最新第四章 习题解答.docx

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最新第四章习题解答

第四章习题解答

第四章习题解答

1．某食品加工厂冷库的墙壁由两层材料组成，内层为200mm厚的软木，软木的导热系数为0.04W/（m·℃）。

外层为250mm厚的红砖。

红砖的导热系数为0.7W/（m·℃）。

已知冷库内壁的温度为-20℃，红砖墙外壁的温度为25℃，试求通过冷库壁的热通量以及冷库墙壁两层材料接触面上的温度。

解：

由通过多层平壁的稳态热传导计算公式可知：

Q=Q1=Q2

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？

解：

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。

解：

逆流

热水：

98℃→75℃

果汁：

65℃←5℃

并流

热水：

98℃→75℃

果汁：

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？

解：

根据题意：

逆流

苹果酱：

80℃→20℃

冷却水：

17℃←10℃

并流

苹果酱：

80℃→20℃

冷却水：

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？

解：

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。

解：

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。

解：

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。

解：

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。

解：

由题意先计算换热器的热负荷：

热水：

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？

解：

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。

解：

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。

解：

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。

由总传热速率方程可知：

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？

解：

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。