课后答案(作业)
42页1、第四章4.2 某平壁材料的导热系数 W/(mK), T 的单位为。若已知通过平壁的热通量为q W/m2,平壁内表面的温度为。试求平壁内的温度分布。解:由题意,根据傅立叶定律有qdT/dy即q0(1T)dT/dy分离变量并积分整理得此即温度分布方程4.3 某燃烧炉的炉壁由500mm厚的耐火砖、380mm厚的绝热砖及250mm厚的普通砖砌成。其值依次为1.40 W/(mK),0.10 W/(mK)及0.92 W/(mK)。传热面积A为1m2。已知耐火砖内壁温度为1000,普通砖外壁温度为50。(1)单位面积热通量及层与层之间温度;(2)若耐火砖与绝热砖之间有一2cm的空气层,其热传导系数为0.0459 W/(m)。内外壁温度仍不变,问此时单位面积热损失为多少?解:设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r1、r2、r3。(1)由题易得r10.357 m2K/Wr23.8 m2K/Wr30.272m2 K /W所以有q214.5W/m2由题T11000T2T1QR1 923.4T3T1Q(R1R2) 108.3T450(2)由题,增加的热阻为r0.436 m2K/WqT/(r1r2r3r) 19
2、5.3W/m24.4某一60 mm3mm的铝复合管,其导热系数为45 W/(mK),外包一层厚30mm的石棉后,又包一层厚为30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.15W/(mK)和0.04 W/(mK)。试求(1)如已知管内壁温度为-105,软木外侧温度为5,则每米管长的冷损失量为多少?(2)若将两层保温材料互换,互换后假设石棉外侧温度仍为5,则此时每米管长的冷损失量为多少?解:设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为rm1、rm2、rm3。由题有rm1mm28.47mmrm2mm43.28mmrm3mm73.99mm(1)R/L3.73104Km/W0.735Km/W1.613Km/W2.348Km/WQ/L46.84W/m(2)R/L 3.73104Km /W2.758Km /W0.430Km /W 3.189Km /WQ/L34.50W/m4.5某加热炉为一厚度为10mm的钢制圆筒,内衬厚度为250mm的耐火砖,外包一层厚度为250mm的保温材料,耐火砖、钢板和保温材料的导热系数分别为0.38 W/(mK)、45 W/(mK)和0.10 W/(mK)。钢板的允许工作温度
3、为400。已知外界大气温度为35,大气一侧的对流传热系数为10 W/(m2K);炉内热气体温度为600,内侧对流传热系数为100 W/(m2K)。试通过计算确定炉体设计是否合理;若不合理,提出改进措施并说明理由。(补充条件:有效管径2.0m)解:设由耐火砖内侧表面和保温材料外测表面的面积分别为A1和A4,耐火砖、钢筒和保温材料的对数平均面积分别为Am1 、Am2 、Am3。钢板内侧温度为T。稳态条件下,由题意得:(因为钢板内侧温度较高,所以应该以内侧温度不超过400为合理)有效管径R=2.0 m带入已知条件,解得T463.5400计算结果表明该设计不合理改进措施:1、提高钢板的工作温度,选用耐热钢板;2、增加耐火砖厚度,或改用导热系数更小的耐火砖。4.9在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为192mm的钢管内流动,水的对流传热系数为3490 W/(m2K),煤油的对流传热系数为458 W/(m2K)。换热器使用一段时间后,管壁两侧均产生污垢,煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176 m2K/W和0.00026m2K/W,管壁的导热系数为45 W/(mK)。试求(1)基于管外表面积的总
4、传热系数;(2)产生污垢后热阻增加的百分数。解:(1)将钢管视为薄管壁则有K338.9W/(m2K)(2)产生污垢后增加的热阻百分比为注:如不视为薄管壁,将有5左右的数值误差。4.11列管式换热器由19根192mm、长为1.2m的钢管组成,拟用冷水将质量流量为350kg/h的饱和水蒸气冷凝为饱和液体,要求冷水的进、出口温度分别为15和35。已知基于管外表面的总传热系数为700 W/(m2K),试计算该换热器能否满足要求。解:设换热器恰好能满足要求,则冷凝得到的液体温度为100。饱和水蒸气的潜热L2258.4kJ/kgT285K,T165K由热量守恒可得KATmqmL即列管式换热器的换热面积为A总1919mm1.2m1.36m24.21m2故不满足要求。4.13若将一外径70mm、长3m、外表温度为227的钢管放置于:(1)很大的红砖屋内,砖墙壁温度为27;(2)截面为0.30.3m2的砖槽内,砖壁温度为27。试求此管的辐射热损失。(假设管子两端的辐射损失可忽略不计)补充条件:钢管和砖槽的黑度分别为0.8和0.93解:(1)Q12C1212A(T14T24)/1004由题有121,C12
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