石油化学工程基础课后习题5答案

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1、石油化学工程基础（习题）第五章传热及换热设备第五章传热及换热设备5-1燃烧炉的平壁由两层组成，内壁为105mm厚的耐火砖[导热系数为1.05]，外层为215mm的普通砖[导热系数为0.93]。内、外壁温度分别为760℃和155℃。试计算通过每平方米炉壁的热损失及两层间的界面温度。解：在两平壁交界处：可解得界面温度：5-2某平壁炉的炉壁是用内层为120mm厚的某耐火材料和外层为230mm厚的普通建筑材料砌成的，两种材料的导热系数未知。已测得炉内壁温度为800℃，外侧壁面温度为113℃。为了减少热损失，在普通建筑

2、材料外面又包一层厚度为50mm的石棉层[导热系数为0.15]，包扎后测得炉内壁温度为800℃，耐火材料与建筑材料交界面温度为686℃，建筑材料与石棉交界面温度为405℃，石棉外侧面温度为77℃。试问包扎石棉后热损失比原来减少了多少？解：包扎石棉层后的热损失则有包扎石棉层前的热损失：第5-21页石油化学工程基础（习题）第五章传热及换热设备所以绝对热损失所以相对热损失5-3燃烧炉的平壁由下列三种材料构成：耐火砖导热系数,厚度b=230mm;绝热砖导热系数；普通砖导热系数，厚度b=240mm。若耐火砖内侧温度为10

3、00℃，耐火砖与绝热砖接触面最高温度为940℃，绝热砖与普通砖间的最高温度不超过138℃（假设每两种砖之间接触良好，界面上的温度相等）。试求：⑴绝热砖的厚度（绝热砖的尺寸为65×113×230mm）；⑵普通砖外侧的温度。解：⑴耐火砖的热通量根据稳定传热，绝热砖的热通量与耐火砖的热通量相等，即由此解得n=1.922≈2块即需要2块绝热砖，厚度为460mm才能达到要求的温度。⑵根据稳定传热，燃烧炉平壁的热通量与耐火砖的热通量相等，即由此解得：即普通砖外侧的温度为34.9℃。5-4某工厂用一φ170×5mm第5-2

4、1页石油化学工程基础（习题）第五章传热及换热设备的无缝钢管输送水蒸气。为了减少热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚30mm的矿渣棉，其导热系数为0.065；第二层为厚30mm的石棉灰，其导热系数为0.21。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管道长50m。试求该管道的散热量。解：已知：r1=80mmr2=85mmr3=115mmr4=145mmt1=300℃t4=40℃λ1=45λ2=0.065λ3=0.21根据圆筒壁传热量计算公式：5-5有一蒸汽管外径为25mm，为了减少热损失拟在管外包两层

5、绝热材料，每层厚度均为25mm,两种材料的导热系数之比。试问哪一种材料包在内层更有效？(忽略金属热阻)解：如果将导热系数λ大者（即λ2）包在内侧，则有而如果将导热系数λ小者（即λ1）包在内侧，则有将两者进行比较，则有第5-21页石油化学工程基础（习题）第五章传热及换热设备前者的散热量大一些，因此将导热系数小的绝热材料放在内侧更好一些。5-6外径为100mm的蒸汽管，先包一层50mm厚的绝热材料[导热系数为0.06]，其外再包一层20mm厚的绝热材料[导热系数为0.075]。若第一绝热层的内表面温度为170℃，

6、第二绝热层的外表面温度为38℃。试求每米管长的热损失和两绝热层界面的温度。解：根据圆筒壁传热量计算公式：由于稳定传热各层的传热量相等，则第一层圆筒壁的传热量为由此可解得：5-7水在φ38×1.5mm的管内流动，流速为1m/s，水的进、出口温度分别为15℃及80℃。试求水与管壁间的对流传热系数。解：在定性温度下水的物理性质为湍流第5-21页石油化学工程基础（习题）第五章传热及换热设备5-8空气以4m/s的流速通过直径为φ75.5×3.75mm的钢管，管长20m。空气的入口及出口温度分别为32℃及68℃。试计算空

7、气与管内壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍，其它条件不变，对流传热系数为多少？解：在定性温度下空气的物理性质为：湍流当其他条件不变，空气流速增加一倍时，有所以5-9一列管换热器，其蒸汽在管间冷凝，冷却水在管内流动，其流速为0.25m/s，进出口温度分别为15℃及45℃，列管直径为φ25×2.5mm。试求水对管壁的对流传热系数。第5-21页石油化学工程基础（习题）第五章传热及换热设备解：在定性温度下水的物理性质为校正系数则5-10现用一蛇管换热器冷却某液体，该液体流量为3，进口温度和出口温度分别为50℃及2

8、0℃，在平均温度下该液体的密度为1200，粘度为，比热为3.77，导热系数为0.558。蛇管的直径为φ45×3.5mm，平均圈径为0.6m，液体在蛇管内流动。试求该液体的对流传热系数。解：湍流第5-21页石油化学工程基础（习题）第五章传热及换热设备校正5-11有一套管换热器，内管为φ25×1mm，外管为φ38×1.5mm。冷却水在环隙流动，以冷却管内的高温气体。水的进、出口温度分别为20℃及40℃。