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工程热力学课后题答案

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W2、一炉子的炉墙厚13cm,总面积20m,平均导热系数1.042/(m?K),内、外壁温分别为

5200C和500C。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃煤的发热值为2.09?104kJ/kg,问每

天因热损失要用掉多少千克煤?(答案 ??75.2kW 每天耗煤310.9kg)

53.对置于水中的不锈钢管采用电加热的方法进行压力为1.013?10Pa的饱和水沸腾换热实验。测

0的加热功率为50W,不锈钢管外径4mm,加热段长10cm,表面平均温度为100时的沸腾表面换热系数。(答案 h) ?4421W/(m2?K)

C。试计算此

4.图4-64所示的的空腔由两个平行黑体表面组成,空腔内抽成真空,且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余以知条件如图所示。表面2是厚?体加热,平板的导热系数??0.1m的平板的一侧面,其另一侧面表面3被高温物

?17.5W/(m?K)。试问在稳态工况下表面3的温度tw3是多少?

5.有一厚为20mm的平面墙,导热系数1.3W覆盖了一层导热系数为0.2W/(m?K)。为使每平方米墙的热损失1500W。在外表面

/(m?K)的保温材料。以知复合壁两侧的温度分别为7500C及550C,

试确定保温层此时的厚度。(答案 ??89.6mm)

6.一钢管热风管。内径160mm,外径170mm,导热系数?1保温材料,内层厚?2?58.2W/(m?K)。热风管外包有两层

?30mm,导热系数?2?0.135W/(m?K);外层厚?3?80mm,导热系数

?3?0.093W/(m?K)。热风管内表面温度tw1?3000C,外层保温材料的外表面温度

tw4?500C。求热风管每米管长的热损失和各层间分界面的温度。

(答案 ?L?198.4W/m,tw2?299.970C,tw3?229.270C)

?16.1mm,导热系数

7.用比较法测定材料导热系数的装置如图4-65所示,标准试件厚度?1?1?0.15W/(m?K)。待测试件为厚?2?15.6mm的玻璃板,且四周绝热良好。稳态时测得各壁面

的温度分别为:tw1(答案 ?44.70C、tw2?2.70C、tw3?18.20C,试求玻璃板的导热系数。

??0.71W/(m?K))

图4-65

8.冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚100mm的矿渣棉组成。内、外壁面温度分别为?50C和250C,

W矿渣棉的导热系数为0.06/(m?K)。求跑冷损失的热流密度q。如大气温度为300C,相对湿度

70%。由于水分森透使矿渣棉变湿,且内层结冰。设含水层和结冰层的导热系数分别为0.2W/(m?K)和0.5W/(m?K),问;冷藏箱的冷损失为多少?

(答案 q1?18W/m2,q2?119.95W/m2)

9.某炉墙由耐火砖层、硅藻土培烧板层和金属密封板所构成(见图4-66),各层的导热系数分别为

?1?0.7?0.00058tW/(m?K),?2?0.047?0.000201tW/(m?K)和?3?45W/(m?K);

厚度分别为?1?115mm,?2?185mm,?3?3mm;炉墙内、外表面温度为

(答案 q?257.5W/m2) tw1?5420C,tw4?540C。试求通过炉墙的热流密度。

10.现有一热电偶测量管道内高温气流的温度(参见图4-67)。以知热电偶的读数t1管的基部温度t0?6500C,热电偶套

?5000C,套管插入深度l?100mm,套管壁厚d?10mm,套管材料的导热系数

??25W/(m?K),套管外侧由与气流的表面传热系数h?50试求气流的真实温度tfW/(m2?K),

和测量误差。(答案 气流的真实温度tf?625.70C,测量误差?t?2.710C)

图4-67

11.为增强传热,在外径为40mm的管道外表面上装置纵肋12片,如图4-68所示。肋厚0.8mm,肋高

20mm,肋的导热系数为116W/(m?K)。若管道的壁温为1400C,周围介质的温度为200C,表面

传热系数29W/(m2?K),求每米管长散热量。

(图)4-68

解:

p?(8?10?4?1)?2?2.0(m) A?0.8?10?3?1?0.8?10?3(m2)

hp20?2?12m?()2?()?20.76(m) ?3?A116?0.8?10mH?20.76?0.02?0.415

11th(mH)?计及肋端散热量,???A?0mhm?h1?th(mH)m?

?0?t0?t1?140?20?120(0C)

查双曲函数表,th0.415每片肋的散热量:

?0.3922

20'20.76?116?92.3(W/m) ?L?116?0.8?10?3?120?20.76?201??0.392220.76?1160.3932?圆柱部分的散热量:

\?L?hA'?t?h(?DH?12A)(tw?tf)?20?(??0.04?1?12?0.8?10)?(140?20)?278.6(W/m)每米管长的散热量?L'\??L??L?12?92.3?278.6?1386.2(W/m)

?3

12.一实心燃气轮机叶片,高H?6.25cm,横截面积A?4.65m2,周长P?12.2cm,导热系数

??22W/(m?K)。燃气有效温度Tge?1140K,叶根温度Tr?755K,燃气对叶片的表面传热系

数h?390W/(m2?K)。假设叶片端面绝热,求叶片的温度分布和通过叶根的热流量。

(答案 叶片的温度??384.4ch[0.465(x?0.465)];

?1142.4W)

第三章 对流换热

通过叶根的热流量?1.1600C的机油以0.3m/s的速度在内径为2.5cm的管内流动,管壁温度为1500C。试求以下两种

情况的表面传热系数:(a)管长为2m;(b)管长为6m。

1600C的机油的物性为:

??0.132W/(m?K),??805.89kg/m3,??4513?10?6kg/(m?s),

Pr?84,1500C时,??1518?10?6kg/(m?s)。

(答案 管长2m:h?106.9W/(m2?K);管长6m:h?74.2W/(m2?K))

02.一冷凝器内有1000根内径0.05m、长10m的管子管子内壁温度为39C。有初温为100C,流量为

6m3/s的冷却水在管内流动。求平均对流换热表面传热系数和水的温升。

(答案 平均表面传热系数:h3.冷却水在内径d?8374.7W/(m2?K);水的温升:?t?12.040C)

?20mm、壁温tw?400C、长1.5m的冷凝器内流动。冷却水入口温度

TF'?170C,出口温度t\f?230C。求冷却水的平均流速及管子的热流密度。

(答案 冷却水的流速:??1.18m/s;管子的热流密度:q?9.86?104W/m2)

4.水以1.2m/s的平均流速流过内径为20mm的长直管。

(1)管子壁温75(2)管子壁温150C,水从200C加热到700C: C,水丛700C冷却到200C。

0试计算其它条件不变时,上述两种情况下的对流换热表面传热系数,并讨论造成差别的原因。 (答案 (h1?6064W/(m2?K);h2?5289W/(m2?K)。 h1?h2是因为水被加热时,近壁处

的粘性降低,因此表面传热系数比冷却高。)

5.为了减少重油的动力粘度,以降低泵功率的消耗,让重油通过一个由20块空心平板组成的换热器(见图4-71)。热水在空心平板内流动(垂直与图面方向),从而使平板温度均匀且等于1000C。重油初温为

工程热力学课后题答案

W2、一炉子的炉墙厚13cm,总面积20m,平均导热系数1.042/(m?K),内、外壁温分别为5200C和500C。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃煤的发热值为2.09?104kJ/kg,问每天因热损失要用掉多少千克煤?(答案??75.2kW每天耗煤310.9kg)53.对置于水中的不锈钢管采用电加热的方法进行压力为1.01
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