课后答案(作业).doc

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1、第四章4.2某平壁材料的导热系数W/(m·K)，T的单位为℃。若已知通过平壁的热通量为qW/m2，平壁内表面的温度为。试求平壁内的温度分布。解：由题意，根据傅立叶定律有q＝－λ·dT/dy即q＝－λ0（1＋αT）dT/dy分离变量并积分整理得此即温度分布方程4.3某燃烧炉的炉壁由500mm厚的耐火砖、380mm厚的绝热砖及250mm厚的普通砖砌成。其λ值依次为1.40W/(m·K)，0.10W/(m·K)及0.92W/(m·K)。传热面积A为1m2。已知耐火砖内壁温度为1000℃，普通砖外壁温度为50℃。（1）单位面积热通量及层与层之间温度；（2）若耐火砖与绝热砖之间有一2c

2、m的空气层，其热传导系数为0.0459W/(m·℃)。内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r1、r2、r3。（1）由题易得r1＝＝＝0.357m2·K/Wr2＝3.8m2·K/Wr3＝0.272·m2K/W所以有q＝＝214.5W/m2由题T1＝1000℃T2＝T1－QR1＝923.4℃T3＝T1－Q（R1＋R2）＝108.3℃T4＝50℃（2）由题，增加的热阻为r’＝0.436m2·K/Wq＝ΔT/（r1＋r2＋r3＋r’）＝195.3W/m24.4某一φ60mm×3mm的铝复合管，其导热系数为45W/(m·K)，外包一层厚

3、30mm的石棉后，又包一层厚为30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.15W/(m·K)和0.04W/(m·K)。试求（1）如已知管内壁温度为-105℃，软木外侧温度为5℃，则每米管长的冷损失量为多少？（2）若将两层保温材料互换，互换后假设石棉外侧温度仍为5℃，则此时每米管长的冷损失量为多少？解：设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为rm1、rm2、rm3。由题有rm1＝mm＝28.47mmrm2＝mm＝43.28mmrm3＝mm＝73.99mm（1）R/L＝＝＝3.73×10－4K·m/W＋0.735K·m/W＋1.613K·m/W＝2.348K·m/WQ/L＝＝

4、46.84W/m（2）R/L＝＝＝3.73×10－4K·m/W＋2.758K·m/W＋0.430K·m/W＝3.189K·m/WQ/L＝＝34.50W/m4.5某加热炉为一厚度为10mm的钢制圆筒，内衬厚度为250mm的耐火砖，外包一层厚度为250mm的保温材料，耐火砖、钢板和保温材料的导热系数分别为0.38W/（m·K）、45W/（m·K）和0.10W/（m·K）。钢板的允许工作温度为400℃。已知外界大气温度为35℃，大气一侧的对流传热系数为10W/（m2·K）；炉内热气体温度为600℃，内侧对流传热系数为100W/（m2·K）。试通过计算确定炉体设计是否合理；若不合理，

5、提出改进措施并说明理由。（补充条件：有效管径2.0m）解：设由耐火砖内侧表面和保温材料外测表面的面积分别为A1和A4，耐火砖、钢筒和保温材料的对数平均面积分别为Am1、Am2、Am3。钢板内侧温度为T。稳态条件下，由题意得：（因为钢板内侧温度较高，所以应该以内侧温度不超过400℃为合理）有效管径R=2.0m带入已知条件，解得T＝463.5℃>400℃计算结果表明该设计不合理改进措施：1、提高钢板的工作温度，选用耐热钢板；2、增加耐火砖厚度，或改用导热系数更小的耐火砖。4.9在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为φ19×2mm的钢管内流动，水的对流传热系数为3490W/（m2·K

6、），煤油的对流传热系数为458W/（m2·K）。换热器使用一段时间后，管壁两侧均产生污垢，煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176m2·K/W和0.00026m2·K/W，管壁的导热系数为45W/（m·K）。试求（1）基于管外表面积的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分数。解：（1）将钢管视为薄管壁则有K＝338.9W/（m2·K）（2）产生污垢后增加的热阻百分比为注：如不视为薄管壁，将有5％左右的数值误差。4.11列管式换热器由19根φ19×2mm、长为1.2m的钢管组成，拟用冷水将质量流量为350kg/h的饱和水蒸气冷凝为饱和液体，要求冷水的进、出口温度分别为1

7、5℃和35℃。已知基于管外表面的总传热系数为700W/（m2·K），试计算该换热器能否满足要求。解：设换热器恰好能满足要求，则冷凝得到的液体温度为100℃。饱和水蒸气的潜热L＝2258.4kJ/kgΔT2＝85K，ΔT1＝65K由热量守恒可得KAΔTm＝qmL即列管式换热器的换热面积为A总＝19×19mm×π×1.2m＝1.36m2＜4.21m2故不满足要求。4.13若将一外径70mm、长3m、外表温度为227℃的钢管放置于：（1）很大的红砖屋内，砖墙壁温度为27℃；（2）截面为0.3×0.3m2的砖槽