热工过程与设备习题解答(2)

得：q12 = 5.67×{[(273 + 300)/100]- [(273 + 50)/100]}/(1/0.85 + 1/0.85 - 1) = 4062(W/m) (2)当两板间置一黑度相同的遮热板，此时：q12′ = q12/2 = 2031(W/m) (3)当两板之间置一黑度为0.228的光泽镀锌铁皮时，据：

q12 = C0 [(T1/100)- (T2/100)]/{(1/ε1) + (1/ε2) + 2[(1/εc) - 1]}

得：q12′ = 5.67×{[(273 + 300)/100]- [(273 + 50)/100]}/{(1/0.85) + (1/0.85) + 2[(1/0.228) - 1]}= 602(W/m) (4)当两板之间置一黑度为0.04的抛光铝箔时，同样据：

q12 = C0 [(T1/100)- (T2/100)]/{(1/ε1) + (1/ε2) + 2[(1/εc) - 1]} 得：

q12′= 5.67×{[(273 + 300)/100]- [(273 + 50)/100]}/{(1/0.85) + (1/0.85) + 2[(1/0.04) - 1]}= 109(W/m) 26.温度为800℃的热空气经热分管道流动，管壁由三种材料组成： 耐火砖 δ?=250 mm λ?=4.86 W/(m·℃) 钢管 δ?=10 mm λ?=194 W/(m·℃) 隔热层 δ?=200 mm λ?=0.73 W/(m·℃)

管内径1000mm，已知管内热空气对内表面总换热系数αt, 1=26 W/(m 2·℃)，隔热层表面与外界空气间的总换热系数αt,2=6。94 W/(m 2·℃)，外界空气温度为15℃，计算通过该热分管道每米长的热损失及管壁温度？

解：(1)计算通过热风管每米长怕热损失

d1= 1000mm = 1m，δ1 = 250mm = 0.25m， λ1 = 4.86；δ2 = 10mm = 0.01m，λ2 = 194； δ3 = 200mm = 0.2m，λ3 = 0.73。

故：d1 = 1m，d2 = 1.5m，d3 = 1.52m，d4 =1.92m 又已知：αt1 = 26，αt2 = 6.94， tg = 800℃，ta = 15℃。 据多层圆筒壁的综合换热公式：

ql = (tg - ta)/[1/(πd内αt1) + Σ(1/2πλi)㏑(di+1/di) + 1/(πd外αt2)] 将以上数据代入，经计算，得：

通过热风管道每米长的热损失为：ql = 7770(W/m) (2)计算管壁界面温度

耐火砖内壁温度t1，为：t1= tg - q/(πd1αt1) = 800 - 7770/(3.14×1×26)= 705℃ 耐火砖外壁温度即钢管的(内外)表面温度，也是隔热层的内侧温度t2，为：

t2= t1 – q / (2πλ1) · ㏑(di2/d1= 705 – 7770 /(2×3.14×4.86)×㏑(1.5/1)= 602 ℃ 隔热层的外侧温度t3，为：t3 = ta + q / (πd4αt2)= 15 + 7770/(3.14×1.92×6.94)= 201℃

27.隧道窑某车位窑墙外表面温度100℃，外界空气温度20℃，外表面与空气间总换热系数为14.54 W/(m 2·℃)，窑墙内表面温度为1450℃，试为此窑墙选择合适的砌筑材料，并计算各层材料的厚度。 解：已知隧道窑某车位处窑墙外表面温度为100℃，外 界空气温度为20℃，外表面与空 气间的总换热系数为14.54W / (m·℃)。

故该窑墙的热流密度为：q= Δt/Rt = (100 - 20)/(1/14.54) = 1163(W/m) 设窑墙由三层材料构成：第一层采用硅砖，厚度 δ1 = 460mm = 0.46m； 第二层采用轻质硅砖，厚 度δ2 = 460mm = 0.46m 第三层采用红砖，厚度 δ3 = 240mm = 0.24m。

红砖最高承受温度为600℃，设其内表面温度为 550℃，且无接触热阻，则轻质硅砖的外表面温度 也为550℃；又设轻质硅砖的内表面温度(即硅砖的 内侧温度)为1150℃。 由此得：红砖的平均温度为：(550 + 100) / 2 = 325℃ 轻质硅砖的平均温度为：(550 + 1150) / 2 = 850℃ 硅砖的平均温度为: (1450 + 1150) / 2 = 1300℃

据材料的导热系数与温度的关系(附录4)，该三种 材料的平均导热系数分别为：

2

24

4

2

4

4

4

4

2

4

4

2

4

4

2

硅砖：0.815 + 0.756×10t= 0.815 + 0.756×10×1300 =1.8 轻质硅砖：0.465 + 0.465×10t= 0.465 + 0.465×10×850 = 0.86 红砖：0.465 + 0.51×10t= 0.465 + 0.51×10×325 = 0.63 由此可计算出通过窑墙的热流密度：q′ = Δt /ΣRt

代入数据，得：q = (1450 - 100)/ (0.46/1.8 + 0.46/0.86 + 0.24/0.63)= 1152(W/m) 此计算结果与红砖外墙的对流与辐射传热量(q= 1163)相差仅0.95%。 反算硅砖的内侧温度：t = 1450 - 1152×0.46/1.8 = 1156℃ 此温度与原假定温度的相对误差为：(1156 - 1150) / 1150 = 0.5% 再反算红砖的内侧温度：t = 100 + 1152×0.24/0.63 = 539℃

此计算温度与原假定温度的相对误差为：(550 - 539) / 550 = 2% 也在误差允许范围内。

故计算结果可用，即隧道窑该车位窑墙的砌筑材 料可设计为三层材料构成：第一层为厚460mm的 硅砖，第二层为厚 460m的轻质硅砖，第三层为厚 240mm的红砖。

28.热烟气进入换热器前温度为1000℃，出换热器温度为870℃，空气经换热器由20℃加热至350℃。 ⑴计算在顺流、逆流、正交逆流时的对数平均温度差。

⑵若已知要求换热量为4.4x10 5 W，换热器传热系数为25.56 W/(m 2·℃)，计算在顺流、逆流所需换热面积各为多少？

解：(1)求顺流与逆流时的对数平均温差顺流时：

Δt′= 100 - 20 = 980℃ ；Δt′′= 870 - 350 = 520℃ 故此时的对数平均温差为：

Δtm = (Δt′- Δt′′) / ㏑(Δt′/Δt′′)= (980 - 520) / ㏑(980/520) = 726℃ 逆流时：Δt′= 1000 - 350 = 650℃ ；Δt′′= 870 - 20 = 850℃ 故此时的对数平均温差为：

Δtm = (Δt′- Δt′′) / ㏑(Δt′/Δt′′)= (650 - 850) / ㏑(650/850) = 746℃ (2)求换热面积

当要求换热量为4.4×10W时，据Φ = KΔtm · F得换热面积为：F = Φ/ (KΔtm) 又已知换热器传热系数K为25.56W/(m·℃)，则顺流时需传热面积为：

F1 = Φ/ (KΔtm)= 4.4×10/(25.56×726) = 23.7113m 逆流时需传热面积为：

F2 =Φ/ (KΔtm)= 4.4×10/(25.56×746) = 23.0756m 第三章

7.已知空气干球温度为30℃，湿球温度25℃，用I-X图求该湿空气的湿含量、热含量、相对湿度、露点温度及水蒸气分压？

解：根据空气干球温度t=30℃，湿球温度tw=25℃ 在I-X图上确定状态点A的位置，由此读出其状态参数：

湿含量X= 0.018Kg/Kg干空气， 热含量I = 18Kcal/Kg干空气，相对湿度φ= 67%，露点td,p23.5℃，水蒸汽分压为Pw = 22mmHg柱。

8.用20℃、相对湿度50％的空气与50℃、相对湿度80％的热气体以1：3的比例混合，用计算法与作图法求出混合气体的湿含量、热含量及干球温度？

解：据：冷空气的干球温度t=20℃和相对湿度φ= 50%，在I-X图上得其状态点D。 又据：热气体的干球温度t = 50℃和相对湿度φ= 80%

在I-X图上得另一状态点E，联接 DE，混合气体的状态点应在DE连线上。 设混合气体的状态点为F，因n = 1︰3，故：EF / FD = 1︰3 由此可确定F点的位置，据此可得F点的状态参数：

湿含量X=0.052(Kg/Kg干空气)，热含量I=42.5(Kj/Kg干空气)，干球温度t=43.5℃

5

2

5

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2

5

2

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