化工原理答案第四章傳熱

1、第四章傳 熱熱傳導(dǎo)4-1 有一加熱器， 為了減少熱損失，在加熱器的平壁外表面，包一層熱導(dǎo)率為 (m )、厚度為300mm的絕熱材料。已測(cè)得絕熱層外表面溫度為30 C ,另測(cè)得距加熱器平壁外表面 250mm處的溫度為 75 C ,如習(xí)題4-1附圖所示。試求加熱器平壁外表面溫度。習(xí)題4-1附圖成解t2 75C, t3 30 Cti ,0.16W/(m C)t2 t3b2計(jì)算加熱器平壁外表面溫度tl t2bi45ti0.25 75 300C0.05tl 7575 300 250 05.076076.【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm厚的軟木做的。軟木的熱導(dǎo)率入=W/(m -C)。若外表面溫度

2、為28 C ,內(nèi)表面溫度為 3C ,試計(jì)算單位表面積的冷量損失。解 已知 ti 3C, t2 28C,=0.043W4m C), b 0.03m ,則單位表面積的冷量損失為0.0432q ti t2 3 2835.8 W/ mb0.03【4-3】用平板法測(cè)定材料的熱導(dǎo)率，平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷水冷卻，同時(shí)在板的兩側(cè)均用熱電偶測(cè)量其表面溫度。若所測(cè)固體的表面積為0.02m 2,材料的厚度為0.02m。現(xiàn)測(cè)得電流表的讀數(shù)為2.8A,伏特計(jì)的t賣數(shù)為140V,兩側(cè)溫度分別為280 c勺咕向陽(yáng) f -OOJm1 l -I40V習(xí)題4-3附圖和100 C ,試計(jì)算該材料的熱導(dǎo)率。解根據(jù)

3、已知做圖熱傳導(dǎo)的熱量 Q IV 2.8 140 392WAQ(t1 t2)bQb 392 0.02A(t1 t2) 0.02(280 100)2.18W/ m C【4-4】燃燒爐的平壁由下列三層材料構(gòu)成：耐火磚層，熱導(dǎo)率 入 =(m - ),厚度b 230mm ;絕熱科層，熱導(dǎo)率入 =(mC)；普通科層，熱導(dǎo)率入 =(m,C)。耐火磚層內(nèi)側(cè)壁面溫度為1000 C ,絕熱醇的耐熱溫度為940 C ,普通科的耐熱溫度為130 c。(1)根據(jù)醇的耐熱溫度確定醇與醇接觸面的溫度，然后計(jì)算絕熱磚層厚度。若每塊絕熱醇厚度為230mm，試確定絕熱磚層的厚度。(2)若普通磚層厚度為240mm，試計(jì)算普通磚層外

4、表面溫度。解(1)確定絕熱層的厚度b2溫度分布如習(xí)題 4-4附圖所示。通過耐火磚層的熱傳導(dǎo)計(jì)算熱流密度1 ,，、q (t1t2 )bi費(fèi)(1000 940) 274 W/m2絕熱磚層厚度b2的計(jì)算2 ,，、q - (t2t3)0.151b2274每塊絕熱磚的厚度為(940 130) 0.446 m0.23m,取兩塊絕熱磚的厚度為ba 0.23 2 0.46m。b2(2)計(jì)算普通磚層的外側(cè)壁溫t4t3先核算絕熱科層與普通磚層接觸面處的溫度qb2274 0 4613 t2 qb2 940 .105.3 C20.151t3小于130 C,符合要求。通過普通科層的熱傳導(dǎo)，計(jì)算普通磚層的外側(cè)壁溫t4。3

5、 -q (t3 t4)b3t4 t3 105.3 274 0.24 34.6C30.93【4-5】有直徑為38mm 2mm的黃銅冷卻管，假如管內(nèi)生成厚度為1mm的水垢，水垢的熱導(dǎo)率 入=(m C)。試計(jì)算水垢的熱阻是黃銅管熱阻的多少倍黃銅的熱導(dǎo)率入=110W/(m C )。解因322 ,因算術(shù)平均半徑計(jì)算導(dǎo)熱面積。管長(zhǎng)用L表示。黃銅管的熱阻為水垢的熱阻為c bbR銅1An11 dm1 L0.0021100.036Lb22 Am2b22 dm2L0.0011.163 0.033L0.001R 1.163 0.033 51 6 倍百 0.002.110 0.036【4-6】某工廠用 170mm 5

6、mm的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在管外包兩層絕熱材料，第一層為厚 30mm的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為0.065W/(m K);第二層為厚30mm的石棉灰，其熱導(dǎo)率為 0.21W/(m K)。管內(nèi)壁溫度為 300 C ,保溫層外表面溫度為40 C。管路長(zhǎng)50m。試求該管路的散熱量。解2(t1t4)1 . r21 . r31 , r4一 In In In112r23r32 (300 40)1851115114545 ln 80 0 0651n _85 02iln 115 .284 W/m _4Q qll 284 50 1.42 10 W14.2 kW【4-7】水蒸氣管路外徑為108mm

7、,其表面包一層超細(xì)玻璃棉氈保溫，其熱導(dǎo)率隨溫度t/C的變化關(guān)系為0.033 0.00023tW/(m K)。水蒸氣管路外表面溫度為150c ,希望保溫層外表面溫度不超過50 C ,且每米管路的熱量損失不超過160W/m。試確定所需保溫層厚度。已知t1保溫層厚度以b表示150C,t2qlc dt2 r drr2 dr qlr1 rrql ln- 2r50C, q 160W/m1602 (0.033dt 0.000230r t22(0 033 0 00023t) dtt10.0023 20.033(t1 t2)2(t1r1 0.054m, r2 r1 b 0.054 b2t2)0.066 3.14

8、 (150 50) 0.00023 3.14 (1502 502)ln 10.054, b 20.73 14.45 ln 1 -0.054160解得保溫層厚度為b 0.0133m 13.3mm保溫層厚度應(yīng)不小于13.3mm對(duì)流傳熱【4-8】冷卻水在19mm 2mm,長(zhǎng)為2m的鋼管中以1m/s的流速通過。水溫由 15 c升至 25 C。求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。解 d 0.015m, l 2m, u 1m/s, t1 15c, t2 25C水的平均溫度tm -1525 20 cm 22查得20c時(shí)水的密度998.2kg/m3 ,黏度 1.004 10 3Pa s,熱導(dǎo)率 入=x-1w/(m),l

9、 2普朗特?cái)?shù) Pr 7.02。- 133 60 d 0.015雷諾數(shù)Re虹。.窯黑股2 1.49 104湍流對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算，水被加熱,0 80 40.023-Re. Pr.d0.5990.023 0.015=4367 W/(m 2 ：C )【4-9】空氣以4m/s的流速通過Pr的指數(shù)n 0.4(1.49 104).8 (7.02)0.475.5mm 3.75mm的鋼管，管長(zhǎng)5m ?？諝馊肟跍囟葹?2C,出口溫度為 68C。(1)試計(jì)算空氣與管壁間的流傳熱系數(shù)。(2)如空氣流速增加一倍，其他條件均不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又為多少(3)若空氣從管壁得到的熱量為578W ,鋼管內(nèi)壁的平均溫度為多少。解

10、 已知 u 4m/s, d 0.068m, l 5m, t1 32C, t2 68C(1)對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算空氣的平均溫度tm 3268 50 C2查得空氣在 50C時(shí)的物性數(shù)據(jù)1.093 kg / m3 ,1.96 10 5Pa s, 2.83 10 2W/(m ), cp 1.005kJ/(kg C)Pr 0.698, 雷諾數(shù)空氣被加熱，Pr的指數(shù)n 0.4Redu0.068 4 1.0931.9610 5_ _41.52 10湍流對(duì)流傳熱系數(shù)50.06873.560c ccc0 8040.023-Re. Prd2.83 1020.023 -0.068(1.524 0 80410 )(0.6

11、98)218.4 W/(m C)(2)空氣流速增加一倍，對(duì)流傳熱系數(shù)為0 80 8.II _2_2 。_-18.432 W/(m C)u1(3)若空氣從管壁得到的熱量為578W ,計(jì)算鋼管內(nèi)壁平均溫度用式QA(tw tm)計(jì)算鋼管內(nèi)壁的平均溫度tw。已知空氣進(jìn)出口平均溫度tm 50C在第(1)項(xiàng)中已計(jì)算出對(duì)流傳熱系數(shù)18.4W/(m2 C)鋼管內(nèi)表面積為A dl 0.068 5 1.07m2鋼管內(nèi)壁平均溫度& tw 50 -57879.4CA 18.4 1.07【4-10】溫度為10C、壓力為的空氣，以 10m/s的流速在列管式換熱器管間沿管長(zhǎng)方向流動(dòng)，空氣出口溫度為30C。列管式換熱器的外殼

12、內(nèi)徑為190mm ,其中裝有37根的19mm 2mm鋼管，鋼管長(zhǎng)度為 2m。試求鋼管外表面對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。解已知空氣壓力101.3kPa,溫度t1 10C, t2 30C ,10 30空氣的平均溫度 tm20 Cm 2查得空氣在 20 c的物性數(shù)據(jù)為：密度1.128kg / m3 ,比熱容 cp1.005 103j/(kg C),熱導(dǎo)率 2.76 10 2W/(m C),黏度5 1.91 10 Pa s,普朗特?cái)?shù) Pr 0.699,空氣被加熱，Pr的指數(shù)n 0.4空氣流動(dòng)的截面積濕潤(rùn)周邊一 0.192 37 0.0192 4(0.19 37 0019)4 一(0.192 3 7 0.0

13、1 92)當(dāng)量直徑d 4 0 0255(0.19 37 0.019)-278.4 60de 0.0255已知空氣的流速 u 10m/s雷諾數(shù) Re deu_ =00255 10 1,.128 =1.51 104 湍流1.91 105對(duì)流傳熱系數(shù)=。.023 /。3 422 76 100 023 .0 0255(1.51 104)0.8040 6992 -47.5 W/(m2 C)【4-11】有一套管式換熱器，內(nèi)管為38mm 2.5mm,外管為 57mm 3mm的鋼管，內(nèi)管的傳熱管長(zhǎng)為 2m。質(zhì)量流量為2530kg/h的甲苯在環(huán)隙中流動(dòng)，進(jìn)口溫度為72 C ,出口溫度為38 C o試求甲苯對(duì)內(nèi)管

14、外表面的對(duì)流傳熱系數(shù)。甲苯的溫度Ti 72C, T2 38C ,平均溫度Tm上工72 38 55cm 22甲苯在55 c的物性數(shù)據(jù)有：密度830 kg/m3,比熱容 Cp1.83 103 J/(kg C),熱導(dǎo)率入=(mC),黏度 4.3 10 4Pa s甲苯的質(zhì)量流量qm1 2530 kg /h體積流量qv1 qm1 /2530 / 830 3.05 m3/h甲苯在環(huán)隙中的流速u計(jì)算套管的內(nèi)管外徑d1 0.038m,外管內(nèi)徑 d2 0.051m ,、,田3.05流速 u 0.933 m / s3600 _ (0.0512 0.0382)甲苯對(duì)內(nèi)管外表面的對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算套管環(huán)隙的當(dāng)量直徑de

15、 d2 d1 0051 0.038 0013ml 2 154 60 d 0.013deu0.013 0.933 8304Re 4 2.34 10 儷流4.3 10 434Cp1 83 10 43 10Pr - 6.150.128甲苯被冷卻 n 0.30 8 _ 0 30.023Re . Pr.de0.12840023 2.34 100.0131222 W/(m2 C)6.1503.4-12甲苯在一蛇管冷卻器中由70c冷卻到 30C ,蛇管由 45mm 2.5mm的鋼管 3根并聯(lián)而成，蛇管的圈徑為0.6m 。若甲苯的體積流量為3m3 / h ,試求甲苯對(duì)鋼管內(nèi)表面的對(duì)流傳熱系數(shù)。解 甲苯的溫度1

16、70C, T2=30C平均溫度Tm 50c甲苯在50c時(shí)的物性數(shù)據(jù)為：密度836kg/m3,黏度 4.4 10 4 Pas,熱導(dǎo)率0.129W7(m C),比熱容 Cp 1.77 103J/(kg C)甲苯在3根并聯(lián)蛇管中的流速 u計(jì)算體積流量qv 3m3 / h ,蛇管內(nèi)徑 d 0.04m,流速qv3/3600雷諾數(shù)普朗特?cái)?shù)u 4d2duRe Prcp彎管效應(yīng)校正系數(shù)- 20.221m / s3 0.785 (0.04)30 04 0.221 8364、4一=1.68 10 湍流4.4 101.77 103 4.4 10 4 八八6.040.1291.77- 1 1.77R0.040J1.2

17、4對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算甲苯被冷卻n 0.30 80 30023- Re . Pr. RdQ023 篙 (1.68 104)0.86.0403.1.24 379 W/(m2 ：C)【4-13】質(zhì)量流量為1650kg/h的硝酸，在管徑為80mm 2.5mm、長(zhǎng)為 3m的水平管中流過。管外為 300kPa （絕對(duì)壓力）的飽和水蒸氣冷凝，使硝酸得到3.8 104W的熱量。試求水蒸氣在水平管外冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。解在計(jì)算水蒸氣在水平管外冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)如何假設(shè)tw水蒸氣冷凝的值一般為 500015000W4m C）時(shí)，需要知道管外表面溫度按題意，飽和水蒸氣冷凝傳給硝酸的熱量為Q 3.8 104W取100

18、0W/（ m C），估算壁溫度 tw300kPa （絕對(duì)壓力）時(shí)，水蒸氣的飽和溫度ts 133.3 C 。用式QA& tw）估算壁溫度tw ts先假設(shè)tw 128 ctw133.33.8 104100000.08 3128 ct t 133 3 128定性溫度為膜溫t ts tw -. 131C22冷凝水膜的物性參數(shù)934 kg / m32.16 10 4 Pa s, 6.86 10 1W/(m C)ts 133.3。時(shí)水的比汽化熱r 2168 103 J / kg水蒸氣在水平管外冷凝的值計(jì)算d0 t0.72519342 9.81 (6.86 10 1)3 * 2168 103 7115582

19、.162W/(mzn zt-T -100.08 (133.3 128)C)用式QA(ts tw)計(jì)算Q值Q 115580.08133.3 12846164 W此Q值大于硝酸吸收的熱量，說明假設(shè)的tw偏小。重新用11558W/(m2 C)估算tw。133.338 104 .=129C 115580.08 3假設(shè)tw 129c膜溫tstw2133.3 129 131 C2與前面計(jì)算的膜溫基本一樣，故冷凝水膜的物性數(shù)據(jù)也一樣，只是 計(jì)算式中的t ts tw 133.3 1294.3不同。值計(jì)算0.72519342 9.81 (6.86 10 1)3 2168 103 7一 一 一 42.16 100

20、.08 (133.3 129)11216W/1 m C)用11216W/(m2C)驗(yàn)算壁溫tw ts 133.3A3.8 104112160.08 3129C與前面假設(shè)的相同。【4-14】水在大容器內(nèi)沸騰，如果絕對(duì)壓力保持在p 200kPa ,加熱面溫度保持130 C ,試計(jì)算加熱面上的熱流密度p 200kPa, ts120.2C, tw130 cts 130 120.2 9.8 C水沸騰的對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算0.123 t2.331.12 109.8 1.1 10 W/m2110kW/m兩流體間傳熱過程的計(jì)算【4-15】載熱體的流量為1500kg/h ,試計(jì)算下列各過程中載熱體放出或吸收的熱量。

21、(1)100 c的飽和水蒸氣冷凝成100c的水；(2)苯胺由383K 降溫至283K; (3)比 熱容為3.77J/(kg K)的NaOH水溶液從 290K加熱到370K; (4)常壓下20c的空氣加熱到150C;(5)絕對(duì)壓力為 250kPa的飽和水蒸氣，冷凝冷卻成40 c的水。1500qm - c3600kg / s(1)水蒸氣冷凝比汽化熱r 2258kJ / kg放熱量 Q qmr 1500 2258 941 kWm 3600383 283(2)苯胺平均溫度Tm -2- 333K比熱容Cp 2.19kJ/(kgK)放熱量1500Q qm5 工 T2 =2.19383 283m p3600

22、91.3 kW(3) NaOH 水溶液 比熱容 Cp 3.77kJ / kg K1500吸熱量 Q qmCp 工 T23.77 370 290126 kWp3600、一 20 150(4)空氣加熱平均溫度tm 2- 85 c比熱容cp 1.009 kJ / kg C吸熱量1500Q qmCp t2 t1 =1.009150 20p360054.7kW飽和水蒸氣 p 250kPa,飽和溫度1272c，比汽化熱 r 2185kJ/kg,冷凝水從ts 127.2C降至t2 40，平均溫度tm127,2 40 83.6C2比熱容Cp4.196 kJ / kg C放熱量Qqmr c p(ts t2)15

23、00 2185 4.196 127.2 401063kW 3600【4-16】用冷卻水使流量為2000kg/h的硝基苯從 355K冷卻到300K,冷卻水由 15c升到35 C ,試求冷卻水用量。若將冷卻水的流量增加到3.5m3/h,試求冷卻水的出口溫度。T T2355 300_解 硝基苯流量qm1 2000kg /h ,平均溫度Tm 上 一2一 =327.5K,比熱容cp11.58kJ / kg K硝基苯的放熱量QqmiCpi TiT22000 1.58355 30048.3 kW3600t, t, 15 35_3997kg / m(1)冷卻水用量計(jì)算平均溫度tm寧= 25C比熱容Cp2 4.

24、179kJ / kg C ,密度qm2Cp2(t2t1 )48 3 3600.4.179(35 15)2080 kg/hqv2 qm22.09 m3/h用水量增大，水出口溫度(2)用水量 qv2 3.5m3/h 時(shí)，求 t2t2應(yīng)降低。先假設(shè)水的比熱容及密度不變。從上面的計(jì)算式可知qv2與t2t1成反比，故2.093.5t2 1535 1526.9C隹i設(shè) t2 26.9C水的平均溫度* 2 型15 21 C998kg / m3m 22查得水的比熱容cp 4.182 kJ / kg C ,密度計(jì)算t2, Q Q t1C p2q m2C p2qv2154&3 360026 9 c4.182 3.

25、5 998與假設(shè)相符。【4-17】在一換熱器中，用水使苯從 算并流操作及逆流操作時(shí)的平均溫度差。解(1)并流操作苯Ti 80C 七 50C水t1 15C t2 35C-t65C12155(2)逆流操作苯 T1 80 CT2 50Ct2 35Ct1 15C 水t1 45 ct2 35 80 c冷卻到50 C ,水從15 c升到35 C。試分別計(jì)困并65 15ln4占234.1Ct1 / t2 45/35 2At逆及1四2245 35240 c冷卻水走管內(nèi)，進(jìn)口溫度為 20C ,4-18 在1殼程2管程列管式換熱器中用水冷卻油,出口溫度為 50 C o油進(jìn)口溫度為120 C ,出口溫度為 60 C

26、。試計(jì)算兩種流體的傳熱平均溫度差。解屬于折流ti120 50 70C,t2 60 2040C,t1/ t2 70/40 2R TiT212060602t2t1502030t2ti502030“P 0.3Titi12020100查得溫差校正系數(shù)0.91znTwex-氣用量(kg/h) ; (2)當(dāng)總傳熱系數(shù)為800WM(m2 C)時(shí)所需傳熱面積。tmtm 逆 0.91 55 50c【4-19】用絕對(duì)壓力為300kPa的飽和水蒸氣將體積流量為80m3/h的苯胺從 80 c加熱到100 Co苯胺在平均溫度下的密度為955kg/m3,比熱容為 2.31kJ/( kg C)。試計(jì)算：(1)水蒸解(1)水

27、的比汽化熱 r 2168kJ/kg ,苯胺體積流量較 80m3/h,苯胺吸收的熱量為Q qv2 cp t2 t180 955 2.31 103 100 803.53 109J/h 3.53 106 kJ/h9.8 105W水蒸氣用量qm1Q 3.53 106721681628kg/h(2)計(jì)算傳熱面積A已知K 800w/(m2 C),水蒸氣的p 300kPa, t 133.3C。水蒸氣 133.3 133.3 C苯胺80C100 ct153.3C t2 33.3C及人253.3 33.32243.3C9 8 10528 800 43 3【4-20】有一套管式換熱器，內(nèi)管為180mm 10mm的

28、鋼管，內(nèi)管中有質(zhì)量流量為 3000kg/h的熱水，從90c冷卻到 60 C。環(huán)隙中冷 卻水從20c升到50C?？倐鳠嵯禂?shù)K 2000W /(m2 C)。試求：(1)冷卻水用量；(2)并流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需傳熱面積;(3)逆流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需傳熱面積。解(1)冷卻水用量qm2計(jì)算熱水平均溫度TmT1 T290 6075C, cp1 4.191 kJ/(kg C)冷水平均溫度tmt1t2220 50-235C,cp2 4.174 kJ / (kgC)熱量衡算qm24 17410350203000 4 191.10390 603 77 108qm23012kg / h(2)并流熱水T1

29、90CT2 60 c冷水220Ct1 70 ct150Ct2 10C傳熱面積QK-tmtm70 107Q- ln -1030.8C(3)逆流傳熱面積QK tm【4-21 殼程 2二醇從353K冷卻到313K,乙二醇的平均溫度Tm比熱容cp12.6103J/乙二醇放出熱量3.77 108 /36002000 30 8熱水3.77 108 /36002000 40T1 90CT2 60Ct2 50Ct1 40Ctm 40 c1.31 m2管程列管式換熱器,設(shè)總傳熱系數(shù)為353 3132333Kkg Kqmp i(TiT2)20 103 2.63600103從水的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)表上可知，水在t120t

30、2 40 c冷水用 293K的冷水30t/h使流量為 20t/h的乙1200W/(m2 K),試計(jì)算所需傳熱面積。353巧=?Fj = 5l33135.78 105W習(xí)題4-21附圖3050c范圍內(nèi)，比熱容cp 4174J /(kgCp2 4174J /(kg K),計(jì)算冷水出口溫度t2。乙二酊i=20L, 11K)。假設(shè)冷水的平均溫度tmtm接近30 C ,所假設(shè)的qm2cp2t1t2228.3C5 78 105 3600t1-330 103 4174293 309.6 =301.3KCp2可以。293 309 6K .逆流平均溫度差tm逆計(jì)算折流的平均溫度差tm計(jì)算Tit2t2T2t1tm

31、逆TT2t2t10.83, Atm353 309.6313 29343 4 20. 3043 4ln為353 313309.6 2933096 293353 29343.4C20C4016.616.660代m逆0.83 30.22.410.27725.1C傳熱面積5 78 105 2 19.2 m1200 25 1160 C。為了減少熱量損失,【4-22】有一外徑為100mm的水蒸氣管，水蒸氣溫度為在管外包覆厚度各為25mm的A、B兩層絕熱材料保溫層,A與B的熱導(dǎo)率分別為0.15與0.05W/(m K)。試計(jì)算哪一種材料放在內(nèi)層好。周圍空氣溫度為20 C ,保溫層外表面對(duì)周圍空氣的對(duì)流(包括熱

32、輻射)傳熱系數(shù)15W / (m2 C)。保溫層內(nèi)表面溫度在兩種情況下都等于水蒸氣溫度。解(1) A在內(nèi)層，B在外層。以保溫層外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為bGb2 d31idml2dm210.025 0.20.025 0.210.15 0.125 0.05 0.175 151.1 W/ m2 C6二0 口05mhi J3Sm習(xí)題4-22附圖空氣卬.甌熱量損失QKA(ti t2) K d3L(ti t2)單位長(zhǎng)度的熱損失為q Q K d3 ti t21.10.2 160 2096.7 W/m(2) B在內(nèi)層，A在外層，總傳熱系數(shù)為1bd3b2d311dmi2 dm210.025 0.20.025

33、0.210.05 0.125 0.15 0.175 150.946 w/(m2 C)Qq =K d3(L t2)0.9460.2 160 2083.2W/m計(jì)算結(jié)果表明，熱導(dǎo)率小的絕熱材料放在內(nèi)層，熱損失小。【4-23】測(cè)定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)。數(shù)據(jù)如下：甲苯在內(nèi)管中流動(dòng)，質(zhì)量流量為5000kg/h ,進(jìn)口溫度為 80 C ,出口溫度為 度為30 C。水與甲苯逆流流動(dòng)，傳熱面積為50 C。水在環(huán)隙流動(dòng)，進(jìn)口溫度為 15 C,出口溫2.5m2。問所測(cè)得的總傳熱系數(shù)為多大解 甲苯 qm1 5000kg/h,1 80C, T2 50C ,80 503Tm65C , cp1 1.86 103J/(

34、kg K)熱負(fù)荷 Q 5000 1.86 103 80 50 =77.5 103W3600T1 80CT2 50Ct2 30Ct1 15C50 35 ) tm 4t1 50Ct2 35C2A 2.5m2KAQtm377 5 10.2 5 42 5.2729 W/ m KU11200W/(m2 K),內(nèi)管外側(cè)0 8.u 110 82200 2348 W/ m2 K【4-24】在一套管換熱器中，內(nèi)管中流體的對(duì)流傳熱系數(shù) 流體的對(duì)流傳熱系數(shù) 2 350W/(m2 K)。已知兩種流體均在湍流條件下進(jìn)行換熱。試回答下列兩個(gè)問題：(1)假設(shè)內(nèi)管中流體流速增加一倍；(2)假設(shè)內(nèi)管外側(cè)流體流速增加兩倍。其他條

35、件不變，試問總傳熱系數(shù)增加多少以百分?jǐn)?shù)表示。管壁熱阻及污垢熱阻可不計(jì)。解 已知 1 200W/(m2 K),2 350W7(m2 K)(1)內(nèi)管中流體流速增加一倍，u1 2U(2)U2 3u2,2增大小者，對(duì)增大K1U 2 2U2KKK有利。350200 3502127 W/(m K)200 350)348-250 174 W/348 350174 1271270.37 增加0 83 .843,2W/ mK200 843200843162127127m2 K37%162 W/(m2 K)0.276 增加 27. 6%【4-25】有一套管式換熱器，內(nèi)管為力為200kPa的飽和水蒸氣冷凝放熱，冷凝

36、的對(duì)流傳熱系數(shù)為104W/(m2 K)。已知內(nèi)管的內(nèi)表面污垢熱阻為 0.0004m2 K/W ,管壁熱阻及管外側(cè)污垢熱阻均不計(jì)。試計(jì)算:(1)加熱水蒸氣用量；(2)管壁對(duì)苯的對(duì)流傳熱系數(shù);(3)完成上述處理量所需套管的有效長(zhǎng)度;(4)由于某種原因，加熱水蒸氣的絕對(duì)壓力降至140kPa。這時(shí),苯出口溫度有何變化應(yīng)為多少度(設(shè)57mm 3mm,外管為 114mm 4mm。內(nèi)管中有流量為4000kg/h的苯被加熱，進(jìn)口溫度為 50 C,出口溫度為80 C。套管的環(huán)隙中有絕對(duì)壓苯的對(duì)流傳熱系數(shù)值不變，平均溫度差可用算術(shù)平均值計(jì)算)解 苯 t1 50 C, t2 80 C,平均溫度tm50 80265C

37、, cp2 1840J/(kg K) , qm2 4000kg / h熱負(fù)荷 Qqm2cp2色t1)4000 仆18403600(80 50)61330 W(1)水蒸氣用量qm1p 200kPa,T120.2C, r 2205 kJ / kg613302205帚 0.0278kg /s 100 kg/h(2)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)832 kg / m0 38mPa s.,0.13 W m K4000u 23600 832 0 0514.0.654 m/sRedu 0.051 0.654 83237 .30.38 10 3104湍流Cp1840 0.38 10 3Pr5.380.13苯被加熱n 0.4

38、0.023_ Re0.8 Pr0.4 dW/m2 K0.134 080.40.023-(7.3 104)8 5.388930.051(3)管長(zhǎng)l2 104W/ m2K ,1893W7 m2K , R10.0004m2 K /W以管內(nèi)表面積Ai為基準(zhǔn)K11d2 d21893 00004 焉嘿6212W/(m K)t1t1120.250 70.2 C , t2T t2 120.280 40.2 C70.2 40.255.2C61330621 55.21.8 m2(4)水蒸氣絕對(duì)壓力140kPa 時(shí),400018403600t21.80.05111.2 m苯的出口溫度140kPa 時(shí)，T50 =62

39、1 1.81092c109.2 502109.2 t2t 75.2C【4-26】在一套管換熱器中，用絕對(duì)壓力為200kPa的飽和水蒸氣使流量為5000kg/h的氯化苯的流量減小到氯化苯從 30c加熱到 70C,氯化苯在內(nèi)管中流動(dòng)。因某種原因,2500kg/h,但進(jìn)、出口溫度欲保持不變。為此，想把水蒸氣壓力降低一些，試問水蒸氣的絕對(duì)壓力應(yīng)降到多少(兩種情況下，管內(nèi)氯化苯均為湍流流動(dòng)，并且其對(duì)流傳熱系數(shù)比水蒸氣冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)小很多。因此，水蒸氣冷凝的熱阻及管壁熱阻均可忽略不計(jì))解水蒸氣絕對(duì)壓力p 200kPa, T120.2 C氯化苯的流量qm熱負(fù)荷Q與qm成正比,氯化苯的對(duì)流傳熱系數(shù)氯化苯的

40、流量減小到t1 120.2 305000kg/hQ 5000tm與qm的關(guān)系為qm 2500kg / h ,90.2C, t290.2 50.225000Q 2500,120.2 70 50.2C70.2C0.80 8.2500總傳熱系數(shù) K ,K水蒸氣溫度T 111c壓力 p 143.3kPa【4-27】欲將體積流量為氣，用絕對(duì)壓力為 200kPa 熱器，其規(guī)格如下：鋼管直徑Q KA tmQ KA tm0 8_5000500070.22500 (2500)0.8tm3000my htmT 302（標(biāo)準(zhǔn)狀況T的飽和水蒸氣加熱，空氣從25mm 2.5mm,管長(zhǎng)A tmA tmtm 61.1 C7

41、0=61.1101.325kPa,10c加熱到1.6m ,管數(shù) 271T 273.15K )的常壓空90 c 。現(xiàn)有一列管式換根。如用此換熱器，使空氣在管內(nèi)流動(dòng)，水蒸氣在管外冷凝，試驗(yàn)算此換熱器面積是否夠用水蒸氣冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)可取為10000W/(m2 K)。解空氣的平均溫度.t1t2tm2空氣的物性參數(shù)1.093kg / m19.6 10 6Pa s空氣流量熱負(fù)荷平均溫度差空氣流速2 83102W/cP1005 103 J/ kg K, Pr 0.698300022.4293884kg/hqV qm /qmCp t2200kPa,qv388“1.093 3554t1t1tm23600

42、d n4duRe 388436001.00510390108.67104 W1202cT t1T t2t1120.2120.2t2lnl t21090110.21102c30.2C30.2110.2 ln30.235543600 - (0.02)2 2710.02 11.6 1.093=0.023Re0.8Prn =0.023 d19.6 1062.83 10 20.0262C11.6 m / s1.29 104(1.29 104)0.8湍流0.420.69854.8 W/(m K)_ 一一 2.-54.8W / (m K)_4Q 8 67 10A Q 25.5K tm 54.8 62已有換熱

43、器的傳熱面積為A dln0.021.6 271 27.2m2夠用【4-28】有一鋼制套管式換熱器，質(zhì)量流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中，從 80c冷卻到50 C o冷卻水在環(huán)隙中從15 C升到35 C o已知苯對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)為 ,2_ _600W4m K),管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)為1000W/(m2 K)。計(jì)算總傳熱系數(shù)時(shí)，忽略管壁熱阻，按平壁計(jì)算。試回答下列問題：(1)計(jì)算冷卻水消耗量；(2)計(jì)算并流流動(dòng)時(shí)所需傳熱面積;(3)如改變?yōu)槟媪髁鲃?dòng)，其他條件相同，所需傳熱面積將有何變化總傳熱系數(shù)K的計(jì)算已知600W7 m2 K , 2 1000W/ m2 K1 2600 1000-2 60

44、0 10002375 W/(m K)熱負(fù)荷(2)Ti 80C, T2=50C,Cp1Tm1 86Qqm2p1T1T2200031.86 103600冷卻水消耗量并流的傳熱面積qm2qm2t1Ti80 502103J /805065 ckg K ,qm1 2000 kg/h_43.1 10t115C,QCp2 (t280tmCp2t1)15t1t235 c , tm15 35。25C24.179 103 J / kg K3 1 104 36004 179.65 C,t2 t1ln t2QK tm310(35 15)1335 kg/ ht2T265 15,65 ln153 1 104.375 34

45、 1t2 50 35 15C34.1C2.42 m2逆流時(shí)的傳熱面積t1Ti80 3545C, t250 15 35C45 3540 c_43 110 c 22.07 m2K tm375 40逆流與并流比較，由于逆流的溫度差較大，所以傳熱面積小了一些?！?-29】 在一傳熱面積為 20m在不變動(dòng)設(shè)備的條件下，可通過提高加熱蒸汽的溫度使溶液出口溫度仍然維持在 此時(shí)傳熱溫差為的列管式換熱器中，殼程用110 c的飽和水蒸汽冷凝以加熱管程中的某溶液。溶液的處理量為104kg/h,比熱容為4kJ/(kgK)。換熱器初始使用日可將溶液由20 c加熱至80 Co (1)該換熱器使用一段時(shí)間后，由于溶液結(jié)垢，其出口溫度只能達(dá)到 75 C,試求污 垢熱阻值；(2)若要使溶液出口溫度仍維持在80 C,在不變動(dòng)設(shè)備的條件下可采取何種措施做定量計(jì)算。解：原工況條件下的對(duì)數(shù)平均溫差:/tmt2t1lnnTt280 20 元54.6 C,110 20ln 110 80此操作條件下的總傳熱系數(shù):QK A Atmq m2Cp2 t2A%t125000 4000 80 20 /3600俺26/( 2K)20 54.6(1)使用一年后，溶液出口溫度下降至 75 C,此時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差為總傳熱系數(shù)QKA/lmt- t2 .m T tIn Tqm20P2 t 2t1AAtmt27