最新第四章 习题解答Word格式.docx
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又传热面积S为定值,故有:
q=q1=q2
故,t2=22℃
2.一面包炉的炉墙由一层耐火黏土砖,一层红砖及中间的硅藻土填料层组成。
硅藻土层的厚度为50mm,导热系数为0.14W/(m·
℃),红砖层的厚度为250mm,导热系数为0.7W/(m·
若不采用硅藻土层,红砖层的厚度必须增加多少才能达到同样的保温效果?
若不采用硅藻土层,则新增的红砖层的热阻必须与原硅藻土层的热阻值相等,故有:
3.在一预热器中,采用热水为加热介质预热果汁,热水进口温度为98℃,出口温度降至75℃,而果汁的进口温度为5℃,出口温度升至65℃。
试分别计算两种流体在预热器内呈并流和逆流的平均温度差。
逆流
热水:
98℃→75℃
果汁:
65℃←5℃
并流
5℃→65℃
4.采用套管式换热器冷却苹果酱,苹果酱的质量流量为100kg/h,比热容为3817J/(kg·
℃),进口温度为80℃,出口温度为20℃。
套管环隙逆流通冷却水,进口温度为10℃,出口温度为17℃。
总传热系数K为568W/(m2·
求:
所需的冷却水流量。
传热平均温度差及所需传热面积。
若采用并流,两流体的进、出口温度不变,则传热平均温度差及所需传热面积为多少?
根据题意:
苹果酱:
80℃→20℃
冷却水:
17℃←10℃
10℃→17℃
5.在烤炉内烤制一块面包。
已知炉壁的温度为180℃,面包的表面温度为100℃,面包表面的黑度为0.85,表面积为0.0645m2,炉壁表面积远远大于面包表面积,试估算烤炉向这块面包辐射传递的热量?
本题属于表4-12中辐射情况3,故
6.水蒸气管道外径为108mm,其表面包一层超细玻璃棉毡保温,超细玻璃棉毡热导率随温度t的变化关系是:
λ=0.033+0.00023tW/(m·
K)。
水蒸气管道外表面的温度为150℃,要求保温层外表面的温度不超过50℃,且每米管道的热量损失不超过160W/m,求所需保温层厚度。
由题意可知:
则保温层在平均温度下的热导率为:
7.一冷藏瓶由真空玻璃夹层构成,夹层中双壁表面上镀银,镀银壁面黑度为0.02,外壁内表面温度为35℃,内壁外表面温度为0℃。
试计算每单位面积容器壁由于辐射传热的散热量。
假设冷藏瓶真空玻璃夹层内壁的面积为S,由于两壁之间间距很小,故本题可视为表4-12中辐射情况4,则:
8.果汁在Φ32mm×
3.5mm的不锈钢管中流过,外面用蒸汽加热。
不锈钢的导热系数为17.5W/(m·
℃),管内牛奶侧的对流传热系数为500W/(m2·
℃),管外蒸汽侧的对流传热系数为8000W/(m2·
求总传热系数K。
若管内有1mm厚的污垢层,垢层的导热系数为1.5W/(m·
℃),求热阻增加的百分数。
9.香蕉浆在列管式换热器内与热水并流流动,热水在管外流动。
香蕉浆的流量为500kg/h,比热容为3.66kJ/(kg·
℃),进口温度为16℃,出口温度为75℃。
热水的流量为2000kg/h,进口温度为95℃,换热器的总传热系数为60W/(m2·
℃),求换热器的传热面积。
由题意先计算换热器的热负荷:
95℃→82.1℃
香蕉浆:
16℃→75℃
故换热器的传热平均温度差为:
10.有一加热器,为了减少热损失,在加热器的平壁外表面包一层导热系数为0.16W/(m·
℃),厚度为300mm的绝热材料。
已测得绝热层外表面的温度30℃,另测得距加热器平壁外表面250mm处的温度为75℃,求加热器平壁外表面的温度为多少?
由通过平壁的稳态热传导的计算公式可知:
11.在一单壳程、四管程的列管式换热器中,冷水在管程流动,其进、出口温度分别为15℃和32℃;
热油在壳程流动,其进、出口的温度分别为120℃和40℃。
热油的流量为2.1kg/s,其平均比热容为1.9kJ/(kg·
若换热器的总传热系数Ko为450W/(m2·
℃),换热器的热损失可忽略不计,试计算换热器的传热面积。
由总传热速率方程可知:
由题意可知换热器的热负荷Q为:
12.有一列管式换热器由Φ25mm×
2.5mm、长为3m的60根钢管组成。
热水走管内,其进、出口温度分别为70℃和30℃;
冷水走管间,其进、出口温度分别为20℃和40℃,冷水流量为1.2kg/s。
热水和冷水在换热器内做逆流流动。
试求换热器的总传热系数。
假设热水和冷水的平均比热容可取为4.2kJ/(kg·
℃),换热器的热损失可忽略不计。
本题为对现有的换热器进行实验测定,通过测定流体的流量和温度等,利用总传热速率方程即可计算K值。
由实验测得的K值,也可作为设计同一种类型换热器的依据。
热负荷Q可由冷水的热量衡算求得:
传热面积为:
逆流平均温度差为:
则
13.某乳品厂每小时应将3吨鲜奶从10℃加热到85℃。
采用表压100kPa的饱和水蒸气加热。
牛奶的比热容可取为3.9kJ/(kg·
℃),密度为1030kg/m3。
今有一列管式换热器,内有36根Φ25mm×
2mm的不锈钢管,分4程,长2m。
由实验知其传热系数约为1000W/(m2·
℃),试问采用该换热器能否完成换热任务?
所需的传热量(热负荷)为:
所需传热面积为:
表压100kPa的饱和水蒸气即绝对压强201.3kPa的饱和水蒸气,其温度为120.4℃,故传热平均温度差为:
故所能达到的传热量(热负荷)为:
由于Q’>
Q,因此可以完成传热任务。