华东理工大学化工原理考研资料课后习题第06章传热

华东理工大学化工原理考研资料课后习题第06章传热

第 六 章 习 题

热传导

1. 某工业炉的炉壁由耐火砖λ1 = 1.3W/(m K)、绝热层λ2 = 0.18W/(m K)及普通砖λ3 = 0.93W/(m K)三层组成。炉膛壁内壁温度1100℃, 普通砖层厚12cm, 其外表面温度为50℃。通过炉壁的热损失为1200W/m2, 绝热材料的耐热温度为900℃。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。

设各层间接触良好, 接触热阻可以忽略。

习题1附图 习题2附图

2. 为测量炉壁内壁的温度, 在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶, 测得t2=300℃, t3=50。求内壁温度t1。设炉壁由单层均质材料组成。

3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发, 单位面积的蒸发速率为0.048kg/(m2 s), 与液体交界的金属壁的温度为110℃。时间久后, 液体一侧的壁面上形成一层2mm厚的污垢, 污垢导热系数λ=0.65W/(m K)。

设垢层与液面交界处的温度仍为110℃, 且蒸发速率需维持不变, 求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热γ=2000kJ/kg。

4. 为减少热损失, 在外径Φ150mm的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t(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1×10-4kg/(m s)以下, 问保温层厚度应为多少?

*5. 用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚δ、直径120mm的圆形平板, 置于冷、热两表面之间。热侧表面用电热器维持表面温度t1=200℃。冷侧表面用水夹套冷却, 使表面温度维持在t2=80℃。电加热器的功率为40.0W。

由于安装不当, 待测材料的两边各有一层0.1mm的静止气层λ气= 0.030W/(m K), 使测得的材料导热系数λ’与真实值λ不同。不计热损失, 求测量的相对误差, 即(λ’-λ)/ λ。

习题5 附图 习题6 附图

*6. 通过中空球壁导热的热流量Q可写成如下的形式

Q= t δ/(λAm)

试证： Am=

A1 A2 259

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式中A1、A2分别为球壁的内、外表面积。

*7. 有一蒸汽管外径25mm, 管外包以两层保温材料, 每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的导热系数之比为λ2 /λ1 =5, 此时的热损失为Q。今将内、外两层材料互换位置, 且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变, 则热损失为Q‵。求Q’/Q, 说明何种材料放在里层为好。

对流给热

8. 在长为3m, 内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/(s m2)。苯在定性温度下的物性数据如下： μ=0.49mPa s; λ=0.14W/(m K); Cp=1.8kJ/(kg ℃)。

试求苯对管壁的给热系数。

9. 在常压下用列管换热器将空气由200℃冷却至120℃, 空气以3kg/s的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm, 内有Φ25×2.5mm钢管38根。求空气对管壁的给热系数。

10. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油, 重油的平均温度tm=20℃, 蒸汽管外壁温度tw=120℃, 管外径为60mm。已知在定性温度70℃下重油的物性数据如下：

ρ=900kg/m3; Cp=1.88kJ/(kg ℃); λ=0.174W/(m ℃)。

运动粘度ν=2×10-3 m2/s, β=3×10-4 1/℃。

试问蒸汽对重油的热传递速率W/m2为多少?

11. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管, 由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍, 小管的(Gr Pr)=109。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少?

冷凝给热

12. 饱和温度为100℃的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置, 管外壁的温度维持96℃, 试求每小时冷凝的蒸汽量。

又若将管子水平放, 冷凝的蒸汽量又为多少?

热辐射

13. 用热电偶温度计测量管道中的气体温度。温度计读数为300℃, 黑度为0.3。气体与热电偶间的给热系数为60W/(m2 K), 管壁温度为230℃。求气体的真实温度。

若要减少测温误差, 应采用哪些措施?

14. 功率为1kW的封闭式电炉, 表面积为0.05m2, 表面黑度0.90。电炉置于温度为20℃的室内, 炉壁与室内空气的自然对流给热系数为10W/(m2 K)。求炉外壁温度。

15. 盛水2.3kg的热水瓶, 瓶胆由两层玻璃壁组成, 其间抽空以免空气对流和传导散热。玻璃壁镀银, 黑度0.02。壁面面积为0.12 m2, 外壁温度20℃, 内壁温度99℃。问水温下降1℃需要多少时间? 设瓶塞处的热损失可以忽略。

*16. 两平行平板的温度分别为t1=400℃、t2=150℃, 黑度分别为ε1 =0.65, ε2=0.90。今在两板之间插入第3块平行平板, 该板厚度极小, 两侧面(A、B面)温度均一但黑度不同。当A面朝板1, 达到定态后板3的平衡温度为327℃。 当B面朝板1, 达到定态后板3的温度为277℃。设各板之间距离很小, 求板3的A、B两面的黑度εA、εB各为多少?

习题16附图 习题17附图

*17. 试证明在定态传热过程中, 两高、低温(TA>TB)的固体平行平面间装置n 片很薄的平行遮热板时(如图示), 传热量减少到原来不安装遮热板时的1/(n+1)倍。设所有平面的表面积、黑度均相等，平板之间的距离很小。

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传热过程计算

18. 热气体在套管换热器中用冷水冷却, 内管为Φ25×2.5mm钢管, 导热系数为45W/(m K)。冷水在管内湍流流动, 给热系数α1 =2000W/(m2 K)。热气在环隙中湍流流动, α2=50W/(m2 K)。不计垢层热阻, 试求

(1) 管壁热阻占总热阻的百分数；

(2) 内管中冷水流速提高一倍, 总传热系数有何变化?

(3) 环隙中热气体流速提高一倍, 总传热系数有何变化?

19. Φ68×4mm的无缝钢管，内通过0.2MPa(表)的饱和蒸汽。管外包30mm厚的保温层λ=0.080W/(m K), 该管设置于温度为20℃的大气中, 已知管内壁与蒸汽的给热系数α1 =5000W/(m2 K), 保温层外表面与大气的给热系数α

22=10W/(m K)。求蒸汽流经每米管长的冷凝量及保温层外表面的温度。

20. 外径1.2m的球形贮罐内放-196℃的液氮, 罐外覆以λ=0.02W/(m K)的绝热材料以减少向大气的冷量损失。保温层外壁的温度不低于28 ℃, 以免露水凝结。大气温度为32℃, 大气与保温层外壁的给热系数为12 W/(m2 K), 罐内液氮对壁的给热热阻以及罐壁的热阻均可忽略, 计算绝热材料应有的厚度。

注: 球壁导热公式参见题6。

21. 用不同的水流速度对某列管式冷凝器作了两次试验, 第一次冷凝器是新的, 第二次冷凝器已使用过一段时期之后。试验结果如表所示： 试 验 次 数

流速 m/s

传热系数 K W/(m ℃) 第 一 次 1.0 2.0 1200 1860 第二次 1.0 1100

上表中传热系数均以外表面为基准。管子尺寸为Φ28×2.5mm, 导热系数为45W/(m2 ℃)。水在管内流动是高度湍流, 饱和蒸汽在管外冷凝。两次实验条件相同。试求：

(1) 第一次试验中, 管外给热系数α1 , 以及当水速为2m/s时管内给热系数α2；

(2) 试分析在相同的水流速下, 两次实验的传热系数数值不同的原因, 并得出定量计算的结果。

*22. 一内径 …… 此处隐藏：6308字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……