化工原理答案 (2).pdf

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1、钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209整理第四章传热及换热设备1．用平板法测定材料的热传导系数，主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量表面温度。设平板的热传导面积2为0.03m，厚度为0.01m。测量数据如下：电热器材料表面温度℃安培数A伏特数V高温面低温面2.81403001002.311520050试求：（1）该材料的热传导系数。该材料热传导系数与温度的关系为线性：λ=λ1(+at)，则λ和a值为多少？00λ解：(1)Q=AΔtb8.2×140×.001λ==.065w/m.k1.003×(300−100)3.2×5

2、.1×.001λ==.059w/m.k2.003×(200−50)λ+λ12λ=()/2=0.65+0.59=0.62w/m.k2(2)λ=λ(1+at)00.65=λ(1+200a)0.59=λ(1+125a)00-3解得：λ=0.49a=1.63×1002．平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度和热导热系数如下：热导热系数λ，序号材料厚度b，mm-1-1W⋅m⋅℃1（内层）耐火砖2001.072绝缘砖1000.143钢645若耐火砖内层表面的温度t1为1150℃，钢板外表面温度t2为30℃，又测得通过炉壁的-2热损失为300W⋅m，试计算热传导的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，

3、试分析原因并计算附加热阻。1钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209整理Q∑Δt1150−302解：===1242w/mA∑R2.01.0.0006++.107.01445计算比测量大，存在附加热阻（由于层与层之间接触不好有空气），设附加热阻为Ri则：1150−30300=2.01.0.0006+++Ri.107.01445Ri=2.83m.k/w3．设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。耐火砖和普通砖的厚度为0.5m-1-1-1-1-1-1和0.25m。三种砖的热传导系数分别为1.02W⋅m⋅℃、0.14W⋅m⋅℃和0.92W⋅m⋅℃，已知耐火砖内侧为1000℃，外

4、界温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃，普通砖不超过138℃。Qλ1Δt1λ2Δt2解：==Ab1b2λ1=1.02w/m.℃b1=0.5mΔt1=1000−940λ2=0.14w/m.℃b2=?Δt2=940−138解得：b2=0.92m4．有一外径为150mm的钢管，为减少热损失，今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料的热传导系数之比λ/λ=2，两层绝热层厚度相等皆为30mm。试问应把哪一种材料21包在里层时，管壁热损失小。设两种情况下两绝热层的内外温度不变。解：λ1（小的导热系数）包在内层，热损失小∑ΔtiΔt2πL(r3−r2)由Q==A=

5、m2∑Rib1+b2lnr3λ1Am11λ2Am2r2Δt2πL(r−r)21及Q′=A=m1b1b2r2+lnλ1Am1λ2Am2r1Δt=常数b1=b21111可以证明+>+（λ2=2λ1）λAλAλAλA1m12m22m11m2第一种热阻大，所以热损失少。2钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209整理-1-15.外径为50mm的管子，其外包扎有一层厚度为40mm，热传导系数为0.13W⋅m⋅℃的绝热材料。管子外表面的平均温度t1为800℃。现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系数为0.09-1-1W⋅m⋅℃的氧化镁绝热层，使该层的外表面温度t3为87℃，设管子的外表面温度仍为80

6、0℃。外界环境温度tα为20℃。试求氧化绝热层的厚度。假设各层间接触良好。解：t1=800℃t2=?t3=87℃ta=20℃r1=25mmr2=65mmr3=r2+x=65+xmm222λ1=0.13w/m.kλ2=0.09w/m.khT=9.4+0.052×（87-20）=12.88w/m.K2πLλ1(t1−t2)2πLλ2(t2−t3)q===hTπLd(87−20)r2r3lnlnr1r2-3-3d=0.05+0.08+2×10x=0.13+2×10x解得：x=18mm6．试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数h的准数关联式。已知h为下列变量的函数：h=f(λ,C,ρ

7、,μ,u,l)，式中λ、Cp、ρ、μ分别为流体的热传导系数、比定p压热容、密度、粘度、u为流体流速，l为传热设备定型尺寸。bdcefg解：设h=QλCρμuL（1）p⎡M⎤⎡ML⎤⎡L⎤⎡M⎤由量纲式h=λ=U=μ=⎢3⎥⎢3⎥⎢⎥⎢⎥⎣θT⎦⎣θT⎦⎣θ⎦⎣L.θ⎦2⎡L⎤⎡M⎤C=ρ=L=[L]p⎢θ2.K⎥⎢L3⎥⎣⎦⎣⎦xy代入（1）两边的量纲相同，可以解得：Nu=f(Re,Pr)=a′RePra′，x，y为常数，由试验确定。7．苯流过一套管换热器