化工答案--第六章传热.doc

第六章传热习题 热传导 6-1. 如图所示，某工业炉的炉壁由耐火砖λ1= 1.3W/(m·K)、绝热层λ2 = 0.18W/(m·K)及普通砖λ3= 0.93W/(m·K)三层组成。炉膛壁内壁温度1100℃，普通砖层厚12cm, 其外表面温度为50℃。通过炉壁的热损失为1200W/m2, 绝热材料的耐热温度为900℃。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。 解： ℃ 6-2. 如图所示，为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁 1/3 厚度处设置热电偶，测得 t2=300℃, t3 =50℃。求内壁温度 t1 。设炉壁由单层均质材料组成。 解： ℃ 6-3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发，单位面积的蒸发速率为0.048kg/（m2·s），与液体交界的金属壁的温度为110℃。时间久后，液体一侧的壁面上形成一层2mm厚的污垢，污垢导热系数λ=0.65W/(m·K)。 设垢层与液面交界处的温度仍为110℃，且蒸发速率需维持不变，求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热r=2000kJ/kg。 解： ℃ 6-4. 为减少热损失，在外径Φ150mm的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t(式中t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 1×10-4kg/(m·s)以下，问保温层厚度应为多少？ 解：查180℃水蒸汽 W/(m﹒℃) *6-5. 如图所示，用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚δ、直径120mm的圆形平板，置于冷、热两表面之间。热侧表面用电热器维持表面温度t1=200℃。冷侧表面用水夹套冷却，使表面温度维持在t2 =80℃。电加热器的功率为40.0W。 由于安装不当，待测材料的两边各有一层0.1mm的静止气2层λ气= 0.030W/(m·K)，使测得的材料热导率λ′与真实值λ不同。不计热损失，求测量的相对误差，即(λ′-λ)/ λ。 解： *6-6. 通过中空球壁导热的热流量Q可写成形式。 试证：(式中A1、A2 分别为球壁的内、外表面积。) 解： 定态传热Q为恒值 *6-7. 有一蒸汽管外径25mm，管外包以两层保温材料，每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的热导率之比为，此时的热损失为Q。今将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变，则热损失为Q′。求Q′/Q，说明何种材料放在里层为好。 解：互换前： 互换后： 依据计算可知热导率小的材料在里层热损失小。 对流给热 6-8. 在长为3m，内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/(s·m2)。苯在定性温度下的物性数据如下：μ=0.49mPa·s；λ=0.14W/(m·K)；Cp=1.8kJ/(kg·℃)。试求苯对管壁的给热系数。 解： 加热苯溶液，b=0.4 W/(m2·K) 6-9. 在常压下用列管换热器将空气由200℃冷却至120℃，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，内有Φ25×2.5mm钢管38根。求空气对管壁的给热系数。 解：空气定性温度为：℃，查常压下160℃物性数据， ρ=0.815 kg/m3；μ=2.45×10-5Pa·s；λ=3.637×10-2W/(m·K)；cp=1.017kJ/(kg·K)；Pr=0.682 kg/(s·m2) 空气由200℃冷却至120℃，b=0.3 W/(m2·K) 6-10. 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=20℃，蒸汽管外壁温度tw=120℃，管外径为60mm。已知在定性温度70℃下重油的物性数据如下：ρ=900kg/m3；cp=1.88kJ/(kg·℃)；λ=0.174W/(m·℃)。运动粘度ν=2×10-3 m2 /s, β=3×10-4 K-1。试问蒸汽对重油的热传递速率W/m2为多少? 解：大容积自然对流： 查表得：A=0.54；b=0.25 W/(m2·℃) W/m2 6-11. 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(Gr·Pr)=109。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少？ 解：大容积自然对流： 两管直径不同，与特征尺寸管径有关， 依据大管和小管Gr·Pr查表：A=0.135；b=1/3