化工答案第六章传热.docx

第 六 章 传 热 习 题 热传导 6-1. 如图所示，某工业炉的炉壁由耐火砖 λ = 1.3W/(m·K)、绝热层 λ = 0.18W/(m·K)及普通砖 λ = 1 2 3 0.93W/(m·K)三层组成。炉膛壁内壁温度 1100℃，普通砖层厚 12cm, 其外表面温度为 50℃。通过炉壁的热损失为 1200W/m2, 绝热材料的耐热温度为 900℃。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 1解： q ? ? 1 ? 1 ?t ? t ?? ? 21 2 ? 2 2 ?t ? t ?? ? 32 3 ? 3 3 ?t ? t ? 3 4 1200 ? 0.93 ?t 0.12 3 ? 50? t 3 ? 155 ℃ 6-2. 如图所示，为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁 1/3 厚度处设置热电偶，测得 t =300℃, 2 t =50℃。求内壁温度 t 。设炉壁由单层均质材料组成。 3 1 解 ： q ? ? ?t ? t ?? ? ?t t ? ? 1 2 1 t ? 800 ℃ 1 ? 2 3 2 6-3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发，单位面积的蒸发速率为 0.048kg/（m2·s），与液体交界的金属壁的温度为 110℃。时间久后，液体一侧的壁面上形成一层 2mm 厚的污垢，污垢导热系数λ=0.65W/(m·K)。 设垢层与液面交界处的温度仍为 110℃，且蒸发速率需维持不变，求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热 r=2000kJ/kg。 解： q ? 0.048 ? 2000 ? 96kW/m2 t ? 405.38 ℃ 1 6-4. 为减少热损失，在外径 Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t(式中 t 为℃)，蒸汽管外壁温度为 180℃，要求保温层外壁温度不超过 50℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在 1×10-4kg/(m·s)以下，问保温层厚度应为多少？ 解：查 180℃水蒸汽 r ? 2019.3kJ/kg ? ? 0.103 ? 0.000198 ? ? 180 ? 50 ? ? 0.126 ? 2 ? W/(m﹒℃) ? ? *6-5. 如图所示，用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚δ 、直径 120mm 的圆形平板，置于冷、热两表面之间。热侧表面用电热器维持表面温度 t =200℃。冷侧表面用水夹套冷却，使表 1 面温度维持在 t =80℃。电加热器的功率为 40.0W。 2 由于安装不当，待测材料的两边各有一层 0.1mm 的静止气 2 层λ 气= 0.030W/(m·K)，使测得的材料热导率 λ′与真实值 λ 不同。不计热损失，求测量的相对误差，即(λ′-λ)/ λ。 解： Q ? ??A ?t ? t ? ? A?t ?1 ? t ? 2 ? 1 2 ?? Q t? t *6-6. 通过中空球壁导热的热流量 Q 可写成Q ? ? ??A m ?形式。 试证： A ? m (式中 A 、A A A1 21 A A 1 2 分别为球壁的内、外表面积。) 解： q ? Q ? ?? dt Qdr ? ??dt A dr 4?r 2 定态传热 Q 为恒值 *6-7. 有一蒸汽管外径 25mm，管外包以两层保温材料，每层厚均为 25mm。外层与内层保温材料的热 导率之比为? ? 2 1 ? 5 ，此时的热损失为 Q。今将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与外层保温层外 表面的温度均不变，则热损失为 Q′。求 Q′/Q，说明何种材料放在里层为好。 2?l?t 1 r 1 r 2?l?t 解：互换前： Q ? 1 r 1 r ln 2 ? ? r ? ln 3 ? r Q ?ln 2 ? r 1 1 ln 3 ?r ? 2 2  1 1 2 2 1 r 1 r 2?l?t ?互换后： ln 2 ? r 2 1 ln 3 ? ?r Q? ? 1 2 依据计算可知热导率小的材料在里层热损失小。 对流给热 6-8. 在长为 3m，内径为 53mm 的管内加热苯溶液。苯的质量流速为 172kg/(s·m2)。苯在定性温度下 的物性数据如下：μ=0.49mPa·s；λ=0.14W/(m·K)；C =1.8kJ/(kg·℃)。试求苯对管壁的给热系数。 p ?ud 172 ? 0.053 解： R ? e ? ? 1.86 ?104 ? 0.49 ?10?3 加热苯溶液，b=0.4 ?? 0.14 ? ?? 0.023 R0.8 P0.4 ? 0.023 ? ? ?  1.86 ?104 ? ? 6.3