第4章 传热4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K mW 05.111--⋅⋅=λ厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K m W 151.0--⋅⋅=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--⋅⋅=λ。
若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。
试求：（1）绝热砖的厚度。
绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65⨯⨯; (2) 普通砖外测的温度。
普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5⨯⨯。
(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344︒=t )解：⑴第一层：1121λb t t A Q -= 第二层：2232λb t t AQ -= ⇒()()32222111t t b t t b -=-λλ⇒()()130940151.0940100023.005.12-=-b ⇒m 446.02=b因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0，校核：()()3940460.0151.0940100023.005.1t -=- ⇒C 3.1053︒=t ；⑵()()43332111t t b t t b -=-λλ⇒C 6.344︒=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170⨯φ的无缝钢管输送水蒸气。
为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W --⋅⋅ ;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W --⋅⋅。
管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。
管道长m 50。
试求该管道的散热量。
无缝钢管热导率为11K m 45W --⋅⋅ （答：kW 2.14=Q ）解：已知：11棉K m 0.065W --⋅⋅=λ，11灰K m 0.21W --⋅⋅=λ查表得：11K m W 54--⋅⋅=钢λ()34323212141ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t lQ λλλπ++-= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ，302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023.029.0ln ln34==d d()1m W 28421.0231.0065.0302.0450606.0403002-⋅=++-=πlQ ， kW 2.14W 1042.1502844=⨯=⨯=Q 。
4-3、冷却水在mm 1mm 19⨯φ，长为m 0.2的钢管中以1s 1m -⋅的流速通过。
水温由88K 2升至K 298。
求管壁对水的对流传热系数。
(答：12K m 4260W --⋅⋅)解：设为湍流水的定性温度K 2932298288=+=t ， 查表得：11C kg kJ 183.4--︒⋅⋅=p c ，11K m W 5985.0--⋅⋅=λ， s Pa 10004.13⋅⨯=-μ，3m kg 2.998-⋅=ρ， m 2=l ，m 017.0=d ， 507.117017.02>==dl， 446101069.110004.12.9981017.0Re >⨯=⨯⨯⨯==-μρdu 与假设相符， 01.75985.010004.110183.4Pr 33=⨯⨯⨯==-λμp c ， 4.08.0Pr Re 023.0dλα=()()124.08.04K m W 426001.71069.1017.05985.0023.0--⋅⋅=⨯=。
4-4、空气以1s 4m -⋅的流速通过一mm 75.3mm 5.75⨯φ的钢管，管长20m 。
空气入口温度为C 320，出口为C 680。
试计算空气与管壁间的对流传热系数。
如空气流速增加一倍。
其它条件不变，对流传热系数又为多少？（答：12K m 18.3W --⋅⋅ ，12K m W 7.31--⋅⋅）解：设为湍流空气的定性温度C 5026832︒=+=t ， 查表得：11C kg kJ 005.1--︒⋅⋅=p c ，112K m W 1083.2---⋅⋅⨯=λ，s Pa 1096.15⋅⨯=-μ，3m kg 093.1-⋅=ρ，m 20=l ，mm 6875.325.75=⨯-=d ，50294068.020>==dl， 4451010517.11083.2093.14068.0Re >⨯=⨯⨯⨯==-μρdu 与假设相符，698.01083.21096.110005.1Pr 253=⨯⨯⨯⨯==--λμp c ， 4.08.0Pr Re 023.0dλα=()()124.08.042K m W 3.18698.010517.1068.01083.2023.0---⋅⋅=⨯⨯=，当u u 2='时128.08.04.08.0K m W 7.3123.182Pr e R 023.0--⋅⋅=⨯=⋅='='αλαd。
()1214.031K m W 1990555.0302.020097602.0293.086.1--⋅⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=。
4-5、有一套管式换热器，外管尺寸为mm 5.2mm 38⨯φ，内管为mm 5.2mm 25⨯φ的钢管，冷水在管内以1s 0.3m -⋅的流速流动。
水进口温度为C 200，出口为C 400。
试求管壁对水的对流传热系数。
（答：12K m 1640W --⋅⋅）解：设为湍流水的定性温度C 3024020︒=+=t ， 查表得：11C kg kJ 174.4--︒⋅⋅=p c ，11K m W 618.0--⋅⋅=λ， s Pa 105.8016⋅⨯=-μ，3m kg 7.995-⋅=ρ， 46107456105.8017.9953.002.0Re <=⨯⨯⨯==-μρdu 与假设不符，为过度流， 41.5618.0105.80110174.4Pr 63=⨯⨯⨯==-λμp c ， 4.08.0Pr Re 023.0d λα=湍()()124.08.0K m W 175341.5745602.0618.0023.0--⋅⋅==，9358.074561061Re 10618.058.05=⨯-=⨯-=f ， 12K m W 164017539358.0--⋅⋅=⨯=⋅=湍过ααf 。
4-6、现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为1h 5000kg -⋅，进口温度为C 800，出口温度为C 500；水在环隙中流动，进口温度为C 150，出口为C 300。
逆流流动。
冷却面积为2m 5.2。
问所测得得总传热系数为若干？ （答：12K m 737W --⋅⋅ ）解：甲苯的定性温度C 6525080︒=+=t ， 查表得：11C kg kJ 88.1--︒⋅⋅=p c ，()()kW 3.7850801088.136005000321=-⨯⨯⨯=-=t t Gc Q p ， C 50308021︒=-=-T t ，C 35155012︒=-=-T t ，23550<，C 5.4223550︒=+=∆∴m t ， 123K m W 7375.425.2103.78--⋅⋅=⨯⨯=∆=m t A Q K 。
4-7、在一套管式换热器中，内管为mm 10mm 180⨯φ的钢管，内管中热水被冷却，热水流量为1h 3000kg -⋅，进口温度为C 900，出口为C 600。
环隙中冷却水进口温度为C 200，出口温度为C 500，总传热系数12K m 2000W K --⋅⋅=。
试求： （1）冷却水用量；（2）并流流动时的平均温度差及所需的管子长度； （3）逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。
（答：（1）1h 3000kg -⋅ ；（2）C 30.6︒ ，3.4m ；（3）C 40︒ ，.6m 2 ）解：⑴11C kgkJ 186.4--︒⋅⋅=p c ，()()122211T T c G t t c G Q p p -=-=()()12h kg 30002050186.46090186.43000-⋅=-⨯-⨯⨯=G ；⑵C 70209011︒=-=-T t ， C 10506022︒=-=-T t ，C 6.301070ln 5070︒=-=∆m t ， ()23m 71.16.3020003600609010186.43000=⨯⨯-⨯⨯⨯=∆=m t K Q A ， m 4.316.014.371.1=⨯==d A L π；⑶C 40509021︒=-=-T t ， C 40206012︒=-=-T t ，24040< ，C 4024040︒=+=∆∴m t ，()23m 31.14020003600609010186.43000=⨯⨯-⨯⨯⨯=∆=m t K Q A ， m 6.216.014.331.1=⨯==d A L π4-8、一套管式换热器内流体的对流传热系数121K m W 200--⋅⋅=α，管外流体的对流传热系数122K m W 350--⋅⋅=α。
已知两种流体均在湍流情况下进行换热。
试回答下列问题：（1）假设管内流体流动增加一倍； （2）假设管外流体流速增加二倍。
其它条件不变，试问总传热系数是原来的多少倍？管壁热阻及污垢热阻可不计。
（答：（1）37.1倍 ；（2）27.1倍 ） 解：121K mW 200--⋅⋅=α，122K m W 350--⋅⋅=α122121K m W 127350200350200--⋅⋅=+⨯=+⋅=ααααK ；⑴管内流速增加一倍，即， 因为是湍流情况下的换热，故：74.128.08.01111==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'='u u αα， 1211K m W 34820074.174.1--⋅⋅=⨯=='αα，122121K m W 5.174350348350348--⋅⋅=+⨯=+'⋅'='ααααK ，倍37.11275.174=='K K ； ⑵管外流速增加一倍，即223u u ='， 因为是湍流情况下的换热，故：408.238.08.02222==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'='u u αα， 1222K m W 8.84235041.241.2--⋅⋅=⨯=='αα，122121K m W 6.1618.8422008.842200--⋅⋅=+⨯='+'⋅=''ααααK ，倍27.11276.161==''K K 。