传热习题解答.doc

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1、第三章习题解答3-29平壁炉炉壁由两种材料构成。内层为130mm厚的某种耐火材料，外层为250mm厚的某种普通建筑材料。此条件下测得炉内壁温度为820℃，外壁温度为115℃。为减少热损失，在普通建筑材料外面又包一层厚度为50mm的石棉，其导热系数为0.22W/m×℃。包石棉后测得的各层温度为：炉内壁820℃、耐火材料与普通建筑材料交界面为690℃，普通建筑材料与石棉交界面为415℃，石棉层外侧为80℃。问包石棉层前后单位传热面积的热损失分别为多少？解：加增石棉前后各界面处的温度符号如本题附图所示。习题3-29附图导热过程

2、达到定态时，加增石棉后热损失等于通过石棉的导热速率由此可求耐火材料和普通材料的导热系数：加增石棉前热损失速率：3-30如附图所示，炉壁由绝热砖A和普通砖B组成。已知绝热砖导热系数lA=0.25W/m×K，其厚度为210mm；普通砖导热系数lB=0.75W/m×K。当绝热砖放在里层时，各处温度如下：t1未知，t2=210℃,t3=60℃,tb=15℃。其中t1指内壁温度，tb指外界大气温度。外壁与大气的对流传热系数为a＝10W/m２×K。（1）求此时单位面积炉壁的热损失和温度t1；（2）如将两种砖的位置互换，假定互换前后t

3、1、tb及a均保持不变，求此时的单位面积热损失及t2和t3。解（１）Ｗ／m2℃习题3-30附图（２）利用互换前的数据将Ｂ的厚度求出：m互换后，Ｗ／m2℃℃3-29在外径为120mm的蒸汽管道外面包两层不同材料的保温层。包在里面的保温层厚度为60mm,两层保温材料的体积相等。已知管内蒸汽温度为160℃，对流传热系数为10000W/m2×K；保温层外大气温度为28℃，保温层外表面与大气的自然对流传热系数为16W/m2×K。两种保温材料的导热系数分别为0.06W/m×K和0.25W/m×K。钢管管壁热阻忽略不计。求（1）导热系

4、数较小的材料放在里层，该管道每米管长的热损失为多少？此时两保温层表面处的温度各是多少？（2）导热系数较大的材料放在里层，该管道每米管长的热损失为多少？此时两保温层表面的温度各是多少？解：r1=60mm，r2=120mm。因两层保温材料体积相等，mm（1）导热系数小的材料放在里层：由可得管壁温度：℃由可得内保温层外壁温度：℃由可得外保温层外壁温度：（2）在以上计算中，将l1和l2位置互换，可得导热系数较大材料放在里层的计算结果：Q’/l=105.9W/m；t2=159.98℃，t3=113.21℃；t4=34.7℃3-29

5、水在一定流量下流过某套管换热器的内管，温度可从20℃升至80℃，此时测得其对流传热系数为1000W/m2×℃。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60℃。解：由查得水物性：，，，。查得时，苯的物性：，，，3-30用实验来研究污垢对传热的影响。采用f28×1mm的铜管，水在管内流动，水蒸汽在管外冷凝。总传热系数K在很宽的流速范围内可用如下方程表示：对于清洁管：对于结垢的管：其中为水与管壁间对流传热系数的经验式，单位是W/(m2×K)，u为水的流速，m/

6、s。试求污垢热阻和蒸汽冷凝传热系数。（换热管壁很薄，可近似按平壁处理。且铜的导热系数很大，管壁热阻忽略不计）解：铜管值很大，所以管壁热阻可忽略。又因为管壁很薄，可近似按平壁计算K值：由可知，得管子结垢后：显然由于所以3-29某套管式换热器由f48×3mm和f25×2.5mm的钢管制成。两种流体分别在环隙和内管中流动，分别测得对流传热系数为a1和a2。若两流体流量保持不变并忽略出口温度变化对物性的影响，且两种流体的流动总保持湍流，试求将内管改为f32×2.5mm的管子后两侧的对流传热系数分别变为原来的多少倍。解：因为管内及

7、管外均为湍流，所以式中，，将内管改为f32×2.5mm后，，则即管内对流传热系数变为原来的0.583倍。环隙流速与环隙流通截面积成反比，即即管外（环隙）对流传热系数变为原来的1.57倍3-29某套管换热器由f57×3.5mm的内管和f89×4.5mm的外管构成（均为钢制） ，甲醇以5000kg/h的流量在内管流动，温度由60℃降至30℃，其与内管管壁的对流传热系数为1500W/m2×℃。冷却水在环隙流动，其进、出口温度分别为20℃和35℃。甲醇和冷却水逆流流动，忽略热损失和污垢热阻。试求（1）冷却水用量（kg/h）；（2

8、）所需要套管长度。甲醇物性数据：cp1=2.6kJ/kg×K；水的物性数据：cp2=4.18kJ/kg×K；r2=996.3kg/m3；l2=0.603W/m×K；m2=0.845×10-3Pa×s换热管管材导热系数l=45W/m×K。解：（1）冷却水用量由热量衡算式求得：（2）对数平均传热温差℃环隙当量直径：水在环