钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209整理第四章传热及换热设备1．用平板法测定材料的热传导系数，主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量表面温度。设平板的热传导面积为0.03m2，厚度为0.01m。测量数据如下：电热器材料表面温度℃安培数A伏特数V高温面低温面2.81403001002.311520050试求：（1）该材料的热传导系数。该材料热传导系数与温度的关系为线性：λ=λ0(1+at)，则λ0和a值为多少？λ解：(1)Q=AΔtb2.8×140×0.01λ==0.65w/m.k10.03×(300−100)2.3×1.5×0.01λ==0.59w/m.k20.03×(200−50)λ+λλ=(12)/2=0.65+0.59=0.62w/m.k2(2)λ=λ0(1+at)0.65=λ0(1+200a)0.59=λ0(1+125a)-3解得：λ0=0.49a=1.63×102．平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度和热导热系数如下：热导热系数λ，序号材料厚度b，mmW⋅m-1⋅℃-11（内层）耐火砖2001.072绝缘砖1000.143钢645若耐火砖内层表面的温度t1为1150℃，钢板外表面温度t2为30℃，又测得通过炉壁的热损失为300W⋅m-2，试计算热传导的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因并计算附加热阻。1钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209整理QΔt1150−30解：=∑==1242w/m2AR2.01.00.006∑++1.070.1445计算比测量大，存在附加热阻（由于层与层之间接触不好有空气），设附加热阻为Ri则：1150−30300=2.01.00.006+++Ri1.070.1445Ri=2.83m.k/w3．设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。耐火砖和普通砖的厚度为0.5m和0.25m。三种砖的热传导系数分别为1.02W⋅m-1⋅℃-1、0.14W⋅m-1⋅℃-1和0.92W⋅m-1⋅℃-1，已知耐火砖内侧为1000℃，外界温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃，普通砖不超过138℃。Qλ1Δt1λ2Δt2解：==Ab1b2λ1=1.02w/m.℃b1=0.5mΔt1=1000−940λ2=0.14w/m.℃b2=?Δt2=940−138解得：b2=0.92m4．有一外径为150mm的钢管，为减少热损失，今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料的热传导系数之比λ2/λ1=2，两层绝热层厚度相等皆为30mm。试问应把哪一种材料包在里层时，管壁热损失小。设两种情况下两绝热层的内外温度不变。解：λ1（小的导热系数）包在内层，热损失小ΔtiΔt2πL(r−r)由Q=∑=A=32Rbbm2r∑i1+2ln3λ1Am11λ2Am2r2Δt2πL(r−r)及Q′=A=21bbm1r1+2ln2λ1Am1λ2Am2r1Δt=常数b1=b21111可以证明+>+（λ2=2λ1）λ1AAAAm1λ2m2λ2m1λ1m2第一种热阻大，所以热损失少。2钟理伍钦化工原理课后习题答案0818209整理5.外径为50mm的管子，其外包扎有一层厚度为40mm，热传导系数为0.13W⋅m-1⋅℃-1的绝热材料。管子外表面的平均温度t1为800℃。现拟在绝热材料外再包扎一层热传导系数为0.09-1-1W⋅m⋅℃的氧化镁绝热层，使该层的外表面温度t3为87℃，设管子的外表面温度仍为800℃。外界环境温度tα为20℃。试求氧化绝热层的厚度。假设各层间接触良好。解：t1=800℃t2=?t3=87℃ta=20℃r1=25mmr2=65mmr3=r2+x=65+xmm222λ1=0.13w/m.kλ2=0.09w/m.khT=9.4+0.052×（87-20）=12.88w/m.K2πLλ1(t1−t2)2πLλ2(t2−t3)q===hTπLd(87−20)r2r3lnlnr1r2d=0.05+0.08+2×10-3x=0.13+2×10-3x解得：x=18mm6．试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数h的准数关联式。已知h为下列变量的函数：h=f(,,,,,)λCpρμul，式中λ、Cp、ρ、μ分别为流体的热传导系数、比定压热容、密度、粘度、u为流体流速，l为传热设备定型尺寸。bdcefg解：设h=QλCp