课后答案(作业).doc

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1、第四章4.2某平壁材料的导热系数W/(m·K),T的单位为℃。若已知通过平壁的热通量为qW/m2,平壁内表面的温度为。试求平壁内的温度分布。解:由题意,根据傅立叶定律有q=-λ·dT/dy即q=-λ0(1+αT)dT/dy分离变量并积分整理得此即温度分布方程4.3某燃烧炉的炉壁由500mm厚的耐火砖、380mm厚的绝热砖及250mm厚的普通砖砌成。其λ值依次为1.40W/(m·K),0.10W/(m·K)及0.92W/(m·K)。传热面积A为1m2。已知耐火砖内壁温度为1000℃,普通砖外壁温度为50℃。(1)单位面积热通量及层与层之间温度;(2)若耐火砖与绝热砖之间有一2c

2、m的空气层,其热传导系数为0.0459W/(m·℃)。内外壁温度仍不变,问此时单位面积热损失为多少?解:设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r1、r2、r3。(1)由题易得r1===0.357m2·K/Wr2=3.8m2·K/Wr3=0.272·m2K/W所以有q==214.5W/m2由题T1=1000℃T2=T1-QR1=923.4℃T3=T1-Q(R1+R2)=108.3℃T4=50℃(2)由题,增加的热阻为r’=0.436m2·K/Wq=ΔT/(r1+r2+r3+r’)=195.3W/m24.4某一φ60mm×3mm的铝复合管,其导热系数为45W/(m·K),外包一层厚

3、30mm的石棉后,又包一层厚为30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.15W/(m·K)和0.04W/(m·K)。试求(1)如已知管内壁温度为-105℃,软木外侧温度为5℃,则每米管长的冷损失量为多少?(2)若将两层保温材料互换,互换后假设石棉外侧温度仍为5℃,则此时每米管长的冷损失量为多少?解:设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为rm1、rm2、rm3。由题有rm1=mm=28.47mmrm2=mm=43.28mmrm3=mm=73.99mm(1)R/L===3.73×10-4K·m/W+0.735K·m/W+1.613K·m/W=2.348K·m/WQ/L==

4、46.84W/m(2)R/L===3.73×10-4K·m/W+2.758K·m/W+0.430K·m/W=3.189K·m/WQ/L==34.50W/m4.5某加热炉为一厚度为10mm的钢制圆筒,内衬厚度为250mm的耐火砖,外包一层厚度为250mm的保温材料,耐火砖、钢板和保温材料的导热系数分别为0.38W/(m·K)、45W/(m·K)和0.10W/(m·K)。钢板的允许工作温度为400℃。已知外界大气温度为35℃,大气一侧的对流传热系数为10W/(m2·K);炉内热气体温度为600℃,内侧对流传热系数为100W/(m2·K)。试通过计算确定炉体设计是否合理;若不合理,

5、提出改进措施并说明理由。(补充条件:有效管径2.0m)解:设由耐火砖内侧表面和保温材料外测表面的面积分别为A1和A4,耐火砖、钢筒和保温材料的对数平均面积分别为Am1、Am2、Am3。钢板内侧温度为T。稳态条件下,由题意得:(因为钢板内侧温度较高,所以应该以内侧温度不超过400℃为合理)有效管径R=2.0m带入已知条件,解得T=463.5℃>400℃计算结果表明该设计不合理改进措施:1、提高钢板的工作温度,选用耐热钢板;2、增加耐火砖厚度,或改用导热系数更小的耐火砖。4.9在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为φ19×2mm的钢管内流动,水的对流传热系数为3490W/(m2·K

6、),煤油的对流传热系数为458W/(m2·K)。换热器使用一段时间后,管壁两侧均产生污垢,煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176m2·K/W和0.00026m2·K/W,管壁的导热系数为45W/(m·K)。试求(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:(1)将钢管视为薄管壁则有K=338.9W/(m2·K)(2)产生污垢后增加的热阻百分比为注:如不视为薄管壁,将有5%左右的数值误差。4.11列管式换热器由19根φ19×2mm、长为1.2m的钢管组成,拟用冷水将质量流量为350kg/h的饱和水蒸气冷凝为饱和液体,要求冷水的进、出口温度分别为1

7、5℃和35℃。已知基于管外表面的总传热系数为700W/(m2·K),试计算该换热器能否满足要求。解:设换热器恰好能满足要求,则冷凝得到的液体温度为100℃。饱和水蒸气的潜热L=2258.4kJ/kgΔT2=85K,ΔT1=65K由热量守恒可得KAΔTm=qmL即列管式换热器的换热面积为A总=19×19mm×π×1.2m=1.36m2<4.21m2故不满足要求。4.13若将一外径70mm、长3m、外表温度为227℃的钢管放置于:(1)很大的红砖屋内,砖墙壁温度为27℃;(2)截面为0.3×0.3m2的砖槽

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