热工过程与设备(第二三章)习题解答.ppt

热工过程与设备(第二章)习题解答,10.解：设为一维稳定导热已知Φ = 10.6(W)，δ = 20mm = 0.02m，石棉板面积为F = 0.2×0.2 = 0.04m2，t1 = 180℃，t2 = 30℃据Φ = (t1 - t2)×F×(λ/δ)，得：石棉板的导热系数为： λ = Φδ/[(t1 - t2)F] = 10.6×0.02/[(180 - 30)×0.04] = 0.035(W/m·℃),热工过程与设备(第二章)习题解答,11.解：查附录4可知，该耐火粘土砖的导热系数与温度的关系为：λ = 0.698 + 0.64×10-3 tm又：tm = (1200 + 40)/2 = 620℃故，此温度区间的平均导热系数为：λ = 0.698 + 0.64×10-3×620 = 1.1又据：q = (λ/δ)×(t1 - t2)得通过该墙壁的热流密度为：,热工过程与设备(第二章)习题解答,Q = (λ/δ)×(t1 - t2) = (1.1/0.48)×(1200 - 0) = 2646(W/m2)因耐火砖内温度的分布呈线性关系，故距内墙0.12m、0.24m、0.36m处的温度分别为：1200 - (1200 - 40)×0.12/0.48 = 910℃1200 - (1200 - 40)×0.24/0.48 = 620℃1200 - (1200 - 40)×0.36/0.48 = 330℃,热工过程与设备(第二章)习题解答,12.解：(1)计算各层的热阻据：Rt = δ/λ，有：Rt1 = δ1/λ1 = 0.23/1.29 = 0.1783 Rt2 = δ2/λ2 = 0.113/0.44 = 0.2568Rt3 = δ3/λ3 = 0.24/0.58 = 0.4138(2)计算通过该墙的热流密度 q = (1000 - 20)/(0.1783 + 0.2568 + 0.4138) = 1154(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,(3)计算界面温度粘土砖与轻质粘土砖之间的界面温度为： 1000 - 1154×0.1783 = 794℃轻质粘土砖与红砖之间的界面温度为： 794 - 1154×0.2568 = 498℃(4)假设红砖与粘土砖的导热系数不变，在去掉轻质粘土砖之后，欲使热损失不变，设这时红砖的厚度应为δ，据：q = Δt/ΣRt,热工过程与设备(第二章)习题解答,有： Q = (1000 - 20)/(0.23/1.29 + δ/0.58)由此可得：δ = 0.389m即，此时红砖的厚度要389mm厚才行。

14.解：(1)计算直径d1 = 150mm，d2 = 159mm，d3 = 169mm，d4 = 329mm，d5 = 339mm热工过程与设备(第二章)习题解答,(2)计算各层热阻据：Rt,l = [1/(2πλ)]×㏑(d2/d1)已知λ1 = 45，λ2 = 0.1，λ3 = 0.09，λ4 = 0.12，代入数据，计算各层热阻，得： Rt,l1 = [1/(2πλ1)]×㏑(d2/d1) ≈ 0 Rt,l2 = [1/(2πλ2)]×㏑(d3/d2) = 0.0971 Rt,l3 = [1/(2πλ3)]×㏑(d4/d3) = 1.1786 Rt,l3 = [1/(2πλ4)]×㏑(d5/d4) = 0.0397,热工过程与设备(第二章)习题解答,(3)计算每米长的热损失 ql = (t1- t5)/(Rt,l1 + Rt,l2 + Rt,l3 + Rt,l4) = (170- 30)/(0+0.0971+1.1786+0.0397) =106(W/m)(4)计算保温层内的温度分布 t2 = t1 - ql · Rt,l1 = 170 - 106×0 = 170℃ t3 = t1 - ql · (Rt,l1 + Rt,l2) = 170 - 106(0 + 0.0971) = 160℃,热工过程与设备(第二章)习题解答,t4 = t1- ql · (Rt,l1 + Rt,l2 + Rt,l3) = 170 - 106(0 + 0.0971 + 1.1786) = 35℃ 16.解：据公式：Num = C · (Gr · Pr)mn取空气与壁面的平均温度为定性温度，即tm = (30+ 140)/2 = 85℃由此定性温度，查附录1，得：λ= 0.0309，υ= 21.64×10-6(m2/s)，Pr=0.691,热工过程与设备(第二章)习题解答,定形尺寸为：l = h= 2.8m。

根据：Gr = β g Δt l3/υ2得： Gr = 9.81×1/(273+ 85)×110×2.83/(21.64×10-6)2 = 14.13×1010以及：Gr · Pr = 14.13×1010×0.699 = 9.764×1010查表2-1，得：C = 0.1，n = 1/3,热工过程与设备(第二章)习题解答,故： Num = C · (Gr · Pr)mn = 0.1×(9.764×1010)1/3= 460.5又据：Nu = αl/λ，有：α= Nu·λ/l故： α= 460.5×0.0309/2.8 = 5.082由此可计算出通过该竖壁每平方壁面的自然对流换热量，为： q = α( tf - tw) = 5.082 ×(140 - 30) = 559(w/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,19.解：先确定是否为强制对流换热，即先求Ref是否处在104~12×104范围内由tf = 100℃，查附录1，得：λ= 0.0321，υ= 23.13×10-6(m2/s)，Pr = 0.688又据：Ref = ul/υ，定形尺寸l取管径，得：Ref = 5×0.06/23.13×10-6 = 1.297×104，故空气在管内的流动为湍流。

据题意：因为是气体被冷却，故：,热工过程与设备(第二章)习题解答,Nuf = 0.023Ref0.8 · Prf0.4即：Nuf = 0.023 (12970)0.8×(0.688)0.4 = 38.647据：Nu = αl/λ，有： α = Nu·λ/l = 38.647×0.0321/0.06 = 20.68故热风与管壁之间的换热量为：Ф = α(tf - tw) ·F = 20.68(100- 40)×2×3.14×0.03×4 = 935(W)l/d = 4/0.06 = 66.67＞50，故不需进行修正热工过程与设备(第二章)习题解答,21.解：设温度为20℃的平壁叫Ⅰ平面，温度为600℃的平壁叫Ⅱ平面1)据：E = C (T/100)4 = εC0 (T/100)4，得：两平壁的本身辐射分别为：E1 = ε1C0(T1/100)4 = 0.8×5.67×[(273 + 20)/100]4 = 334(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,E2 = ε2 C0 (T2/100)4 = 0.8×5.67×[(273 + 600)/100]4 = 26347(W/m2)(2)它们之间的净辐射传热量为：q12 = (E01 - E02)/[(1/ε1) + (1/ε2) - 1] = C0[(T1/100)4- (T2/100)4]/[(1/ε1)+(1/ε2)-1] = 5.67×{[(273 + 600)/100]4- [(273+20)/100]4}/1.5 = 21677(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,22.解：(1)据：q12 = (E01 - E02)/[(1/ε1) + (1/ε2) - 1] = C0 [(T1/100)4- (T2/100)4]/[(1/ε1) + (1/ε2) - 1]得：q12 = 5.67×{[(273 + 300)/100]4- [(273 + 50)/100]4}/(1/0.85 + 1/0.85 - 1) = 4062(W/m2)(2)当两板间置一黑度相同的遮热板，此时：q12′ = q12/2 = 2031(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,(3)当两板之间置一黑度为0.228的光泽镀锌铁皮时，据：q12 = C0 [(T1/100)4 - (T2/100)4]/ {(1/ε1) + (1/ε2) + 2[(1/εc) - 1]}得：q12′ = 5.67×{[(273 + 300)/100]4 - [(273 + 50)/100]4}/{(1/0.85) + (1/0.85) + 2[(1/0.228) - 1]} = 602(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,(4)当两板之间置一黑度为0.04的抛光铝箔时，同样据：q12 = C0 [(T1/100)4 - (T2/100)4]/ {(1/ε1) + (1/ε2) + 2[(1/εc) - 1]}得：q12′ = 5.67×{[(273 + 300)/100]4 - [(273 + 50)/100]4}/ {(1/0.85) + (1/0.85) + 2[(1/0.04) - 1]} = 109(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,24.解：对于气体的辐射，据：Eg = εg (T/100)4须先求出气体的黑度εg。

设气体的总压为105(Pa)，对于管径为0.5m的长管，据射线行程s = 0.9d，则：S = 0.9×0.5 = 0.45故：Pco2·s = 0.089×0.45 = 0.04， PH2O·s = 0.1×0.45 = 0.045,热工过程与设备(第二章)习题解答,气体的平均温度为：Tg = (1000 + 800)/2 = 900℃(1173K)根据气体平均温度，二氧化碳与水蒸汽的PCO2·s和PH2O·s数据，查图2-45和2-47，得：εCO2 ≈ 0.085，εH2O ≈ 0.065故，气体的黑度为： εg = εCO2+ εH2O = 0.085+ 0.065 = 0.15由此，气体的辐射力为：,热工过程与设备(第二章)习题解答,Eg = εg C0 (Tg/100)4 = 0.15×5.67×(1173/100)4 = 16103(W/m2)即气体在该条件下辐射力为16103(W/m2) 26.解：(1)计算通过热风管每米长怕热损失d1= 1000mm = 1m，δ1 = 250mm = 0.25m，λ1 = 4.86；δ2 = 10mm = 0.01m，λ2 = 194；δ3 = 200mm = 0.2m，λ3 = 0.73。