本文格式為Word版，下載可任意編輯——其次章傳熱習(xí)題答案一食品冷藏室由內(nèi)層為19mm厚的松木，中層為軟木層，外層為51mm厚的混凝土所組成。內(nèi)壁面溫度為-17.8℃,混凝土外壁面溫度為29.4℃。松木、軟木和混凝土的平均熱導(dǎo)率分別為0.151,0.0433,0.762W/(m·K)，要求該冷藏室的熱損失為15W/m2。求所需軟木的厚度及松木和軟木接觸面處的溫度。

解：三層平壁的導(dǎo)熱。1）所需軟木的厚度b2

由q?T1?T43bi??i?1i得15?29.4?17.8

b20.0510.019??0.7620.04330.151解得：b2?0.128m

2）松木和軟木接觸面處的溫度T3由q?15?T3?17.8

0.0190.151解得：T3??15.9℃

解題要點(diǎn)：多層平壁熱傳導(dǎo)的應(yīng)用。

為減少熱損失，在外徑為150mm的飽和蒸汽管道外加有保溫層。已知保溫材料的熱導(dǎo)率λ=0.103+0.000198T(式中T為℃),蒸汽管外壁溫度為180℃,要求保溫層外壁溫度不超過50℃,每米管道由于熱損失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4kg/(m·s)以下,問保溫層厚度應(yīng)為多少?(計(jì)算時(shí)可假定蒸汽在180℃下冷凝)。

解：保溫層平均熱導(dǎo)率為：??0.103?1.98?10?4?180?50?0.126W/(m.K)2由于此題已知的是蒸汽管道外壁面溫度，即保溫層內(nèi)壁面溫度，故為一層導(dǎo)熱。由Q?2?L?(T1?T2)得：

r2Ln()r1

Q2??(T1?T2)?（1）

rLLn(2)r1QWr1?10?4?2023.3?103??201.9W/m式中：?LL1將其及其它已知數(shù)據(jù)代入式（1）得：

201.9?2??0.126?(180?50)

r2Ln()0.075解得：r2?0.125m

?壁厚??0.125?0.075?0.05m?50mm

解題要點(diǎn)：單層圓筒壁熱傳導(dǎo)的應(yīng)用。

烤爐內(nèi)在烤一塊面包。已知爐壁溫度為175℃，面包表面的黑度為0.85,表面溫度為100℃,表面積為0.0645m2，爐壁表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于面包表面積。求烤爐向這塊面包輻射傳遞的熱量。

解：兩物體構(gòu)成封閉空間，且S1??S2，由下式計(jì)算輻射傳熱量：

Q12??0?1S1(T1?T2)?5.67?10?0.85?0.0645?(373?448)??65.0W?84444

負(fù)號表示爐壁向面包傳遞熱量。

解題要點(diǎn)：輻射傳熱的應(yīng)用，兩個灰體構(gòu)成的封閉空間。

在逆流換熱器中，用初溫為20℃的水將1.25kg/s的液體［比熱容為1.9kJ/(kg·K)、密度為850kg/m3］由80℃冷卻到30℃。換熱器的列管直徑為Φ25mm×2.5mm,水走管內(nèi)。水側(cè)和液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為850W/（m2·K）和1700W/（m2·K）,污垢熱阻可忽略。若水的出口溫度不能高于50℃，求水的流量和換熱器的傳熱面積。

解：傳熱量為

Q?Whcph(Th1?Th2)?1.25?1.9?10?(80?30)?118.75?10W33

又Q?Wccpc(Tc2?Tc1)

118.75?103?Wc???0.9454kg/s

cpc(Tc2?Tc1)4.187?103?(50?20)Qkg/s。即冷水流量為0.9454W/(m.K)，則有取管壁的熱導(dǎo)率??45KO?1dd11dO?Ln(O)?O?O2?didi?i1?471.5W/(m2.K)

?125?10?325251?Ln()??17002?452023850傳熱面積由下式計(jì)算：

SO?Q（1）

KO?Tm熱流體：80?30℃冷流體：50?20℃

?T1?30℃?T2?10℃??Tm?

?T1??T230?10??18.2℃?T130LnLn()10?T2將已知值代入式（1），得：

118.75?103SO??13.8m2

471.5?18.2解題要點(diǎn)：能量平衡方程與傳熱速率方程的綜合應(yīng)用。

在一單程列管換熱器中用飽和水蒸氣加熱食用油。溫度為160℃的飽和蒸汽在殼程冷凝，冷凝液在飽和溫度下排出。食用油在管程滾動，并由20℃加熱到106℃。列管換熱器尺寸為：列管直徑為Φ19mm×2mm、管長為4m，共有25根管子。若換熱器的傳熱量為125kW，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為7000W/（m2·K）,油側(cè)污垢熱阻為0.0005m2·K/W,管壁熱阻和蒸汽側(cè)污垢熱阻可忽略,求管內(nèi)油側(cè)對流傳熱系數(shù)。

又若油的流速增加一倍，此時(shí)若換熱器的總傳熱系數(shù)為原來的1.75倍,求油的出口溫度。假設(shè)油的物性不變。

解：（1）管內(nèi)油側(cè)的對流傳熱系數(shù)對數(shù)平均溫差：

水蒸汽：160?160℃食用油：106?20℃?T1?54℃?T2?140℃

?Tm??T1??T254?140??90.3℃?T154)Ln()Ln(140?T2傳熱面積：

SO?n?dOL?25???0.019?4?5.966m2

總傳熱系數(shù)：

Q125?103KO???232.0W/(m2.K)

SO?Tm5.966?90.3而

KO?

11??232.0W/(m2.K)119191do1do??0.0005???Rsi700015?i15?Odi?idi解得：

?i?358.4W/(m2.K)

(Ts?Tc1)?(Ts?Tc2)

Ts?Tc1Ln()Ts?Tc2（2）油的流速加倍后的出口溫度由Wccpc(Tc2?Tc1)?KOSO得：Ln(Ts?Tc1KOSO)?Ts?Tc2Wccpc)KOSO'''WccpcTs?Tc2KOWc???()()

Ts?Tc1KOSOKOWc'Ln()Ts?Tc2WccpcLn(Ts?Tc1'即

Ln(

160?20'160?Tc21?1.75??0.875

160?202Ln()160?106')解得：Tc2?99.2℃

解題要點(diǎn)：能量平衡方程與傳熱速率方程的綜合應(yīng)用。

在列管換熱器中用冷水冷卻油。水在直徑為Φ19mm×2mm的列管內(nèi)滾動。已知管

內(nèi)水側(cè)對流傳熱系數(shù)為3490W/（m·K）,管外油側(cè)對流傳熱系數(shù)為258W/(m·K)。

2

換熱器在使用一段時(shí)間后，管壁兩側(cè)均有污垢形成，水側(cè)污垢熱阻為0.00026m·K/W,

2

油側(cè)污垢熱阻為0.000176m·K/W。管壁的熱導(dǎo)率為45W/（m·K）。求：（1）基于管外表面積的總傳熱系數(shù)；（2）產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。

解：以外表面為基準(zhǔn)。（1）基于管外表面的總傳熱系數(shù)KO

產(chǎn)生污垢前的總熱阻：

22

RO??1?O?rO?Ln(?3rOr)?Ori?iri119?101919?Ln()??4.29?10?3m2.K/W2582?451515?3490112??233W/(m.K)?3RO4.29?10

KO?（2）產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)R%產(chǎn)生污垢后的總熱阻：

RO?RO?RsO?Rsi'rOri19?4.79?10?3m2.K/W15

?4.29?10?3?0.000176?0.00026?'R?RO4.79?4.29R%?O??100%?11.7%

RO4.29解題要點(diǎn)：傳熱系數(shù)的計(jì)算。

在套管換熱器中采用并流的方式用水冷卻油。水的進(jìn)、出口溫度分別為15℃和40℃，油的進(jìn)、出口溫度分別為150℃和100℃?，F(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口溫度降至80℃，

假設(shè)油和水的流量、進(jìn)口溫度及物性均不變，且仍為并流，換熱器除管長外，其他尺寸不變，若原換熱器的管長為1m，求現(xiàn)在需要的管長。設(shè)換熱器的熱損失可忽略。

解：熱量衡算（忽略熱損失）：狀況改變前：Q?Whcph(150?100)?Wccpc(40?15)（1）狀況改變后：Q'?Whcph(150?80)?Wccpc(Tc2?15)（2）（2）/（1），得：

'T?15150?80?c2

40?15150?100解得：Tc2?50℃

''狀況改變前：

熱油：150?100℃冷水：15?40℃?T1?135℃?T2?60℃

?Tm??T1??T2135?60??92.5℃?T1135)Ln()Ln(60?T2狀況改變后：

熱油：150?80℃冷水：15?50℃?T1?135℃?T2?30℃

?Tm?'?T1??T2135?30??69.8℃?T1135)Ln()Ln(30?T2狀況改變前：Q?Whcph(150?100)?K(?dL)?Tm（3）狀況改變后：Q'?Whcph(150?80)?K(?dL')?Tm（4）（4）/（3），得：

'150?80L'?TmL'?69.8??150?100L?Tm1?92.5解得：L?1.86m

''解題要點(diǎn)：能量平衡方程與傳熱速率方程的綜合應(yīng)用。

狀況改變前：

熱油：150?100℃冷水：15?40℃?T1?135℃?T2?60℃

?Tm??T1??T2135?60??92.5℃?T1135)Ln()Ln(60?T2狀況改變后：

熱油：150?80℃冷水：15?50℃?T1?135℃?T2?30℃

?Tm?'?T1??T2135?30?