第四章传热【热传导】【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解根据已知做图热传导的热量.28140392Q I V W =⋅=⨯=()12AQ t t bλ=-.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==--()./218W m =⋅℃【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1)根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
(2)若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。
解(1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。
通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。
()1121q t t b λ=-.()/.W m =-=21051000940274 023绝热砖层厚度2b 的计算()2232q t t b λ=-.().b m =-=201519401300446 274每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为.20232046b m =⨯=．。
(2)计算普通砖层的外侧壁温4t 先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度3t (2)32227404694010530151qb t t λ⨯=-=-=℃习题4-3附图习题4-4附图3t 小于130℃，符合要求。
通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温4t 。
()3343q t t b λ=- (3)4332740241053346093qb t t λ⨯=-=-=℃【4-7】水蒸气管路外径为108mm ，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度/℃t 的变化关系为../()0033000023t W m K λ=+⋅。
水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过/160W m 。
试确定所需保温层厚度。
解保温层厚度以b 表示(..)220033000023l dt dt q r t r dr drλππ=-=-+(..)221120033000023r t l r t drq t dtrπ=-+⎰⎰.ln.())2221212100023200332l r q t t t t r π⎡⎤=-+-⎢⎥⎣⎦已知/12150℃,50 160t t q W m===℃,,.1210．0540054r m r r b b==+=+..()..()ln .220066314150500000233141505016010054b ⨯⨯-+⨯⨯-=⎛⎫+ ⎪⎝⎭..ln .2073144510054160b +⎛⎫+=⎪⎝⎭解得保温层厚度为..00133133b m mm==保温层厚度应不小于13.3mm【对流传热】【4-9】空气以4m s ／的流速通过..755375mm mm φ⨯的钢管，管长5m 。
空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。
(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。
(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，钢管内壁的平均温度为多少。
解已知/,.,,,124 0068 5 32 68℃u m s d m l m t t =====℃(1)对流传热系数α计算空气的平均温度3268502m t +==℃查得空气在50℃时的物性数据./31093kg m ρ=，.,./(),./()p Pa s W m c kJ kg μλ--=⨯⋅=⨯⋅=⋅5219610 28310 1005℃℃Pr 0698=．，空气被加热，Pr 的指数04n =．雷诺数..Re ..450068410931521019610du ρμ-⨯⨯===⨯⨯湍流..5735600068l d ==>对流传热系数. .Re Pr 08040023dλα=．....(.)(.)./().W m α-⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅2408042283100023152100698184 0068℃(2)空气流速增加一倍，对流传热系数'α为..''./()u W m u αα⎛⎫⎛⎫==⨯=⋅ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭08082218432 1℃(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，计算钢管内壁平均温度用式w m Q A t t α=-（）计算钢管内壁的平均温度w t 。
已知空气进出口平均温度50m t =℃在第(1)项中已计算出对流传热系数./()2184W m α=⋅℃钢管内表面积为..200685107A dl m ππ==⨯⨯=钢管内壁平均温度 (578)50794184107w w Q t t A α=+=+=⨯℃【两流体间传热过程的计算】【4-16】载热体的流量为/1500kg h ，试计算下列各过程中载热体放出或吸收的热量。
(1)100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水；(2)苯胺由383K 降温至283K ；(3)比热容为./()377kJ kg K ⋅的NaOH 水溶液从290K 加热到370K ；(4)常压下20℃的空气加热到150℃；(5)绝对压力为250kPa 的饱和水蒸气，冷凝冷却成40℃的水。
解/m q kg s =15003600(1)水蒸气冷凝比汽化热/2258r kJ kg=放热量m Q q r kW ==⨯=15002258941 3600(2)苯胺平均温度3832833332m T K +==比热容./()219p c kJ kg K =⋅放热量()()..121500=219383283913 3600m p Q q c T T kW =-⨯-=(3)NaOH 水溶液比热容()./377p c kJ kg K =⋅吸热量()().121500377370290126 3600m p Q q c T T kW =-=⨯⨯-=(4)空气加热平均温度20150852m t +==℃比热容()./1009 p c kJ kg =⋅℃吸热量()()..211500=1009150205473600m p Q q c t t kW =-⨯⨯-=(5)饱和水蒸气250p kPa =，饱和温度.s t =1272℃，比汽化热/2185r kJ kg =，冷凝水从.1272℃s t =降至240t =℃℃，平均温度..1272408362m t +==℃比热容()./4196 p c kJ kg =⋅℃放热量[]2（）m p s Q q r c t t =+-()..15002185419612724010633600kW =+⨯-=⎡⎤⎣⎦【4-17】用冷却水使流量为/kg h 2000的硝基苯从355K 冷却到300K ，冷却水由15℃升到35℃，试求冷却水用量。
若将冷却水的流量增加到./335m h ，试求冷却水的出口温度。
解硝基苯流量/12000m q kg h =，平均温度 .,12355300=327522m T T T K ++==比热容()./p c kJ kg K =⋅1158硝基苯的放热量()1112m p Q q c T T =-()..kW =⨯⨯-=2000158355300483 3600(1)冷却水用量计算平均温度 121535=25℃22m t t t ++==比热容()./24179p c kJ kg =⋅℃，密度/3997kg m ρ=. /().()m p Q q kg hc t t ⨯===--222148336002080 41793515./m v q q m hρ==322209 (2)用水量./v q m h =3235时，求2t =？用水量增大，水出口温度2t 应降低。
先假设水的比热容及密度不变。
从上面的计算式可知()221v q t t -与成反比，故. ,..2215209 269℃353515t t -==-假设.2269℃t =水的平均温度.212691521℃22m t t t ++===查得水的比热容()./4182 p c kJ kg =⋅℃，密度/3998kg m ρ=计算2t 212222p m p v Q Qt t c q c q ρ-== (24833600)15269418235998t ⨯=+=⨯⨯℃与假设相符。
【4-18】在一换热器中，用水使苯从80℃冷却到50℃，水从15℃升到35℃。
试分别计算并流操作及逆流操作时的平均温度差。
解(1)并流操作苯1280℃50℃T T =→=水1215℃35℃t t =→=1265℃15℃t t ∆=∆=(2)逆流操作苯1280℃50℃T T =→= //1245352t t ∆∆=<2135℃15℃t t =←=水1245℃35℃t t ∆=∆=【4-19】在1壳程2管程列管式换热器中用水冷却油，冷却水走管内，进口温度为20℃，出口温度为50℃。
油进口温度为120℃，出口温度为60℃。
试计算两种流体的传热平均温度差。
解属于折流//12121205070℃,602040℃,70402t t t t ∆=-=∆=-=∆∆=< 12704055℃22Δt Δt Δt ++===逆122112060602502030T T R t t --====--.21115020300312020100t t P T t --====--查得温差校正系数.091ψ=.逆0915550℃m m t t ψ∆=∆=⨯=【4-20】用绝对压力为300kPa 的饱和水蒸气将体积流量为380m h ／的苯胺从80℃加热到100℃。
苯胺在平均温度下的密度为/3955kg m ，比热容为./()231 ℃kJ kg ⋅。
试计算：(1)水蒸气用量(/)kg h ；(2)当总传热系数为()2800℃W m ⋅／时所需传热面积。
解(1)水的比汽化热/2168r kJ kg =，苯胺体积流量/3280v q m h =，苯胺吸收的热量为.ln ln12并1265153416515Δt Δt Δt Δt Δt --===℃ 12逆453540℃22Δt Δt Δt ++===()().3221809552311010080v p Q q c t t ρ=-=⨯⨯⨯⨯-././.9653531035310 9810J h kJ h W=⨯=⨯=⨯水蒸气用量./m Q q kg h r ⨯===613531016282168(2)计算传热面积A 已知/()K W m =⋅2800℃，水蒸气的,.300 1333℃p kPa t ==。