第四章 习题
2. 燃烧炉的内层为460mm 厚的耐火砖,外层为230mm 厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t 1为1400℃,外表面温度t 3为100℃。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为t 0007.09.01+=λ,绝缘砖的导热系数为t 0003.03.02+=λ。两式中t 可分别取为各层材料的平均温度,单位为℃,λ单位为W/(m·℃)。
解:设两砖之间的界面温度为2t ,由
23121212t t t t b b λλ--=,得
2223312
23140010094946010/(0.90.000723010/(0.30.0003)22t t t C t t t t ----=?=++?+?
?+?热通量
212
1689/14009490.40/0.970.00072t t q W m -==+??+? ???
4.蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层,设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置,假定其他条件不变,试问每米管长的热损失将改变多少?说明在本题情况下,哪一种材料包扎在内层较为适合?
解:设外层的平均直径为2m d ,内层平均
直径为1m d ,则212m m d d =且21
2λλ=。
由导热效率方程知: ()()22111122m m m t t b b b S d L d L λλλπλπ==++?1m1Q=b S 1154m t d L b πλ?? 两层材料位置互换后:
'1111122m m m t d L t
Q b b b d L d L πλπλπλ
?==+ 所以:''5 1.254Q q Q q ===即:' 1.25q q =
两层保温材料互换位置后,单位管长的热损失增加。
说明在本题情况下,导热系数小的材料放在内层较为合适。
6. 在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为mm mm 219?φ的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为
349OW/(m 2·℃ ),管外油侧对流传热系数
为258 W/(m 2·℃ )。换热器在使用一段
时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污
垢热阻为0.00026 m 2·℃ / W,油侧污垢热
阻为0.000176 m 2·℃ / W 。管壁导热系数
λ为45 W/(m ·℃)。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)总传热系数0k
0000001
1s si m i i i k bd d d R R d d d αλα=++++
()
2110.0021919190.0001760.00026258451715349015208/W m C =?+++?+??=?
(2)产生污垢后热阻增加的百分数为:
19
0.0001760.000281510011.8.1190.0001760.0002820815+??=??-+? ???
7:在并流换热器中,用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃,油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变,若原换热器的管长为1m 。试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。
解:平均温度差为 (15015)(10040)92.5.135ln 60
m t C ---== 由热量恒算可得:
211240150.5.150100
n ph
c pc W C t t W c T T --===-- 当油的出口温度降到80
C 时,由热量恒算:
'2(15080)(15).n pn c pc Q W c W c t =-=-
解得:'250.
t C =
'(15015)(8050)0.135ln 30m t C ---==> 由传热速率方程分别可得: 原换热器:(150100)92.5.n pn m W c ks t k n dL π-==??
新换热器:''''(15080)70.
7092.51 1.85.5070n pn m W c ks t k n dL L m π-==??=??=
(注:可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!)