化工原理课后习题(第四章)VIP专享VIP免费

第4章传热4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成:耐火砖的热导率为λ=1.05W⋅m−1⋅K−1,厚度b=230mm；绝热砖的热导率为λ=0.151W⋅m−1⋅K−1；普通砖的热导率为λ=0.93W⋅m−1⋅K−1。若耐火砖内侧温度为10000C,耐火砖与绝热砖接触面最高温度为9400C,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过1300C(假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等)。试求：（1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：65mm×113mm×230mm;(2)普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：50mm×120mm×240mm。(答：⑴b2=0.460m；⑵t4=34.6°C)解：⑴第一层：第二层：QA=t2−t3b2λ2λ1b1(t1−t2)=λ2b2(t2−t3)1.050.23(1000−940)=0.151b2(940−130)b2=0.446m因为绝热砖尺寸厚度为230mm，故绝热砖层厚度b2取0.460m，校核：1.050.23(1000−940)=0.1510.460(940−t3)t3=105.3°C；⑵λ1b1(t1−t2)=λ3b3(t3−t4)⇒t4=34.6°C。4-2、某工厂用φ170mm×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−1⋅K−1;第二层为厚30mm的石棉灰，其热导率为0.21W⋅m−1⋅K−1。管内壁温度为3000C，保温层外表面温度为400C。管道长50m。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为45W⋅m−1⋅K−1（答：Q=14.2kW）解：已知：λ棉=0.065W⋅m−1⋅K−1，λ灰=0.21W⋅m−1⋅K−1查表得：λ钢=45W⋅m−1⋅K−1Ql=2π(t1−t4)1λ1lnd2d1+1λ2lnd3d2+1λ3lnd4d3其中：lnd2d1=ln0.170.16=0.0606，lnd3d2=ln0.230.17=0.302，lnd4d3=ln0.290.23=0.231Ql=2π(300−40)0.060645+0.3020.065+0.2310.21=284W⋅m−1，Q=284×50=1.42×104W=14.2kW。4-3、冷却水在φ19mm×1mm，长为2.0m的钢管中以1m⋅s−1的流速通过。水温由288K升至298K。求管壁对水的对流传热系数。(答：4260W⋅m−2⋅K−1)解：设为湍流水的定性温度t=288+2982=293K，查表得：cp=4.183kJ⋅kg−1⋅°C−1，λ=0.5985W⋅m−1⋅K−1，μ=1.004×10−3Pa⋅s，ρ=998.2kg⋅m−3，l=2m，d=0.017m，ld=20.017=117.7>50，Re=duρμ=0.017×1×998.21.004×10−6=1.69×104>104与假设相符，Pr=cpμλ=4.183×103×1.004×10−30.5985=7.01，α=0.023λdRe0.8Pr0.4=0.0230.59850.017(1.69×104)0.8(7.01)0.4=4260W⋅m−2⋅K−1。4-4、空气以4m⋅s−1的流速通过一φ75.5mm×3.75mm的钢管，管长20m。空气入口温度为320C，出口为680C。试计算空气与管壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍。其它条件不变，对流传热系数又为多少？（答：18.3W⋅m−2⋅K−1，31.7W⋅m−2⋅K−1）解：设为湍流空气的定性温度t=32+682=50°C，查表得：cp=1.005kJ⋅kg−1⋅°C−1，λ=2.83×10−2W⋅m−1⋅K−1，μ=1.96×10−5Pa⋅s，ρ=1.093kg⋅m−3，l=20m，d=75.5−2×3.75=68mm，ld=200.068=294>50，Re=duρμ=0.068×4×1.0932.83×10−5=1.517×104>104与假设相符，Pr=cpμλ=1.005×103×1.96×10−52.83×10−2=0.698，α=0.023λdRe0.8Pr0.4=0.0232.83×10−20.068(1.517×104)0.8(0.698)0.4=18.3W⋅m−2⋅K−1，当u'=2u时α'=0.023λdRe¿Pr0.4=α⋅20.8=18.3×20.8=31.7W⋅m−2⋅K−1。=1.860.2930.02(976×200×0.023)13(0.0555)0.14=199W⋅m−2⋅K−1。4-5、有一套管式换热器，外管尺寸为φ38mm×2.5mm，内管为φ25mm×2.5mm的钢管，冷水在管内以0.3m⋅s−1的流速流动。水进口温度为200C，出口为400C。试求管壁对水的对流传热系数。（答：1640W⋅m−2⋅K−1）解：设为湍流水的定性温度t=20+402=30°C，查表得：cp=4.174kJ⋅kg−1⋅°C−1，λ=0.618W⋅m−1⋅K−1，μ=801.5×10−6Pa⋅s，ρ=995.7kg⋅m−3，Re=duρμ=0.02×0.3×995.7801.5×10−6=7456<104与假设不符，为过度流，Pr=cpμλ=4.174×103×801.5×10−60.618=5.41，α湍=0.023λdRe0.8Pr0.4=0.0230.6180.02(7456)0.8(5.41)0.4=1753W⋅m−2⋅K−1，f=1−6×105Re0.8=1−6×10574560.8=0.9358，α过=f⋅α湍=0.9358×1753=1640W⋅m−2⋅K−1。4-6、现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为5000kg⋅h−1，进口温度为800C，出口温度为500C；...