化工原理王晓红版习题答案第二章

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第2章

1．锅炉钢板壁厚120mm，其导热系数146.5W/mK。若粘附在锅炉内壁上的水垢层厚度为21mm，其导热系数21.162W/mK。已知锅炉钢板外表面温度为t1523K，水垢内表面温度为t3473K，求锅炉每平方米表面积的传热速率，并求钢板内表面的温度t2。〔原题1〕

解：该题为圆筒壁的热传导问题，如果设锅炉的半径为r，则r1r0.02，r2r，

r3r0.001，根据题意，可以得到r1r2r3，所以Sm1Sm2

由圆筒壁的导热速率方程：Q

t1tn1t1t3

 n

b1b2bi

1Sm12Sm2i1iSmi

t3473K，t1523K，146.5W/mK，21.162W/mK，b10.02m，其中，

b20.001m，Sm1Sm2S。

所以q

Qtt523473

13W/m23.874W/m2

0.020.001Sb1b2



1246.51.162

t1tn1t1t2

 n

b1bi

1Sm1i1iSmi

根据圆筒壁的导热速率方程：Q

可以得到：t2t1-

qb1

1

523

3.8740.002

506.3(K)

46.5

2．在一φ60×3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数0.07W/m℃；外层为20mm的石棉层，平均导热系数

0.15W/m℃。现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃。已知钢管的平均导热系数45W/m℃，试求每米管长的热损失与两层

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保温层界面的温度。〔原题2〕

解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式：

Q

t1tn1t1t4t1t4

2πLn

b3b3b1b2b1b2bi

SSSrr3rm3Si1imi1m12m23m31m12m2

式中：t1=500℃，t4=80℃，r1=60/2-3.5=26.5(mm)，r2=60/2=30(mm)，

r3=30+40=70(mm)，r4=70+20=90(mm)，b1=3.5mm，b2=40mm，b3=30mm，λ1=45W/( m·℃)，λ2=0.07W/( m·℃)，λ3=0.15W/( m·℃)。

rm1

r1r226.530

28.3(mm) 22

rm2

r3r27030

47.2(mm) r370

lnln

30r2

r3r4709080(mm) 22

rm3

所以每米管长的热损失为：

t1t4Q

2π

bb1bL

23

1rm12rm23rm3 23.1423.142 191.6W/m因为Q

50080

W/m

3.54020



4528.30.0747.20.1580

t1tn1t3t4t1t4

2πL2πLn

b3b3b1b2bi

rr3rm33rm3Si1imi1m12m2

所以t3t4

b3Q20

80191.6130.8〔℃〕 L2π3rm323.1420.1580

3

3．有一列管式换热器，由38根φ25×2.5mm的无缝钢管组成，苯在管程流动，

由20℃加热到80℃，苯的流量为10.2 kg/s，饱和蒸汽在壳程冷凝。试求：〔1〕管壁对苯的对流传热系数？〔2〕若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变

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