《材料传输工程基础》第二篇热量传输的答案

王振峰编的《材料传输工程基础》第二篇热量传输的答案，已知保温材料的热导率λ=0.103+0.000198T(式中T为℃),蒸汽管外壁，求烤炉向这块面包辐射传递的热量，由下式计算辐射传热量：，负号表示炉壁向面包传递热量，解：传热量为，若换热器的传热量为125kW，解：热量衡算（忽略热损失）：，王振峰编的《材料传输工程基础》第二篇热量传输的答案【2-1】一食品冷藏室由内层为19mm厚的松木，中层为王振峰编的《材料传输工程基础》第二篇热量传输的答案【2-1】一食品冷藏室由内层为19mm厚的松木，中层为软木层，外层为51mm厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8℃,混凝土外壁面温度为29.4℃。松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151,0.0433,0.762W/(m·K)，要求该冷藏室的热损失为15W/m2。求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。解：三层平壁的导热。1）所需软木的厚度b2由qT1T43bii1i得1529.417.8b20.0510.0190.7620.04330.151解得：b20.128m2）松木和软木接触面处的温度T30.151解得：T315.9℃解题要点：多层平壁热传导的应用。【2-2】为减少热损失，在外径为150mm的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率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?(计算时可假定蒸汽在180℃下冷凝)。解保温层平均热导率为：0.1031.98104180500.126W/(m.K)2由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。由Q2L(T1T2)得：r2Ln()r1Q2(T1T2)（1）rLLn(2)r1QWr11042019.3103201.9W/m式中：LL1将其及其它已知数据代入式（1）得：201.920.126(18050)r2Ln()0.075解得：r20.125m壁厚0.1250.0750.05m50mm解题要点：单层圆筒壁热传导的应用。【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175℃，面包表面的黑度为0.85,表面温度为100℃,表面积为0.0645m2，炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射传递的热量。解：两物体构成封闭空间，且S1S2，由下式计算辐射传热量：Q1201S1(T1T2)5.67100.850.0645(373448)65.0W84444负号表示炉壁向面包传递热量。解题要点：辐射传热的应用，两个灰体构成的封闭空间。【2-10】在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体［比热容为1.9kJ/(kg·K)、密度为850kg/m3］由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为Φ25mm×2.5mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850W/（m2·K）和1700W/（m2·K）,污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃，求水的流量和换热器的传热面积。解：传热量为QWhcph(Th1Th2)1.251.910(8030)118.7510W33又QWccpc(Tc2Tc1)118.75103Wc0.9454kg/s3cpc(Tc2Tc1)4.18710(5020)Qkg/s。即冷水流量为0.9454取管壁的热导率45W/(m.K)，则有KO1dd11dOLn(O)OO2didii131251025251Ln()17002452020850471.5W/(m2.K)传热面积由下式计算：SOQ（1）KOTm热流体：8030℃冷流体：5020℃T130℃T210℃TmT1T2301018.2℃T130LnLn()10T2将已知值代入式（1），得：118.75103SO13.8m2471.518.2解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用。单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为160℃的饱和蒸汽在壳程冷凝，冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动，并由20℃加热到106℃。列管换热器尺寸为：列管直径为Φ19mm×2mm、管长为4m，共有25根管子。若换热器的传热量为125kW，蒸汽冷凝传热系数为7000W/（m2·K）,油侧污垢热阻为0.0005m2·K/W,管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略,求管内油侧对流传热系数。又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍,求油的出口温度。假设油的物性不变。解：（1）管内油侧的对流传热系数对数平均温差：水蒸汽：160160℃食用油：10620℃T154℃T2140℃TmT1T25414090.3℃T154)Ln()Ln(140T2传热面积：SOndOL250.01945.966m2总传热系数：Q125103KO232.0W/(m2.K)SOTm5.96690.3而KO11232.0W/(m2.K)119191do1do0.0005Rsi700015i15Odiidi解得：i358.4W/(m2.K)(TsTc1)(TsTc2)TsTc1Ln()TsTc2（2）油的流速加倍后的出口温度由Wccpc(Tc2Tc1)KOSO得：Ln(TsTc1KS)OOTsTc2Wccpc)KOSO'''WccpcTsTc2KOWc()()TsTc1KOSOKOWc'Ln()TsTc2WccpcLn(TsTc1'即Ln(16020'160Tc211.750.875160202Ln()160106')解得：Tc299.2℃解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用。在列管换热器中用冷水冷却油。水在直径为Φ19mm×2mm的列管内流动。已知管22内水侧对流传热系数为3490W/（m·K）,管外油侧对流传热系数为258W/(m·K)。2换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m·K/W,2油侧污垢热阻为0.000176m·K/W。管壁的热导率为45W/（m·K）。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：以外表面为基准。（1）基于管外表面的总传热系数KO产生污垢前的总热阻：RO1OrOLn(3rOr)Oriiri119101919Ln()4.29103m2.K/W25824515153490KO11233W/(m2.K)3RO4.2910（2）产生污垢后热阻增加的百分数R%产生污垢后的总热阻：RORORsORsi'rOri194.79103m2.K/W154.291030.0001760.00026'RRO4.794.29R%O100%11.7%RO4.29解题要点：传热系数的计算。【2-13】在套管换热器中采用并流的方式用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，且仍为并流，换热器除管长外，其他尺寸不变，若原换热器的管长为1m，求现在需要的管长。设换热器的热损失可忽略。解：热量衡算（忽略热损失）：情况改变前：QWhcph(150100)Wccpc(4015)（1）情况改变后：Q'Whcph(15080)Wccpc(Tc215)（2）（2）/（1），得：'T1515080c24015150100'解得：Tc250℃情况改变前：热油：150100℃冷水：1540℃T1135℃T260℃'