《硅酸盐工业热工基础(重排本)》课后答案(第二章)

1习题【2-1】【解】查表知硅砖的导热系数λ=0.92+0.7×10-3tW/（m.oC）硅砖的平均温度o121300300800C22avttt硅砖的平均导热系数λ=0.92+0.7×10-3tav=0.92+0.7×10-3×800=1.48W/（m.oC）散热损失量(1300300)1.481032889W0.45ttFQF习题【2-2】【解】设硅藻土砖的厚度和导热系数分别为δ1，λ1红砖的厚度和导热系数分别为δ2，λ2如果不用硅藻土，红砖的厚度为δ2用红砖替代硅藻土后，要保持炉墙的散热量不变，即保持炉墙的热阻不变替换前，炉墙热阻12112R，替换后，炉墙热阻322R令R1=R2，得312122，则213210.390.040.250.37m=370mm0.13习题【2-3】【解】该拱形窑顶的导热可以视为1/4单层圆筒壁的导热查表知耐火粘土砖的导热系数λ=0.835+0.58×10-3tW/（m.oC）耐火粘土砖的平均温度o12700100400C22avttt硅砖的平均导热系数λ=0.835+0.58×10-3tav=0.835+0.58×10-3×400=1.067W/（m.oC）根据单层圆筒壁的传热量公式可得每米窑长拱顶散失热量21117001004197W/m10.850.23144lnln21.06710.852tQdld2习题【2-4】【解】该管道的导热为双层圆筒壁的导热，可用公式1111()21lnnniiiittlQrr进行计算，其中t1=300oC，t3=50oC；λ1=50W/（m.oC），λ2=0.1W/（m.oC）；r1=0.0825m，r2=0.0875m，r3=0.1825m。每米管长的散热损失111332111122()2()2(30050)21214W/m10.087510.1825111lnlnlnlnln500.08250.10.0875nniiiittlttlQrrrrrr钢管的热阻可以忽略不计，因为钢管的热阻远小于石棉的热阻。钢管的热阻2o2111110.0875lnln0.0012m.C/W500.0825rRr石棉的热阻2o322110.18252lnln7.35m.C/W0.10.0875rRr习题【2-5】【解】设内表面温度为t1，交界面处温度为t2，外表面温度为t3，则通过粘土砖和红砖的传热量应相等。即Q1=Q2，展开有2312231122()2()211lnlnavavttlttldddd即1212232312()()lnlnavavttttdddd（1）查表得λ1=0.835+0.58×10-3tW/（m.oC）λ2=0.47+0.51×10-3tW/（m.oC）则，3o2111000.8350.5810W/(m.C)2avt3o22800.470.5110W/(m.C)2avt带入（1）中，得332222110080(1100)(0.8350.5810)(80)(0.470.5110)222.693.17lnln22.69tttt求解，可得t2=624.6oC3习题【2-6】【解】模拟电路如下图所示总热阻热流量37066==121.6WR2.5tQ习题【2-7】【解】因材料的导热系数与温度成线性关系，所以可以用平均温度计算材料的平均导热系数。平均温度o1245050==250C22wwavttt平均导热系数由热流量可得1111110.02510.05111.2*0.10.8*0.10.0750.0750.6*0.050.3*0.052.5/ADADAADDCBBCCCBBoRRRFFRRFFCW0.0940.0001250.0940.000125*2500.12525/(.)avavotWmCavtq(45050)*0.125250.147147340avtmmmq4习题【2-8】【解】该砌砖结构可以等效为如下图1，其模拟电路图如图2所示图1砌砖等效结构示意图图2模拟电路图所以通过砌砖的导热量【2-13】【解】：不相同，直径大的管道热损失大。本题属于稳定的无内热源的单层圆筒壁的导热。设两管子的内直径分别为d1，d2，其厚度为，内外表面温度为t1，t2，导热系数为，已知d1d2则单位长度管1的传热量121211112()2()ln(1)lnttttQdddππ单位长度管２的传热量121222222()2()ln(1)lnttttQdddππ∵d1d2∴12dd∴ln(1)ln(1)12dd∴Q1Q2即直径大的管道热损失大．1210.0650.2110/0.79*0.39*10.050.6386/0.29*0.27*10.050.5274/0.79*0.12*1110.2110.4998/11110.63860.5274oAAAoBBBoCCCoABCRCWFRCWFRCWFRRCWRR则10020==160WR0.4998tQ5【2-14】【解】本题属于无限空间中的自然对流换热，相应的准数方程为nC(Pr)bbNuGr设两管的直径分别为d1，d2，则d1=10d2。∵两根管子的GrPr值均在103~109之间，查表2-6可得流体的流动状态为层流，相应的系数C=0.53，指数n=1/4。∴31/41/4020.53(Pr)0.53(()Pr)bbbgtlNuGrv又因两管内外温度相同，因此定性温度相同，即Prtv，，,，值相同，则有31/41/43/43/43/4101011132202022()()()()10bbbbbNullGrdNuGrlld∵ubNad∴111b123/4111222221221===100.56210uubububububNNNdaddNNaNddd根据牛顿冷却定律QatF，有1111111122222222==0.562*10=5.62QatFatdladQatFatdladπ【2-16】【解】该题属于无限空间自然对流换热定性温度o45050250C22wfbttt查表（p395附录五）可得250oC时空气的物性参数为2624.2710W/(m.K)=40.6110m/sPr=0.677v……………计算（GrPr）b值以判断流态33726219.8(45050)0.3273250(Pr)(Pr)0.6778.3110(40.6110)bbgtdGrv查表2-6可知，流体的流态为层流，相应的准数方程为：61/471/40.53(Pr)0.53(8.3110)50.60bbNuGr对流换热系数22o4.271050.607.202W/(m.C)0.3bNuad每米管长的对流换热量13.140.317.202(45050)2713.7W/mqdatπ【2-17】【解】（1）当热面在下边，冷面在上边时，属于有限空间中的自然对流换热夹层中空气的平均温度为：o121303080C22wwfttt查表（p395附录五）可得80oC时空气的物性参数为2623.0510W/(m.K)=21.110m/sPr=0.692v33426219.8(13030)0.02273805.0010(21.0910)rgtGv查表2-7可知，流体的流态为层流，其当量导热系数可由下式计算：1/4241/40.1950.1953.0510(510)0.089W/(m.K)erG对流换热量20.089(13030)445w/m0.02eqt（2）当热面在上边，冷面在下边时，夹层内空气热量的传递仅靠导热的方式，其导热量223.0510(13030)152.5w/m0.02qt