化工原理课后答案(中国石化出版社)-第7章----辐射传热与管式加热炉

第七章辐射传热与管式加热炉第页1第七章辐射传热与管式加热炉1.有一个炉丝温度为1120K，功率1KW的电炉。若炉丝长0.3m，直径10mm，黑度0.95，试计算炉丝的辐射效率(炉丝辐射功率与电功率之比值)。解：炉丝辐射功率：40TAQ=)(8.79811201067.53.001.095.048W炉丝的辐射效率=%8.7910008.7982.有一3×l×lm的热钢锭，它的95％的表面暴露在外。此钢锭的黑度为0.3，它的导热系数非常高(即传热速率不受内部导热的限制)，而周围空气的温度为303K。钢的比热容和密度分别为500J/(kg.K)和7800kg/m3。假定通过支承物的导热损失忽略不计，对流热损失很小，试计算钢锭从1273K冷却至1073K的时间。(提示：热平衡Q＝dtdH，钢锭焓的下降速率。因TTa，故T4-4aT4T)解：dTVcdHp40TAdtdTVCdtdHQp分离变量，得：10731273400TAdTVCdtpt107312734801067.5)211413(95.03.05001137800TdTdtt第七章辐射传热与管式加热炉第页2)]1273110731(31[1017.53313t=5598(S)=1.55h3.厚金属板上有一个如图所示的开口空腔。若金属板具有均匀温度，且空腔壁面黑度为l，试问空腔壁面所辐射的能量经开口处进入环境的分率是多少?解：121212AA%6.10252404010121212LLLLAA4.两块平行放置的平板，温度分别保持t1＝800K和t2＝300K，板的黑度21＝0.8、板间距离远小于板的宽度和高度。试求板的本身辐射；板1和板2之间的辐射换热量；板1的有效辐射；板1的反射辐射；对板1的投入辐射及板2的有效辐射。解：⑴板1的本身辐射：24484111mW108579.12735271067.58.0TEo第七章辐射传热与管式加热炉第页3板2的本身辐射：2484222mW416.367273271067.58.0TEo⑵板的有效辐射：由njijiioiiiWEW1得22221122221221111111WWE即148224812.0273271067.58.02.02735271067.58.0解方程组得：2221mW4.4253mW19430WW由iioiiiiAWEQ得：)/(15177194302735271067.52.08.0248101111mWWEq或另一方法：2448212112mW15184=30080010675180180111111...EEAQoo248111211mW19428=8.02.0151848001067.5AQEWo第七章辐射传热与管式加热炉第页4248221222mW4255.27=8.02.0151843001067.5AQEWo投入辐射：ijjiWE22221211121mW27.42552122212122mW19428反射辐射：tiiRiEE板1：2211mW54.85127.42552.0E板2：2222mW6.3885194282.0E⑶两板间的辐射换热量，即净辐射量：2448212112mW15184180180130080010675111...EEqoo5.有一边长为0.5m的正方体空腔，其顶面温度恒为573K，而其余表面的温度均保持373K。假定所有表面的黑度都是0.8，试计算顶面和其它表面之间的辐射换热量。解：设顶面为表面1，其余表面为表面2，2.015.05.055.05.0122121AA8.02.0112122板的有效辐射：由njijiioiiiWEW1第七章辐射传热与管式加热炉第页5得22221122221221111111WWE即)8.02.0(2.03731067.58.02.05731067.58.0214822481解方程组得：2221mW4.1290mW9.5147WW由iioiiiiAWEQ得)(9645.05.09.51475731067.52.08.0481101111WAWEQ方法二：这种情况可看成一物包一物的情况，即将顶面看成其余几面所包的物体)(3.965)18.01(5.055.08.01)373573(1067.55.0)11(1)(224482221121112WAAEEAQOO6.板1和板2平行放置且相距很近。若在它们之间插入一块黑度3＝0.05的磨光镍片板3，试证明当21＝0.8时，板l和板2之间无遮热板的辐射换热量为有遮热板时的27倍。证明：无遮热板的辐射换热量为5.118.018.011110201020121020112EEEEEEq有遮热板时：25.20105.018.011110301030131030113EEEEEEq第七章辐射传热与管式加热炉第页625.20105.018.011110203020323020332EEEEEEq达到热平衡时：3213qq，即25.2025.2002030301EEEE解得：)(21020103EEE5.4025.20)(2125.200201020101030113EEEEEEEq12q/13q=5.10201EE/5.400201EE=27所以板l和板2之间无遮热板的辐射换热量为有遮热板时的27倍。7.有一储存液氮的保温瓶，由同心圆筒构成，内层长0.5m，直径为0.2m；而外层长0.52m，直径为0.22m。瓶的颈部非常狭窄，同时中间真空层的表面用黑度为O.04的铝膜覆盖。己知液氮的沸点为126K，室内空气为294K，试计算传给氮的净辐射热。解：一物包一物：)11(1)(22110201112AAEEAQ1386.0)222.0(252.022.0)2(2221111dLdA12.0)22.0(25.02.0)2(2222222dLdA248411mW6.4232941067.5TEoo2484202mW3.141261067.5TEo第七章辐射传热与管式加热炉第页7WAAEEAQ38.3)104.01(12.01386.004.01)3.146.423(1386.0)11(1)(221102011128.有一个4×4×4m的空腔，其中一个侧壁温度恒为523K，底面温度维持在303K，其它壁面均绝热。假定所有壁面都是黑表面，并已知垂直面间的角系数为0.2，试计算热的侧壁和底面之间的辐射换热量。解：设侧壁温度恒为523K的表面为表面1，底面为表面2，其它壁面为表面38.02.0112.0121312，8.02.0112.02123216.02.02.0112.04448.0442.04448.044323133323232313131AAAA248411mW2.42425231067.5TEoo2484202mW9.4773031067.5TEo表面1和表面2的直接辐射换热量：WEEAQ8.12045)9.4772.4242(2.044)(020112112表面3反射的热量：（31=32）WEEAQ6.24091)9.4772.4242()2.01(4421)(210201121'12WQQ4.361376.240918.12045'1212第七章辐射传热与管式加热炉第页89.对流室的烟气中含H2015％(体)，CO27.5％(体)，试求烟气的黑度和吸收率。假定对流室管束为等边三角形排列，炉管为Ф89×6，管心距S1＝2dc。排间距S2＝0.866S1。烟气的平均温度为848K，管壁温度为558K。解：由P337表7-3查得，对流室中烟气平均辐射长度为mDL249.0089.08.28.2设烟气总压为1atm，atmpOH15.02，atmpCO075.02matmLpOH0374.0249.015.02matmLpCO0187.0249.0075.02烟气温度为848K，查P338-339图7-8，7-10，7-11，7-12，得066.02CO082.02OH045.0g07.12OHC147.0)045.01)(07.1082.0066.0()1)((22gOHCOg管壁温度TW=558K，matmTTLpgWOH0246.0848558249.015.0)(2matmTTLpgWCO0123.0848558249.0075.0)(2管壁温度TW=558K，查P338-339图7-8，7-10，7-11，7-12，得*2CO0.05082.02OH045.0g07.12OHC0656.0)558848(05.0)(65.065.0*22WgCOCOTT115.0)558848(07.1082.0)(65.065.0*22WgOHOHTT172.0)045.01)(115.00656.0()1)((22gOHCOg第七章辐射传热与管式加热炉第页910.温度为823K的混合气体，在直径为200mm的圆管中流过。混合气体中含有CO2l3％(体)、和H2011％(体)。若管内壁温度恒为423K，黑度等于l。试计算混合气体与单位管长的辐射换热量。可认为气体总压力1.013×l05Pa。解:设烟气总压为1atm，atmpOH11.02，atmpCO13.0201.012.04422ldVi22.02.04212.04222iidldA1636.022.001.06.36.3AVLmatmLpOH02127.01636.011.02matmLpCO018.01636.013.02烟气温度为823K，查P338-339图7-8，7-10，7-11，7-12，得069.02CO05.02OH048.0g07.12OHC1166.0)048.01)(07.105.0069.0()1)((22gOHCOg管壁温度TW=558K，matmTTLpgWOH01093.08234231636.011.0)(2matmTTLpgWCO009252.08234231636.0069.0)(2管壁温度TW=558K，查P338-339图7-8，7-10，7-11，7-12，得*2CO0.049051.0*2OH048.0g07.12OHC07552.0)423823(049.0)(65.065.0*22Wg