 出 口 温 度 。./mh解 硝 基 苯 流 量 ， 平 均 温 度 比 热 容/10mqk .,125=27T./pckJgK18硝 基 苯 的 放 热 量 12mpQqcT. .kW05830483 6