第四章传热

39第四章传热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为0.16W/(m·℃)、厚度为300mm的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。解2375℃,30℃tt计算加热器平壁外表面温度1t，./()Wm016℃231212ttttbb....1757530025005016016t..14502575300005t℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm厚的软木做成的。软木的热导率λ=0.043W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。解已知.(),.123℃,　28℃,　=0043／℃　003ttWmbm，则单位表面积的冷量损失为../.qttWmb2120043328358003【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m2，材料的厚度为0.02m。现测得电流表的读数为2.8A，伏特计的读数为140V，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。解根据已知做图热传导的热量.28140392QIVW()12AQttb.().()12392002002280100QbAtt./218Wm℃【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度230bmm；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。(1)根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热习题4-1附图习题4-3附图40砖厚度为230mm，试确定绝热砖层的厚度。(2)若普通砖层厚度为240mm，试计算普通砖层外表面温度。解(1)确定绝热层的厚度2b温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q。()1121qttb.()/.Wm21051000940274023绝热砖层厚度2b的计算()2232qttb.().bm201519401300446274每块绝热砖的厚度为023m．，取两块绝热砖的厚度为.20232046bm．。(2)计算普通砖层的外侧壁温4t先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度3t...232227404694010530151qbtt℃3t小于130℃，符合要求。通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温4t。()3343qttb....34332740241053346093qbtt℃【4-5】有直径为382mmmm的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm的水垢，水垢的热导率λ=1.163W/(m·℃)。试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍[黄铜的热导率λ=110W/(m·℃)]。解因38232，因算术平均半径计算导热面积。管长用L表示。黄铜管的热阻为11铜1111mmbbRAdL..00021100036L水垢的热阻为mmbbAdL222222R垢...000111630033L习题4-4附图习题4-5附图41......垢铜00011163003351600021100036RR倍【4-6】某工厂用1705mmmm的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm的矿渣棉，其热导率为./()WmK0065；第二层为厚30mm的石棉灰，其热导率为./()WmK021。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m。试求该管路的散热量。解()lnlnln142341122332111lttqrrrrrr()lnlnln..230040185111511454580006585021115/Wm284.42845014210lQqlW.kW142【4-7】水蒸气管路外径为108mm，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度/℃t的变化关系为../()0033000023tWmK。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过/160Wm。试确定所需保温层厚度。解保温层厚度以b表示(..)220033000023ldtdtqrtrdrdr(..)221120033000023rtlrtdrqtdtr.ln.()()2221212100023200332lrqttttr已知/12150℃,50160ttqWm℃,,.1210．0540054rmrrbb..()..()ln.220066314150500000233141505016010054b..ln.2073144510054160b解得保温层厚度为..00133133bmmm保温层厚度应不小于13.3mm42对流传热【4-8】冷却水在192mmmm，长为2m的钢管中以1m/s的流速通过。水温由15℃升至25℃。求管壁对水的对流传热系数。解.,,/,,1200152115℃25℃dmlmumstt水的平均温度1215252022mttt℃查得20℃时水的密度./39982kgm，黏度.3100410Pas，热导率λ=59.9×10-2W/(m·℃)，普朗特数Pr.702。 .2133600015ld雷诺数..Re..4300151998214910100410du湍流对流传热系数的计算，水被加热，Pr的指数.04n......RePr.(.)(.).080440804059900230023149107020015d=4367W/(m2·℃)【4-9】空气以4ms／的流速通过..755375mmmm的钢管，管长5m。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W，钢管内壁的平均温度为多少。解已知/,.,,,124006853268℃umsdmlmtt℃(1)对流传热系数计算空气的平均温度3268502mt℃查得空气在50℃时的物性数据./31093kgm，.,./(),./()pPasWmckJkg5219610283101005℃℃Pr0698．，空气被加热，Pr的指数04n．雷诺数..Re..450068410931521019610du湍流..5735600068ld对流传热系数. .RePr08040023d．....(.)(.)./().Wm24080422831000231521006981840068℃(2)空气流速增加一倍，对流传热系数'为43..''./()uWmu080822184321℃(3)若空气从管壁得到的热量为578W，计算钢管内壁平均温度用式wmQAtt（）计算钢管内壁的平均温度wt。已知空气进出口平均温度 50mt℃在第(1)项中已计算出对流传热系数./()2184Wm℃钢管内表面积为..200685107Adlm钢管内壁平均温度...57850794184107wwQttA℃【4-10】温度为10℃、压力为101.3kPa的空气，以/10ms的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。列管式换热器的外壳内径为190mm，其中装有37根的192mmmm钢管，钢管长度为2m。试求钢管外表面对空气的对流传热系数。解已知空气压力.1013kPa，温度,1210℃30℃tt，空气的平均温度1030202mt℃查得空气在20℃的物性数据为：密度./31128kgm，比热容./(3100510℃)pcJkg，热导率22.7610()／℃Wm，黏度.519110Pas，普朗特数Pr.0699，空气被加热，Pr的指数.04n空气流动的截面积..220193700194湿润周边(.)019370019．当量直径(..).(..)224019370019400255019370019ed..27846000255eld已知空气的流速/10ums雷诺数.Re..450.0255101128==1511019110edu湍流对流传热系数.....RePr.(...204080440827610=0.023002315110）069900255ed./()2475Wm℃【4-11】有一套管式换热器，内管为.3825mmmm，外管为573mmmm的钢管，内管的传热管长为2m。质量流量为/2530kgh的甲苯在环隙中流动，进口温度为72℃，出口温度为38℃。试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。44解甲苯的温度,1272℃38℃TT，平均温度1272385522mTTT℃甲苯在55℃的物性数据有：密度/3830kgm，比热容./()318310℃pcJkg，热导率λ=0.128W/(m·℃)，黏度.44310Pas甲苯的质量流量/12530mqkgh体积流量//./vmqqmh3112530830305甲苯在环隙中的流速u计算套管的内管外径10038dm．，外管内径.20051dm，流速. ./(..)ums2230509333600005100384甲苯对内管外表面的对流传热系数计算套管环隙的当量直径21005100380013edddm．．．.2154600013ld..Re..4400130933830234104310edu湍流..Pr..341831043106150128pc甲苯被冷却.03n..RePr08030．023de....../(Wm08034201280．0232341061500131222℃)【4-12】甲苯在一蛇管冷却器中由70℃冷却到30℃，蛇管由.4525mmmm的钢管3根并联而成，蛇管的圈径为0.6m。若甲苯的体积流量为/mh33，试求甲苯对钢管内表面的对流传热系数。解甲苯的温度,TT1270℃=30℃平均温度703050℃2mT甲苯在50℃时的物性数据为：密度/3836kgm，黏度.44410Pas，热导率0.129()／℃Wm，比热容./()317710℃pcJkg甲苯在3根并联蛇管中的流速u计算体积流量/vqmh33，蛇管内径.004dm，45流速/./.(.)223360002210785004334Vqumsd雷诺数Re..440040221836=168104410du．．湍流普朗特数.. Pr..341771044106040129pc弯管效应校正系数. ....0041177117712403RdR对流传热系数计算甲苯被冷却.03n..RePr08030023Rd．....(.)...03408012900