第二章-传热习题答案

2 1 一食品冷藏室由内层为 19 mm 厚的松木 中层为软木层 外层为 51 mm 厚的混凝 土所组成 内壁面温度为 17 8 混凝土外壁面温度为 29 4 松木 软木和混凝土的平 均热导率分别为 0 151 0 043 3 0 762 W m K 要求该冷藏室的热损失为 15W m2 求所需 软木的厚度及松木和软木接触面处的温度 解 三层平壁的导热 1 所需软木的厚度 2 b 由 3 1 41 i i i b TT q 得 151 0 019 0 0433 0 762 0 051 0 8 17 4 29 15 2 b 解得 mb128 0 2 2 松木和软木接触面处的温度 3 T 由 151 0 019 0 8 17 15 3 T q 解得 9 15 3 T 解题要点 多层平壁热传导的应用 解题要点 多层平壁热传导的应用 2 2 为减少热损失 在外径为 150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层 已知保温材料的 热导率 0 103 0 000 198 T 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 4 kg m s 以下 问保 温层厚度应为多少 计算时可假定蒸汽在 180 下冷凝 解 保温层平均热导率为 126 0 2 50180 1098 1 103 0 4 KmW 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度 即保温层内壁面温度 故为一层导热 由 得 2 1 2 21 r r Ln TTL Q 1 2 1 2 21 r r Ln TT L Q 式中 mW L Wr L Q 9 201 1 10 3 2019101 34 将其及其它已知数据代入式 1 得 075 0 50180 126 0 2 9 201 2 r Ln 解得 mr125 0 2 mmm5005 0 075 0 125 0 壁厚 解题要点 单层圆筒壁热传导的应用 解题要点 单层圆筒壁热传导的应用 2 8 烤炉内在烤一块面包 已知炉壁温度为 175 面包表面的黑度为 0 85 表面温度 为 100 表面积为 0 064 5 m2 炉壁表面积远远大于面包表面积 求烤炉向这块面包辐射 传递的热量 解 两物体构成封闭空间 且 由下式计算辐射传热量 21 SS W TTSQ 0 65 448373 0645 0 85 0 1067 5 448 4 2 4 111012 负号表示炉壁向面包传递热量 解题要点 辐射传热的应用 两个灰体构成的封闭空间 解题要点 辐射传热的应用 两个灰体构成的封闭空间 2 10 在逆流换热器中 用初温为 20 的水将 1 25 kg s 的液体 比热容为 1 9 kJ kg K 密度为 850 kg m3 由 80 冷却到 30 换热器的列管直径为 25 mm 2 5 mm 水走管 内 水侧和液体侧的对流传热系数分别为 850 W m2 K 和 1 700W m2 K 污垢热 阻可忽略 若水的出口温度不能高于 50 求水的流量和换热器的传热面积 解 传热量为 W TTcWQ hhphh 33 21 1075 118 3080 109 125 1 又 12ccpcc TTcWQ skg TTc Q W ccpc c 9454 0 2050 10187 4 1075 118 3 3 12 即冷水流量为 skg 9454 0 取管壁的热导率 则有 45KmW 5 471 850 1 20 25 20 25 452 1025 1700 1 1 1 2 1 1 2 3 KmW Ln d d d d Ln d K ii O i OO O O 传热面积由下式计算 1 mO O TK Q S 热流体 3080 冷流体 2050 30 1 T10 2 T 2 18 10 30 1030 2 1 21 Ln T T Ln TT Tm 将已知值代入式 1 得 2 3 8 13 2 18 5 471 1075 118 mSO 解题要点 能量平衡方程与传热速率方程的综合应用 解题要点 能量平衡方程与传热速率方程的综合应用 2 11 在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油 温度为 160 的饱和蒸汽在壳 程冷凝 冷凝液在饱和温度下排出 食用油在管程流动 并由 20 加热到 106 列管换 热器尺寸为 列管直径为 19 mm 2 mm 管长为 4 m 共有 25 根管子 若换热器的传 热量为 125 kW 蒸汽冷凝传热系数为 7 000 W m2 K 油侧污垢热阻为 0 000 5 m2 K W 管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略 求管内油侧对流传热系数 又若油的流速增加一倍 此时若换热器的总传热系数为原来的 1 75 倍 求油的出口温度 假设油的物性不变 解 1 管内油侧的对流传热系数 对数平均温差 水蒸汽 160160 食用油 20106 54 1 T140 2 T 3 90 140 54 14054 2 1 21 Ln T T Ln TT Tm 传热面积 2 966 5 4019 025mLdnS OO 总传热系数 0 232 3 90966 5 10125 2 3 KmW TS Q K mO O 而 0 232 15 19 0005 0 15 19 7000 1 1 11 1 2 KmW R d d d d K i si i o ii o O O 解得 4 358 2 KmW i 2 油的流速加倍后的出口温度 由 2 1 21 12 cs cs cscs OOccpcc TT TT Ln TTTT SKTTcW 得 pcc OO cs cs cW SK TT TT Ln 2 1 2 1 2 1 c c O O pcc OO pcc OO cs cs cs cs W W K K cW SK cW SK TT TT Ln TT TT Ln 即 875 0 2 1 75 1 106160 20160 160 20160 2 Ln T Ln c 解得 2 99 2 c T 解题要点 能量平衡方程与传热速率方程的综合应用 解题要点 能量平衡方程与传热速率方程的综合应用 2 12 在列管换热器中用冷水冷却油 水在直径为 19 mm 2 mm 的列管内流动 已知 管 内水侧对流传热系数为 3 490 W m2 K 管外油侧对流传热系数为 258 W m2 K 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 0 000 26 m2 K W 油侧污垢热阻为 0 000 176 m2 K W 管壁的热导率为 45 W m K 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 以外表面为基准 1 基于管外表面的总传热系数 O K 产生污垢前的总热阻 WKmLn r r r r Ln r R ii O i OO O O 1029 4 349015 19 15 19 452 1019 258 1 1 23 3 233 1029 4 11 2 3 KmW R K O O 2 产生污垢后热阻增加的百分数 R 产生污垢后的总热阻 WKm r r RRRR i O sisOOO 1079 4 15 19 00026 0 000176 0 1029 4 233 7 11 100 29 4 29 4 79 4 O OO R RR R 解题要点 传热系数的计算 解题要点 传热系数的计算 2 13 在套管换热器中采用并流的方式用水冷却油 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 且仍为并流 换热器除管长外 其他尺寸不 变 若原换热器的管长为 1 m 求现在需要的管长 设换热器的热损失可忽略 解 热量衡算 忽略热损失 情况改变前 1 1540 100150 pccphh cWcWQ 情况改变后 2 15 80150 2 cpccphh TcWcWQ 2 1 得 100150 80150 1540 15 2 c T 解得 50 2 c T 情况改变前 热油 100150 冷水 4015 135 1 T60 2 T 5 92 60 135 60135 2 1 21 Ln T T Ln TT Tm 情况改变后 热油 80150 冷水 5015 135 1 T30 2 T 8 69 30 135