1、热工过程与设备(第二章)习题解答,10.解：设为一维稳定导热。 已知 = 10.6(W)， = 20mm = 0.02m，石棉板面积为F = 0.20.2 = 0.04m2，t1 = 180，t2 = 30。 据 = (t1 - t2)F(/)，得： 石棉板的导热系数为： = /(t1 - t2)F= 10.60.02/(180 - 30)0.04 = 0.035(W/m),热工过程与设备(第二章)习题解答,11.解：查附录4可知，该耐火粘土砖的导热 系数与温度的关系为： = 0.698 + 0.6410-3 tm 又：tm = (1200 + 40)/2 = 620 故，此温度区间的平均导热
2、系数为： = 0.698 + 0.6410-3620 = 1.1 又据：q = (/)(t1 - t2) 得通过该墙壁的热流密度为：,热工过程与设备(第二章)习题解答,Q = (/)(t1 - t2) = (1.1/0.48)(1200 - 0)= 2646(W/m2) 因耐火砖内温度的分布呈线性关系，故距内 墙0.12m、0.24m、0.36m处的温度分别为： 1200 - (1200 - 40)0.12/0.48 = 910 1200 - (1200 - 40)0.24/0.48 = 620 1200 - (1200 - 40)0.36/0.48 = 330,热工过程与设备(第二章)习题解
3、答,12.解： (1)计算各层的热阻 据：Rt = /，有： Rt1 = 1/1 = 0.23/1.29 = 0.1783Rt2 = 2/2 = 0.113/0.44 = 0.2568 Rt3 = 3/3 = 0.24/0.58 = 0.4138 (2)计算通过该墙的热流密度 q = (1000 - 20)/(0.1783 + 0.2568 + 0.4138)= 1154(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,(3)计算界面温度 粘土砖与轻质粘土砖之间的界面温度为：1000 - 11540.1783 = 794 轻质粘土砖与红砖之间的界面温度为：794 - 11540.2568 = 4
4、98 (4)假设红砖与粘土砖的导热系数不变，在去 掉轻质粘土砖之后，欲使热损失不变，设这 时红砖的厚度应为，据： q = t/Rt,热工过程与设备(第二章)习题解答,有： Q = (1000 - 20)/(0.23/1.29 + /0.58) 由此可得： = 0.389m 即，此时红砖的厚度要389mm厚才行。 14.解： (1)计算直径 d1 = 150mm，d2 = 159mm，d3 = 169mm， d4 = 329mm，d5 = 339mm。,热工过程与设备(第二章)习题解答,(2)计算各层热阻 据：Rt,l = 1/(2)(d2/d1) 已知1 = 45，2 = 0.1，3 = 0.
5、09，4 = 0.12，代入数据，计算各层热阻，得：Rt,l1 = 1/(21)(d2/d1) 0Rt,l2 = 1/(22)(d3/d2) = 0.0971Rt,l3 = 1/(23)(d4/d3) = 1.1786Rt,l3 = 1/(24)(d5/d4) = 0.0397,热工过程与设备(第二章)习题解答,(3)计算每米长的热损失 ql = (t1- t5)/(Rt,l1 + Rt,l2 + Rt,l3 + Rt,l4)= (170- 30)/(0+0.0971+1.1786+0.0397)=106(W/m) (4)计算保温层内的温度分布t2 = t1 - ql Rt,l1 = 170
6、- 1060 = 170t3 = t1 - ql (Rt,l1 + Rt,l2)= 170 - 106(0 + 0.0971) = 160,热工过程与设备(第二章)习题解答,t4 = t1- ql (Rt,l1 + Rt,l2 + Rt,l3)= 170 - 106(0 + 0.0971 + 1.1786) = 35 16.解： 据公式：Num = C (Gr Pr)mn 取空气与壁面的平均温度为定性温度，即 tm = (30+ 140)/2 = 85 由此定性温度，查附录1，得： = 0.0309，= 21.6410-6(m2/s)，Pr=0.691,热工过程与设备(第二章)习题解答,定形尺
7、寸为：l = h= 2.8m。 根据： Gr = g t l3/2 得：Gr = 9.811/(273+ 85)1102.83/(21.6410-6)2= 14.131010 以及：Gr Pr = 14.1310100.699= 9.7641010 查表2-1，得：C = 0.1，n = 1/3,热工过程与设备(第二章)习题解答,故： Num = C (Gr Pr)mn= 0.1(9.7641010)1/3= 460.5 又据：Nu = l/，有： = Nu/l 故： = 460.50.0309/2.8 = 5.082 由此可计算出通过该竖壁每平方壁面的自然 对流换热量，为：q = ( tf
8、- tw) = 5.082 (140 - 30) = 559(w/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,19.解：先确定是否为强制对流换热，即先求 Ref是否处在10412104范围内。 由tf = 100，查附录1，得： = 0.0321，= 23.1310-6(m2/s)，Pr = 0.688 又据：Ref = ul/，定形尺寸l取管径，得： Ref = 50.06/23.1310-6 = 1.297104，故空 气在管内的流动为湍流。 据题意：因为是气体被冷却，故：,热工过程与设备(第二章)习题解答,Nuf = 0.023Ref0.8 Prf0.4 即：Nuf = 0.023 (12
9、970)0.8(0.688)0.4 = 38.647 据：Nu = l/，有： = Nu/l = 38.6470.0321/0.06= 20.68 故热风与管壁之间的换热量为： = (tf - tw) F = 20.68(100- 40)23.140.034 = 935(W) l/d = 4/0.06 = 66.6750，故不需进行修正。,热工过程与设备(第二章)习题解答,21.解： 设温度为20的平壁叫平面，温度为 600的平壁叫平面。 (1)据：E = C (T/100)4 = C0 (T/100)4，得： 两平壁的本身辐射分别为： E1 = 1C0(T1/100)4= 0.85.67(2
10、73 + 20)/1004= 334(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,E2 = 2 C0 (T2/100)4= 0.85.67(273 + 600)/1004= 26347(W/m2) (2)它们之间的净辐射传热量为： q12 = (E01 - E02)/(1/1) + (1/2) - 1= C0(T1/100)4- (T2/100)4/(1/1)+(1/2)-1= 5.67(273 + 600)/1004- (273+20)/1004/1.5= 21677(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,22.解： (1)据：q12 = (E01 - E02)/(1/1) + (
11、1/2) - 1= C0 (T1/100)4- (T2/100)4/(1/1) + (1/2) - 1 得： q12 = 5.67(273 + 300)/1004- (273 + 50)/1004/(1/0.85 + 1/0.85 - 1) = 4062(W/m2) (2)当两板间置一黑度相同的遮热板，此时： q12 = q12/2 = 2031(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,(3)当两板之间置一黑度为0.228的光泽镀锌铁 皮时，据： q12 = C0 (T1/100)4 - (T2/100)4/(1/1) + (1/2) + 2(1/c) - 1 得：q12 = 5.67(
12、273 + 300)/1004 -(273 + 50)/1004/ (1/0.85) + (1/0.85) + 2(1/0.228) - 1= 602(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,(4)当两板之间置一黑度为0.04的抛光铝箔 时，同样据： q12 = C0 (T1/100)4 - (T2/100)4/(1/1) + (1/2) + 2(1/c) - 1 得：q12 = 5.67(273 + 300)/1004 -(273 + 50)/1004/(1/0.85) + (1/0.85) + 2(1/0.04) - 1= 109(W/m2),热工过程与设备(第二章)习题解答,24.
13、解：对于气体的辐射，据： Eg = g (T/100)4 须先求出气体的黑度g。 设气体的总压为105(Pa)，对于管径为0.5m的 长管，据射线行程s = 0.9d，则： S = 0.90.5 = 0.45 故：Pco2s = 0.0890.45 = 0.04， PH2Os = 0.10.45 = 0.045,热工过程与设备(第二章)习题解答,气体的平均温度为： Tg = (1000 + 800)/2 = 900(1173K) 根据气体平均温度，二氧化碳与水蒸汽的 PCO2s和PH2Os数据，查图2-45和2-47，得： CO2 0.085，H2O 0.065 故，气体的黑度为：g = CO
14、2+ H2O = 0.085+ 0.065 = 0.15 由此，气体的辐射力为：,热工过程与设备(第二章)习题解答,Eg = g C0 (Tg/100)4= 0.155.67(1173/100)4= 16103(W/m2) 即气体在该条件下辐射力为16103(W/m2)。 26.解：(1)计算通过热风管每米长怕热损失 d1= 1000mm = 1m，1 = 250mm = 0.25m， 1 = 4.86；2 = 10mm = 0.01m，2 = 194； 3 = 200mm = 0.2m，3 = 0.73。,热工过程与设备(第二章)习题解答,故：d1 = 1m，d2 = 1.5m，d3 = 1
15、.52m， d4 =1.92m，又已知：t1 = 26，t2 = 6.94，tg = 800，ta = 15。 据多层圆筒壁的综合换热公式： ql = (tg - ta)/1/(d内t1) +(1/2i)(di+1/di) + 1/(d外t2) 将以上数据代入，经计算，得：通过热风管 道每米长的热损失为： ql = 7770(W/m),热工过程与设备(第二章)习题解答,热工过程与设备(第二章)习题解答,(2)计算管壁界面温度 耐火砖内壁温度t1，为： t1= tg - q/(d1t1) = 800 - 7770/(3.14126)= 705 耐火砖外壁温度即钢管的(内外)表面温度， 也是隔热层
16、的内侧温度t2，为：t2= t1 q / (21) (di2/d1)= 705 7770 /(23.144.86)(1.5/1)= 602 ,热工过程与设备(第二章)习题解答,隔热层的外侧温度t3，为：t3 = ta + q / (d4t2)= 15 + 7770/(3.141.926.94)= 201,热工过程与设备(第二章)习题解答,27.解： 已知隧道窑某车位处窑墙外表面温度为100，外 界空气温度为20，外表面与空气间的总换热系 数为14.54W / (m2)。 故该窑墙的热流密度为： q= t/Rt = (100 - 20)/(1/14.54) = 1163(W/m2) 设窑墙由三层
17、材料构成：第一层采用硅砖，厚度 1 = 460mm = 0.46m；第二层采用轻质硅砖，厚 度2 = 460mm = 0.46m；第三层采用红砖，厚度 3 = 240mm = 0.24m。,热工过程与设备(第二章)习题解答,红砖最高承受温度为600，设其内表面温度为 550，且无接触热阻，则轻质硅砖的外表面温度 也为550；又设轻质硅砖的内表面温度(即硅砖的 内侧温度)为1150。 由此得：红砖的平均温度为： (550 + 100) / 2 = 325 轻质硅砖的平均温度为： (550 + 1150) / 2 = 850 硅砖的平均温度为: (1450 + 1150) / 2 = 1300,热
18、工过程与设备(第二章)习题解答,据材料的导热系数与温度的关系(附录4)，该三种 材料的平均导热系数分别为： 硅砖：0.815 + 0.75610-3 t= 0.815 + 0.75610-31300 =1.8 轻质硅砖：0.465 + 0.46510-3t= 0.465 + 0.46510-3850 = 0.86 红砖：0.465 + 0.5110-3 t= 0.465 + 0.5110-3325 = 0.63 由此可计算出通过窑墙的热流密度： q = t /Rt,热工过程与设备(第二章)习题解答,代入数据，得：q = (1450 - 100)/(0.46/1.8 + 0.46/0.86 +
19、0.24/0.63)= 1152(W/m2) 此计算结果与红砖外墙的对流与辐射传热量(q= 1163)相差仅0.95%。 反算硅砖的内侧温度： t = 1450 - 11520.46/1.8 = 1156 此温度与原假定温度的相对误差为： (1156 - 1150) / 1150 = 0.5%,热工过程与设备(第二章)习题解答,再反算红砖的内侧温度： t = 100 + 11520.24/0.63 = 539 此计算温度与原假定温度的相对误差为： (550 - 539) / 550 = 2% 也在误差允许范围内。 故计算结果可用，即隧道窑该车位窑墙的砌筑材 料可设计为三层材料构成：第一层为厚4
20、60mm的 硅砖，第二层为厚 460m的轻质硅砖，第三层为厚 240mm的红砖。,热工过程与设备(第二章)习题解答,28.解： (1)求顺流与逆流时的对数平均温差 顺流时： t= 100 - 20 = 980t= 870 - 350 = 520 故此时的对数平均温差为： tm = (t- t) / (t/t)= (980 - 520) / (980/520) = 726,热工过程与设备(第二章)习题解答,逆流时： t= 1000 - 350 = 650 t= 870 - 20 = 850 故此时的对数平均温差为： tm = (t- t) / (t/t)= (650 - 850) / (650/
21、850) = 746 (2)求换热面积 当要求换热量为4.4105W时，据 = Ktm F,热工过程与设备(第二章)习题解答,得换热面积为： F = / (Ktm) 又已知换热器传热系数K为25.56W/(m2)， 则顺流时需传热面积为：F1 = / (Ktm)= 4.4105/(25.56726) = 23.7113m2 逆流时需传热面积为：F2 =/ (Ktm)= 4.4105/(25.56746) = 23.0756m2,热工过程与设备(第二章)习题解答,第三章 7.解： 根据空气干球温度t=30，湿球温度tw=25 在I-X图上确定状态点A的位置，由此读出其 状态参数，湿含量X= 0.
22、018Kg/Kg干空气， 热含量I = 18Kcal/Kg干空气，相对湿度= 67%，露点td,p23.5，水蒸汽分压为Pw = 22mmHg柱。,热工过程与设备(第二章)习题解答,8.解： 据：冷空气的干球温度t=20和相对湿度 = 50%，在I-X图上得其状态点D。 又据：热气体的干球温度t = 50和相对湿度 = 80%，在I-X图上得另一状态点E，联接 DE，混合气体的状态点应在DE连线上。 设混合气体的状态点为F，因n = 13，故： EF / FD = 13 由此可确定F点的位置，据此可得F点的状态,热工过程与设备(第二章)习题解答,参数：湿含量X=0.052(Kg/Kg干空气)，热含 量I=42.5(Kj/Kg干空气)，干球温度t=43.5,
