第三章 传热.doc

第三章 传热 1. 红砖平壁墙，厚度为500mm，内侧温度为200℃，外侧温度为30℃，设红砖的平均导热系数为0.57 W/(m·℃)。试求：（1）单位时间、单位面积导出的热量；（2）距离内侧350mm处的温度。 解：（1）W/m2 (2) 解得：t’=81℃ 2. 在外径100mm的蒸汽管道外包一层导热系数为0.08 W/(m·℃)的绝热材料。已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m，试求绝热层厚度。 解： 解得：r2=69.9mm； 壁厚：r2-r1=19.9mm 3. 某燃烧炉炉墙由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0.92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。 解： 4. 燃烧炉炉墙的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝热砖。若炉墙的内表面温度t1为1400℃，外表面温度t3为100℃。试求导热的热通量及两种砖之间的界面温度。设两种砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1＝0.9+0.0007t，绝热砖的导热系数为λ2＝0.3+0.0003t。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： （a） ℃，℃；mm，mm 将以上数据代入(a)式解得：℃；（Ｗ／m2） 5. 设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙，其中最内层为耐火砖，中间层为绝热砖，最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为0.5m和0.25m，三种砖的导热系数分别为1.02 W/(m·℃)、0.14 W/(m·℃)和0.92 W/(m·℃)，已知耐火砖内侧为1000℃，普通砖外壁温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过940℃，普通砖内侧不超过138℃。 解： （a） 将t2=940℃代入上式，可解得b2=0.997m (b) 将t3=138oC 解得b2=0.250m 将b2=0.250m代入(a)式解得：t2=814.4℃ 故选择绝热砖厚度为0.25m 6. mm的不锈钢管，其材料热导率为21W/m·K；管外包厚40mm的石棉，其材料热导率为0.25W/(m·K)。若管内壁温度为330℃，保温层外壁温度为105℃，试计算每米管长的热损失； 解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下 , 每米管长的热损失：W/m 7. 蒸汽管道外包有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的对数平均直径为内层的2倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将变为原来的多少倍？说明在本题情况下，哪一种材料放在内层较为适合?解： 因为，所以 位置互换前，，，则每米管长的热损失 位置互换后，，，每米管长热损失q′ 故位置互换前，即导热系数小的材料放在内层时，会取得较好的保温效果。 8 常压下温度为20℃的空气以60m3/h的流量流过直径为?57?3.5mm、长度为3m的换热管内，被加热升温至80℃，试求管内壁对空气的对流传热系数。 解：空气的定性温度：℃。在此温度查得空气的物性数据如下： ，， m/s l/d=3/0.05=60 W/m2?K 9. 96%的硫酸在套管换热器中从90℃冷却至30℃。硫酸在直径为?25×2.5mm、长度为3m的内管中流过，流率为800kg／h。已知在管内壁平均温度下流体的粘度为9.3cP。试求硫酸对管壁的传热膜系数。已知硫酸在定性温度下的物性如下：， 解： ｍ/s 　　　　　（层流） 由于管子很细，液体黏度较大，故可忽略自然对流的影响，?可用下式计算： W/m2?K 10. 98％的硫酸以0.6m/s的流速在套管换热器的环隙间流动。 硫酸的平均温度为70℃，换热器内管直径为φ25×2.5mm，外管直径是φ51×3mm。试求：硫酸的对流传热系数。已知定性温度下硫酸的物性为： ， ；壁温60℃下硫酸黏度cP 解：以d1及d2分别代表内管外径和外管内径，则当量直径de为 m （过渡区） 湍流时的对流传热系数： W/m2?K 校正系数： 过渡区时对流传热膜系数： W/m2?K 11 水在一定流量下流过某套管换热器的内管，温度可从20℃升至80℃，此时测得其对流传热系数为1000W/(m2?K)。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60℃。 解： 由查得水物性：，，，。查得时，苯的物性：，，， 12 150℃的饱和水蒸汽在一根外径为10