习 题
1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K）、绝热层λ2=0.18W/（m·K）及普通砖λ3=0.93W/（m·K）三层组成。炉膛壁内壁温度1100oC，普通砖层厚12cm，其外表面温度为50 oC。通过炉壁的热损失为1200W/m，绝热材料的耐热温度为900
o
2
C。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K，λ2=0.18W/m·K，λ3=0.93W/m·K，
T1＝1100 oC，T2＝900 oC，T4＝50oC，?＝
312cm，q＝1200W/m2，Rc＝0 求： ?＝？?＝？
解： ∵q????T
12 ∴?＝?1T1?T21q?1.3?1100?9001200T3?T4?0.22m
又∵q?? ∴?T2?T32?2??3?3?T2?T4?2?2??3?3
2?2?T2?T4q??3?3?900?501200?0.120.93?0.579m?K/W2得：∴?2?0.579?2?0.579?0.18?0.10m
习
习题2附图
2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t2=300 oC，t3=50 oC。求内壁温度t1。设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T2=300oC，T3=50oC 求： T1=？ 解： ∵q??T??T23题1附图
??T1?T33?
∴T1－T3＝3（T2－T3）
T1＝2(T2－T3)+T3=3×(300-50)+50＝800 oC 3. 直径为?60×3mm的钢管用30mm厚的软木包
扎，其外又用100mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为–110oC，绝热层外表面温度10oC。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和
o0.07 W/（m·C），试求每米管长的冷量损失量。
解：圆筒壁的导热速率方程为
QL?2??t1?t3?1lnr2r1?1lnr3r2
?1?2其中 r1=30mm，r2=60mm，r3=160mm 所以
QL?2???100?10?10.043ln6030?10.07ln16060??25W/m
负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。 4. 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？
解：设外层平均直径为dm,2，内层平均直径为dm,1，则
dm,2= 2dm,1 且 λ2=2λ1 由导热速率方程知
Q??tb?b??tb?b2?1?2dm1L??t??dm1L54?b
?1Sm1?2Sm2?1?dm1L?1两层互换位置后
Q???tb2?1?dm1L?b??t??dm1Lb
?12?dm1L?54?1.25?1 所以 即
Q?Q?q?q
q??1.25q
互换位置后，单位管长热损失量增加，说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较适宜。
5. 在长为3m，内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/（s·m2）。苯在定性温度下的物性数据：μ=0.49mPa·s；λ=0.14 W/（m·K）；cp=1.8kJ/
o
（kg·C）。试求苯对管壁的对流传热系数。
已知：L＝3m，d＝53mm，G=172 kg/（s·m），被加热苯物性，μ=0.49mPa·s，λ=0.14 W/（m·K）；cp=1.8kJ/
o（kg·C）
2
求： ? 解： Re＝dG??0.053?1720.49?103?3?1.86?104> 10
4
Pr?Ldcp??30.053?1.8?10?0.49?100.14?56.6?3?6.3>0.7
?>40
故可用Nu=0.023Re0.8Pr0.4公式
??0.023?dRe0.8Pr0.4?0.023?0.140.053?(1.86?10)40.8?6.30.4=330W/m·C
2o
6. 在常压下用列管换热器将空气由200 oC冷却至120 oC，空气以3kg/s的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm，内径?25×2.5mm钢管38根。求空气对管壁的对流传热系数。
已知：T1=200 oC，T2=120 oC，空气qm＝3kg/s走管外壳程，D=260mm，n＝38，d＝25mm 求： ?
解： 空气平均温度tT1?T22200?1202m???160?C
查160 oC空气：ρ＝0.815kg/m3，μ＝2.45×10-5Pa·s，Pr＝0.682，λ＝0.0364W/m·K
de?4AS4?(??44?D?n?dD?n2?d)?2D?ndD?nd22?0.26?38?0.0250.26?38?0.02522?0.036m
??0.023G?qmA?30.785?(0.26?38?0.025)0.036?87.12.45?10?322?87.1kg/m?s2
Re?deG?Pr0.4??1.29?103>10
30.84
?dRe0.8?0.023?0.03640.036?(1.29?10)?0.6820.4?254W/m?K2
7. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度tm=20oC，蒸汽管外壁温度tw=120oC，管