南工大化工原理第章习题解答
四
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第四章习题
1）用平板法测定材料的导热系数，其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其表面温度。设平板的导热面积为0.03m2，厚度为0.01m。测量数据如下：
电热器 安培数 A 2.8 2.3 伏特数 V 140 115 材料的表面温度 ℃ 高温面 低温面 300 100 200 50 试求：①该材料的平均导热系数。②如该材料导热系数与温度的关系为线性：
，则λ0和a值为多
少？
2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t1、t2、t3和t4分别为
500℃、400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。
3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
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4）在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08
W/(m·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m，试求绝热层厚度。
5）Φ38×2.5mm的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。 50第一层是mm厚的氧化锌粉，其平均导热系数为0.07 W/(m·℃)；第二层是10mm厚的石棉层，其平均导热系数为0.15 W/(m·℃)。若管内壁温度为
180℃，石棉层外表面温度为35℃，试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度？
解：①r0 = 16.5mm = 0.0165m ，r1 =19mm = 0.019 m
r2 = r1＋?1 = 0.019＋0.05 = 0.069 m r3 = r2＋?2 = 0.069＋0.01 = 0.079 m ?0 = 45 W/(m·℃)
W/m
②
∴ t2 = 41.8 ℃
即
6）通过空心球壁导热的热流量Q的计算式为：
，A1、A2分别为球壁的内、外表面积，试推导此式。
，其中
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7）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导热系数之比
1
，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总温差不变。
8）试用因次分析法推导壁面和流体间强制对流给热系数α的准数关联式。已知α为下列变量的函数：
。式中λ、CP、ρ、μ
分别为流体的导热系数、等压热容、密度、粘度，u为流体流速，l为传热设备定型尺寸。
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9）水流过φ60×3.5mm的钢管，由20℃被加热至60℃。已知流速为1.8m/s，试求水对管内壁的给热系数。
，水
10）空气流过φ36×2mm的蛇管，流速为15m/s，从120℃降至20℃，空气压强4×105Pa（绝压）。已知蛇管的曲率半径为400mm，
，试求空气
对管壁的给热系数。空气的密度可按理想气体计算，其余物性可按常压处理。
11）苯流过一套管换热器的环隙，自20℃升至80℃，该换热器的内管规格为φ19×2.5mm，外管规格为φ38×3mm。苯的流量为1800kg/h。试求苯对内管壁的给热系数。
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