食品工程原理第八周布置习题解答

食品1301班及食品质安1301、1302班食品工程原理作业（共

96题）

1.燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t1为1400℃，外表面温度t3为100℃。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1＝0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为λ2＝0.3+0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，λ单位为W／(m·℃)。

解：热通量q及界面温度t2

m1 由：qq1(t1t2)

b1m2q2(t2t3)

b2又 10.90.0007t 20.30.0003t 已知：t11400℃ t2100℃ b1460mm b2230mm 代入联立解之得： t2949℃

２

代入q式得q16（Ｗ／ｍ） 答： q＝16W／㎡，t2＝949℃

4. 某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。

[解]Q/S(t1t2）/（bi/i)(100055)/[（0.5/112)(0.5/0.16)(0.25/0.92)] 247.81W/m2答： Q/S=247.81W/m

7.某食品工艺过程需用管式换热器加热25℃的水使其温度达到35℃，换热器管子规格为Φ25 mm× 2.5mm，水在管内流过，流速为2 m/s，管长4m。求换热器水侧对流传热系数。

[答：7988.2W/(m2·K)]

解：该题属于低粘度流体在管内流动的情况。

定性温度：T2

253530℃ 2定性尺寸：管内径di=0.02(m) 30℃下水的物性如下：

ρ=995.7kg/m3, μ=80.12×10-5Pa·s

CP=4.174KJ/(Kg·K), λ=0.6171[W/(m·K)]

L4200>60 di0.02Rediu0.022995.74.98104>1×104 580.1210PrCp4.17410380.121055.42

0.6171Re>1×104为湍流，水被加热，n=0.4 ∴0.023diRe0.8Pr0.40.0230.80.61710.44.981045.42 0.02＝7988.2[W/(m2·K)]

8、将番茄酱通过内径为60mm的换热器由75℃冷却到20℃，流量为6000kg/h，已知番茄酱物性数据如下：ρ=1050.7kg/m3；CP=3.98KJ/(Kg·K)；μ=2.15mPa·s(47.5℃)；λ=0.61 W/(m·K)，求番茄酱与管壁间的对流传热系数。

[答：1562.6W/(m2·K)]

解：此题为高粘度流体在管内被冷却。

uW42i6000/1050/3600d40.5（m/s）

0.062ReduCp0.060.18810501.66104>1×104,湍流 32.1510Pr3.981032.1510514.03

0.61130.140.027Re0.8Prdiw

10.6140.80.0271.661014.0330.950.141562.6W/m2K0.06

10.有一列管式换热器，管束有Φ108mm× 4mm的钢管组成，管子排列为直列，管内为200kPa的饱和水蒸气冷凝，管外为100kPa的空气被加热，空气进口温度为15℃，出口温度为45℃。空气垂直流过管束，流动的方向共有10列，每列有管子10行，行列间距为140mm。已知空气流过最窄出的流速为12m/s，试求空气的平均对流传热系数。

[答：.74W/(m2·K)]

解：NuCRePrn0.4，有CdRenPr0.4

x11401.296，比值在1.2~3.之间，则： d108x C10.1110.11.2961.1296

d154530℃，查此温度空气的物性为： 空气定性温度，

2CP=1.0KJ/(Kg·K) ;λ=0.0267[W/(m·K)]；ρ=1.165kg/m3; μ=1.86×10-5Pa·s;

Redu0.108121.16581174

1.8610511031.86105Pr0.7

2.67102查表知直列时第一列到第三列的n、ε分别为n1=0.6,n2=n3=0.65, ε1=0.171,

ε2=ε3=0.151

Cp0.0267K) 0.171811740.60.70.436.53 W/(m2·

d0.1080.0267K) 23CRenPr0.41.12960.151811740.650.70.456.77W/(m2·

d0.10819236.53956.77则mK) .74 W/(m2·

10101CRenPr0.41.129612.

某管式换热器用水将某液体冷却，已知水在管内流动，水侧和液体侧的对流传热系数分别为850W/(m2·K)和l700 W/(m2·K)，换热器管径为Φ25mm×2.5mm，取管壁的热导率λ＝45W/(m·k),求该换热器的传热系数（以外面积为基准）。

解：K011 312510252511d0d0d01lnln245022020850didi1700t1t2,t1T1t1,t2T2t2。Q为过程的传热t1lnt2＝471.5W/(m2·K)

14.证明并流传热时有：QKAtm,tm速率，K为总传热系数，A为传热面积，T1为热流体的进口温度，T2为热流体的出口温度，t1为冷流体的入口温度，t2为冷流体的出口温度。

证：在从T1到T2的方向上，取微元传热面积dA，经此微元传热面积后，热流体的温度变化dT，dT0，冷流体的温度变化dt，dt0（从T1到T2的方向），故有

WhcphdTWcdtKdA(Tt)

dTWcd(Tt)WcWhcph, dtWhcphdtWhcphWhcphWcWcWhcphd(Tt)KdA(Tt)

d(Tt)WcWhcphKdA TtWhcphWct2t1TTttd(Tt)(1221)KTtQQA0dA

QKAtm,tmt1t2,t1T1t1,t2T2t2。证毕 t1lnt2

15.在列管换热器中用冷水冷却油．水在直径为Φ38mm×2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为2000W/(m2·K)，管外油侧对流传热系数为300W/(m2·K)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为2.6×10-4m2·K/W，油侧污垢热阻为1.76×10-4m2·K/W。管壁的导热系数为45w/(m·K)。求：(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。

[答案：Ko=260 W/(m2·K) 14.7%]

11bdo1do解：（1），d0=0.038m，di=0.034m,b=0.002m,

Koodmididmd0di0.0380.0340.036m,则 d00.038lnln0.034di11bdo1do10.0020.03810.038Koodmidi300450.03620000.034 0.00384则K0=260W/(m2·K) 有污垢产生后，

d11bd1dRsoooRsioKoodmididi10.0020.03810.0380.0381.761042.6104300450.03620000.0340.034=0.004405

则热阻增加的百分数为：

0.0044050.003840.14714.7%

0.00384