化工基础第四章习题答案
2. 如习题1燃烧炉的平壁是一层厚度为230mm 的耐火砖( λ =1.163)、一层普通砖厚度为240mm 的普通砖( λ =0.5815)和一层厚度为40mm 的保温材料( λ =0.07)砌成,当定态后测得内壁面温度为720 ℃ ,保温材料外表面温度为70 ℃ 。试计算耐火砖与普通砖、普通砖与保温材料间的交界面温度。 解: t 1-t 4720-70
Φ==A =550A
30. 230. 240. 0412
++++
λ1A λ2A λ3A 1. 1630. 58150. 07 ∆t 1720-t 2
=A =550A, t 2=611. 2
10. 23 1. 163λ1A ∆t 3t -70
=
3A =550A,
30. 04 0. 07λ3A
3.平壁炉是用内层为120mm 厚的耐火砖和外层为230mm 的普通砖砌成。两种砖的导热系数均为未知。测得炉内壁温度为800℃,炉外侧壁面温度为113℃。为减少热损失,后又在普通砖外包一层厚度为50mm 、导热系数为0.2 W/(m·℃) 的石棉。包扎后测得各层温度为:炉内壁温度为800℃,耐火砖和普通砖界面温度为686℃,普通砖和石棉界面温度为405℃,石棉外侧温度为77℃。试求包扎后热损失较原来热损失减小的百分数?
4、 在φ50mm ×5mm 的不锈钢管(λ1 = 16W ·m ·K ) 外包扎30mm 厚的石棉(λ2 = 0.22W ·m -1·K -1) ,测得管内壁面温度为600℃,石棉外壁面温度为100℃;试求每米管线的热损失。
若上述温差保持不变,欲使热损失减少60%,在石棉外层再包裹一层保温材料(λ
3
-1-1
= 0.07) 。问:该保温材料的厚度应为多少?
解:
⑴管线的热损失
2π
·Δt
r i+1 1
Σ·ln 1 λi
=
2×3.14(600 - 100)
r 2 r 3
1 1
·•
1r 2 λ1 λ2
①管线各层半径
r 1 =(50 - 2×5)/2 = 20(mm) = 0.02m,
r 2 = r1 + 5×10-3 = 0.025(m),r 3 = r2 + 30×10-3 = 0.055(m); ②导热系数
λ
1
= 16W·m -1·K -1 ,λ
2
= 0.22W·m -1·K -1 。 —18—
③管线的热损失
3140 25 55 1 1
·
0.22 •25 16
3140 0.014 + 3.584
Q/L = =
= 873(J·s -1·m -1) ⑵需加保温层的厚度 ①确定管线的热损失
Q ’/L = 873 - 873×60%
= 349.2(J·s -1·m -1)
②求r 4
41
•ln
55 0.07
3140
41 •ln
0.07
移项整理有:
349.2×[3.598 + 14.29·ln(r4/55)] = 3140 1256.4 + 4990·ln(r4/55) = 3140 则:
ln(r4/55) =(3140 - 1256.4)/4990 = 0.377 lnr 4 = 0.377 + ln55 = 0.377 + 4.007 = 4.384 即:
r 4 = arcln4.384 = 80(mm) ③确定保温材料的厚度
r 4 - r3 = 80 - 55 = 25(mm)= 0.025m
3140
r 4
9.在一列管换热器中,用水蒸气加热原油。管子规格为Φ25mm×2.5mm,管内原油的表面传热系数为1000 W·m -2·K -1,管内污垢层的热阻系数R h,1=1.5 ×10-3m 2·K·W -1;管外水蒸气加热原油,管外水蒸气冷凝的表面传热系数为10000 W·m -2·K -1,管外污垢热阻及管壁的热阻可忽略不计,试求传热系数及各部分热阻占总热阻的百分数。 解:基于管外表面的K 2用下式计算 1
K =2 d 2h , 121
++ h 1d 1d 1h 2
1-2-1
K 2==310W ⋅m ⋅K
251. 5⨯10-3⨯251
++
1000⨯202010000