化工原理課后習(xí)題答案第4章傳熱習(xí)題解答

化工原理課后習(xí)題答案第4章傳熱習(xí)題解答

習(xí)題

1.如附圖所示。某工業(yè)爐的爐壁由耐火石專(zhuān)人1=1.3W/(m?K)、絕熱

層入2=0.18W/(m?K)及普通磚入3=0.93W/(m?K)三層組成。爐膛壁

內(nèi)壁溫度llOOoC,普通磚層厚12cm,其外表面溫度為50oC。通過(guò)爐壁的

熱損失為1200W/m2,絕熱材料的耐熱溫度為900oC。求耐火磚層的最小

厚度及此時(shí)絕熱層厚度。

設(shè)各層間接觸良好，接觸熱阻可以忽略。

已知：Xl=1.3W/m?K,入2=0.18W/m?K,入3=0.93W/m?K,Tl=

1100oC,T2=900oC,T4=

50oC,83=12cm,q=1200W/m2,Rc=0

求：5i=?32=?

解：Vq=X?T

6

，81=XlTl-T21100-900=1.3?=0.22mql200

T2-T3=入3T3-T4=T2-T4XVq=X2828323+入2入3

，82T2-T483900-500.12=-=-=0.579m2?K/W入2q入312000.93

得：3

2=0.579入2=0.579?0.18=0.10|11

習(xí)題1附圖習(xí)題2附圖

2.如附圖所示。為測(cè)量爐壁內(nèi)壁的溫度，在爐外壁及距外壁1/3厚度

處設(shè)置熱電偶，測(cè)得t2=300oC,t3=500C0求內(nèi)壁溫度tl。設(shè)爐壁由單層

均質(zhì)材料組成。

已知：T2=300oC,T3=50oC

求：Tl=?

解：Vq=XT2-T3=XT1-T3

6

.,.Tl-T3=3(T2-T3)

T1=2(T2-T3)+T3=3X(300-50)+50=800oC

3.直徑為?60X3mm的鋼管用30mm厚的軟木包扎，其外又用100mm

厚的保溫灰包扎，以作為絕熱層。現(xiàn)測(cè)得鋼管外壁面溫度為-110oC,絕

熱層外表面溫度10oCo已知軟木和保

。溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.043和0.07W/(m?C),試求每米管長(zhǎng)的

冷量損失量。

解：圓筒壁的導(dǎo)熱速率方程為

2n(tl-t3)Q=rrllLln2+ln3

入lrl入2r2

2n(-100-10)=-25W/m1601160ln+ln0.043300.0760其中rl=30mm,

r2=60mm,r3=160mm所以Q=L

負(fù)號(hào)表示由外界向系統(tǒng)內(nèi)傳熱，即為冷量損失量。

4.蒸汽管道外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同的絕熱層，設(shè)外層

的平均直徑為內(nèi)層的兩倍。其導(dǎo)熱系數(shù)也為內(nèi)層的兩倍。若將二層材料互

換位置，假定其它條件不變，試問(wèn)每米管長(zhǎng)的熱損失將改變多少？說(shuō)明在

本題情況下，哪一種材料包扎在內(nèi)層較為合適？

解：設(shè)外層平均直徑為dm,2,內(nèi)層平均直徑為dm,1,則

dm,2=2dm,1且X2=2X1

由導(dǎo)熱速率方程知

Q=?t

bb+入lSml入2sm2=?tbb+入171dm1L2入1712dmiL=?t?TidmlL5b?4入1

兩層互換位置后

Q'=?t

bb+2入IndmlL入12ndmlL=?t?ndmlL"I

所以Q'q'5===1.25Qq4

即q'=1.25q

互換位置后，單位管長(zhǎng)熱損失量增加，說(shuō)明在本題情況下，導(dǎo)熱系數(shù)

小的材料放在內(nèi)層較適宜。

5.在長(zhǎng)為3m,內(nèi)徑為53mm的管內(nèi)加熱苯溶液。苯的質(zhì)量流速為

172kg/(s?m2)。苯

o在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：U=0.49mPa-s；入=0.14W/(m?K)；

cp=1.8kJ/(kg,C)o試求苯對(duì)

管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。

已知：L=3m,d=53mm,G=172kg/(s?m2),被加熱苯物性,U

=0.49mPa?s,人=0.14W/

o(m,K)；cp=1.8kJ/(kg?C)

求:a

dG解：Re=U=0.053?1724410=1.86?10>；-30.49?10

1.8?103?0,49?10-3

==6.3>；0.7Pr=X0.14

cp|iL3==56.6>40d0.053

故可用Nu=0.023Re0.8Pr0.4公式

a=0.023X

dRe0.8Pr0.4=0.023?0.14o?(1.86?104)0.8?6.30.4=330W/m2-C0.053

6.在常壓下用列管換熱器將空氣由200oC冷卻至120oC,空氣以

3kg/s的流量在管外殼體中平行于管束流動(dòng)。換熱器外殼的內(nèi)徑為260mm,

內(nèi)徑?25義2.5mm鋼管38根。求空氣對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)。

已知：Tl=200oC,T2=120oC,空氣qm=3kg/s走管外殼程，D=260mm,

n=38,d=25mm求：a

Tl+T2200+120==160?C22解：空氣平均溫度tm=

查160oC空氣：P=0.815kg/m3,口=2,45義10-5Pa?s,Pr=0.682,

X=0.0364W/m-K

4?(D2-nd2)4AD2-nd20.262-38?0.0252de=====0.036m

SnD+nndD+nd0.26+38?0.025

G=nnqm32==87.1kg/m?s22A0.785?(0.26-38?0.025)

Re=deG

H=0.036?87.134>10=1.29?10-32.45?10

0.036入0.0364a=0.023Re0.8Pr0.4=0.023??(1.29?103)0.8?0.6820.4=254W/m2?

Kd

7.油罐中裝有水平蒸汽管以加熱罐內(nèi)重油，重油的平均溫度tm=20oC,

蒸汽管外壁溫度tw=120oC,管外徑為60mm。已知在定性溫度700c下重

油的物性數(shù)據(jù)：P=900kg/m3；cp=1.88kJ/

oo(kg?C)；入=0.174W/(m?C)；運(yùn)動(dòng)黏度v=2X10-3m2/s；B=3

X10-41/oCo試問(wèn)蒸汽對(duì)重油的熱傳遞速率為多少，(單位為kW/m2)?

已知：水平管加熱外部重油，d=60mm,tm=20oC,tw=120oC,70oC

下,P=900kg/m3；

oocp=1.88kJ/(kg?C)；X=0.174W/(m?C),v=2X10-3m2/s；B=3

X10-4/oCo

求：q=?

解：屬大容積自然對(duì)流，

pg?td33?10-4?9.81?(120-20)?0.063

Gr===15.92-32v(2?10)

Pr=cp|i

^■=cpvp

A1.88?103?2?10-3?900==l.9471040.174

45GrPr=15.9?1.94?10=3.09?10

查教材可得：A=0.54,b=0.25

a=A入

d(GrPr)b=0.54?0.174?(3.09?105)0.25=36.9W/m2?C0.060

q=a(tw-tm)=36.9?(120-20)=3.69?103W/m2

8.室內(nèi)水平放置兩根表面溫度相同的蒸汽管，由于自然對(duì)流兩管都向

周?chē)諝馍⑹崃?。已知大管的直徑為小管直徑?0倍，小管的(GrPr)

=109。試問(wèn)兩管路單位時(shí)間、單位面積的熱損失比值為多少？

解：：Gr?Pr8dA(Gr?Pr)l=(3dl3)(Gr?Pr)2=103?109=1012d2

13查表6-5,兩者均在3區(qū)域，A=0.135,b=

?「q81(Gr?Pr)bd

qlald2(Gr?Pr)1310123-l==[]=10?(9)=lq2a2dl(Gr?Pr)210

9.飽和溫度為lOOoC的水蒸氣在長(zhǎng)3m、外徑為0.03m的單根黃銅管

表面上冷凝。銅管豎直放置，管外壁的溫度維持96OC,試求：(1)每小

時(shí)冷凝的蒸汽量；(2)又若將管子水平放，冷凝的蒸汽量又為多少？

已知：ts=100oC,tw=96oC,L=3m,d=0.03m

求：(1)W豎放；(2)W水平

解：查lOOoC,水，r=2258kJ/kg

tm=llts+twl00+96==98?C22

查98oC,水，P=960kg/m3,U=0.290cp,入=0.682W/m?K

(1)設(shè)凝液為層流，則豎放時(shí)

a=1.13?p?gr?A

?HL?t23?32?=7.42?10W/m?K??14

4aL?t4?7.42?103?3?4驗(yàn)Re===544<2000計(jì)算有效U

r0.29?10-3?2258?103

QaLnd?t7.42?103?3?3.14?0.03?4-3qm====3.72?10kg/s3rr2258?10

(2)水平放，仍設(shè)層流

a'?L??3?=0.64?=0.64??=2.02ad0.03????

3421414a'=2.02?7,42?10=1.50?10W/m?K

Vqm0°a

'a'qqm=2.02?3.72?10-3=7.51?10-3kg/sm=a

'4qm4?7.51?10-3

驗(yàn)Re===34.5<2000計(jì)算有效L?U3?0.29?10-3

10.在列管式換熱器中用冷水冷卻油。水的直徑為?19X2mm的列管

內(nèi)流動(dòng)。已知管內(nèi)

oo水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為3490W/(m2?C),管外油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為

258W/(m2?C)。換熱器

o在使用一段時(shí)間后，管壁兩側(cè)均有污垢形成，水側(cè)污垢熱阻為

0.00026m2?C/W,油側(cè)污垢

oo熱阻為0.000176m2?C/W。管壁導(dǎo)熱系數(shù)入為45W/(m2?C),

試求：(1)基于管外表面積

的總傳熱系數(shù)；(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。

解：(1)總傳熱系數(shù)K0

K0=l

1

aO

=+RSOddbdO++RSiO+OXdmdiaidi1

10.002191919+0.000176+?+0.00026?+2584517153490?15

lo=C)=208W/(m2?0.0048

(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加百分?jǐn)?shù)為

0.000176+0.00026?

1915

19??0.0048-0.000176+0.00028??15???100%=11.8%

11.熱氣體在套管換熱器中用冷水冷卻，內(nèi)管為?25X2.5mm鋼管，熱

導(dǎo)率為45W/(m?K)。冷水在管內(nèi)湍流流動(dòng)，對(duì)流傳熱系數(shù)a1=2000W/

(m2?K)。熱氣在環(huán)隙中湍流流動(dòng)，a2=50W/(m2?K).不計(jì)垢層熱阻，

試求：(1)管壁熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)；(2)內(nèi)管中冷水流速提高一倍。

總傳熱系數(shù)有何變化？(3)環(huán)隙中熱氣體流速提高一倍，總傳熱系數(shù)有

何變化？

已知：內(nèi)管為?25X2.5mm,入=45W/(m?K),管內(nèi)冷水湍流a1=2000

W/(m2?K),管內(nèi)熱氣湍流a2=50W/(m2?K)

求：(1)管內(nèi)熱阻分率，(2)內(nèi)管中冷水流速增倍，K'(3)管隙中

冷水流速增倍，K”

?ld2d2d21??解：(1)K=+ln+ad??112Xdla2?

?10.0250.0250.0251?+ln+?=?20000.022?450.0250?

總熱阻-l-l=48.3W/m2?Kl=0.021m2K/WK

管壁熱阻d2d20.0250.025ln=ln=6.2?10-3m2K/W2入dl2?450.02

6.2?10-3

=0.3%故管壁熱阻分率為0.021

(2)aoou0.8

0.80.832.\a1=2al=2?2000=3.48?10W/mK'

10.0251??-32K'=?+6.2?10+=49.0W/mK?350??3.48?100.02

增力口-1K'-K49.O-48.3==1.3%K48.3

'0.8(3)a2=2a2=20.8?50=87.1W/m2K

l??10.0252K''=+6.2?10-5+?=82.1W/m?K87.1??20000.02

K''-K82.1-48.3==69.9%增力口K48.3

由上可知，管壁熱阻往往占分率很小，可忽略；提高K值強(qiáng)化傳熱,

應(yīng)在a2上著手。

12.在下列各種列管式換熱器中，某種溶液在管內(nèi)流動(dòng)并由20oC加熱

到50oC。加熱介質(zhì)在殼方流動(dòng)，其進(jìn)、出口溫度分別為lOOoC和60oC,

試求下面各種情況下的平均溫度差。

(1)殼方和管方均為單程的換熱器。設(shè)兩流體呈逆流流動(dòng)。

(2)殼方和管方分別為單程和二程的換熱器。

(3)殼方和管方分別為二程和四程的換熱器。

解：(1)由對(duì)數(shù)平均溫度差知-1

'=?tm?t2-?tl(100-50)-(60-20)==44.8oC?t50lnln2

40?tl

100-60=1.3350-20

50-20P==0.375100-20(2)R=

查溫度差校正系數(shù)圖，得??所以

'=0.9?44.8=40.3oC?tm=??t?tm

(3)由R、P值查二殼程的溫度差校正系數(shù)圖，得

??個(gè)0.98

'=0.98?44.8=43.9oC所以?tm=??t?tm

013.在逆流換熱器中，用初溫為20oC的水將1.25kg/s的液體[比熱

容為1.9kJ/(kg?C)、

密度為850kg/m3],由80oC冷卻到30oCo換熱器的列管直徑為?25

X2.5mm,水走管方。水

oo側(cè)和液體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為0.85kW/(m2?C)和1.70kW/

(m2-C),污垢熱阻可忽

略。若水的出口溫度不能高于501,試求換熱器的傳熱面積。

解：由傳熱速率方程知

S0=QK0?tm

其中Q=Whcph(Tl-T2)=1.25?1.9(80-30)=119kw

?tm=?t2-?tl(80-50)-(30-20)==18.2oC?t30lnln2

10?tl

1

bd01d0+++a0Admaidil=110.002525125+?++17004522.585020

K0=

=loC)=472W/(m2?0,00212

119?103

=13.9m2所以S0=472?18.2

14.在并流換熱器中，用水冷卻油。水的進(jìn)、出口溫度分別為150c

和40oC,油的進(jìn)、出口溫度分別為150oC和100oC?，F(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求

油的出口溫度降至80oC,假設(shè)油和水的流量、進(jìn)口溫度及物性均不變,

若原換熱器的管長(zhǎng)為1m,試求此換熱器的管長(zhǎng)增至若干米才能滿(mǎn)足要求。

設(shè)換熱器的熱損失可忽略。

解：平均溫度差為

?tm=(150-15)-(100-40)=92.5oC

Inl35

60

由熱量衡算得

Whcph

Wccpc=t2-tl40-15==0.5Tl-T2150-100

當(dāng)油的出口溫度降至800c時(shí)，由熱量衡算得

'Q=Whcph(150-80)=Wccpc?t2-15????

解得t2=50oC'

'(150-15)-(80-50)?tm==70oC135ln30

由傳熱速率方程可分別得

原換熱器Whcph(150-100)=KS?tm=K?nndL?92.5

新?lián)Q熱器Whcph(150-80)=KS'?tm=K?nndL'?70

所以L'='7092.5??l=1.85m5070

15.重油和原油在單程套管換熱器中呈并流流動(dòng)，兩種油的初溫分別

為243oC和128oC；終溫分別為167oC和157oCo若維持兩種油的流量和

初溫不變，而將兩流體改為逆流，試求此時(shí)流體的平均溫度差及它們的終

溫。假設(shè)在兩種流動(dòng)情況下，流體的物性和總傳熱系數(shù)均不變化，換熱器

的熱損失可以忽略。

解：以上標(biāo)“'”表示并流的情況。由傳熱速率和熱量衡算式知:

'''Q'=K0?tm=Whcph?Tl-T2??=Wccpc?

????

Q=K0?tm=Whcph(Tl-T2)=Wccpc(t2-tl)

兩式相除，得

'?tmTl-T2't2'-tl==?tmTl-T2t2-tl

將和比定律應(yīng)用于上式，得(a)

?tm

?tm'''''?T1-T2??-?t2-tl???T1-T2??-?

t2-tl??????????==Tl-T2-t2-tlTl-t2-T2-tl

=(243-167)-(157-128)=?t2-?tl47?t2-?tl

'(243-128)-(167-157)而?tm==43oC115lnl0

?t2

471?tl=?所以?t2-?tl?t2-?tl43ln

|n?t247==1.093?tl43

?t2=el.093=2.98?tl

(243-t2)=2.98(T2-128)

或t2=-2.98(T2-128)+243

由式a得

(b)243-167157-128=243-T2t2-128

(c)即t2=0,38(243-T2)+128

聯(lián)立式b和式c解得

t2=161.3oC

T2=155.4oC

所以?tm=?t2-?tl(243-161.3)-(155.4-128)==49.7oC?tl.093ln2

?tl

16.在一傳熱面積為50m2的單程列管換熱器中，用水冷卻某種溶液。

兩流體呈逆流流動(dòng)。冷水的流量為33000kg/h,溫度由200c升至38oC。

溶液的溫度由llOoC降至60oCo若換熱器清洗后，在兩流體的流量和進(jìn)口

溫度下，冷水出口溫度增到45oC。試估算換熱器清洗前傳熱面兩側(cè)的總

污垢熱阻。假設(shè)：(1)兩種情況下，流體物性可視為不變，水的平均比

。熱容可取為4.187kJ/(kg?C)；(2)可按平壁處理，兩種工況下a

和a。分別相同；(3)忽

略管壁熱阻和熱損失。

解：先求清洗前總傳熱系數(shù)K,由

?tm=(110-38)-(60-20)=54.4oC

lnllO-38

60-20

Q33000?4,187?103(38-20)o所以K=C)==254W/

(m2?S?tm3600?50?54.4

再求清洗后總傳熱系數(shù)KO,由熱量衡算求溶液出口溫度，即

Wccpc?'110-60'(45-20)=40.6oCT2=T1-

t2-tl??=110-?Whcph?38-20

'(110-45)-(40.6-20)?tm==38.6oC110-45ln40.6-20

33000?4,187?103(45-20)o=497W/(m2?K'=C)

3600?50?38.6

傳熱面兩側(cè)總污垢熱阻分別為

lll=++KaOaiSRS=l254

(a)1111=+=K'a0aJ497(b)

式a減式b,得

ZRS=lloC/W-=1.925?10-3m2?254497

17.在一單程列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱原料油。溫度為160OC

的飽和蒸汽在殼程冷凝(排出時(shí)為飽和液體)，原料油在管程流動(dòng)，并由

200c加熱到106。5列管換熱器尺寸為：列管直徑為?19X2mm,管長(zhǎng)為

4m,共有25根管子。若換熱器的傳熱量為125kW,蒸氣

oo冷凝傳熱系數(shù)為7000W/(m2C),油側(cè)污垢熱阻可取為0.0005m2<

/W,管壁熱阻和蒸汽側(cè)

垢層熱阻可忽略，試求管內(nèi)油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)。

又若油的流速增加一倍，此時(shí)若換熱器的總傳熱系數(shù)為原來(lái)總傳熱系

數(shù)的1.75倍，試求油的出口溫度。假設(shè)油的物性不變。

解：(1)管內(nèi)油側(cè)ai：

?tm=?t2-?tl(160-20)-(160-106)==90oC?tl60-20lnln2

160-106?tl

Q1.25?105oKi=W/(m2?C)==295Si?tm25?n?0.015?4?90

dill=+Rsi+KiaiaOdO

1115=+0.0005+295ai7000?19即

o解得ai=360W/(m2?C)

(2)油的出口溫度t2：'

新條件下的物理量用“'”表示。由熱量衡算得

'Q'=2Wcp?t2-20????

而Q=Wcp(106-20)=1.25?105

oWcp=1450W/(m2?C)

'所以Q'=2900?t2-20????

由總傳熱速率方程得(a)

'

Q'=KiSi?tm=1.75?295?25n?0.015?4?'(160-20)-?160-t2???

160-20lnl60-t2

?=2433?'t2-20

'4.942-ln?160-t2????(b)

聯(lián)合式a和式b,得

'In?160-t2??=4.103??

t2^100oC

18.在一逆流套管換熱器中，冷、熱流進(jìn)行熱交換。兩流體的進(jìn)、出

口溫度分別為tl=20o'C、t2=85oC,Tl=100oC>T2=700C0當(dāng)冷流體

的流量增加一倍時(shí)，試求兩流體的出口溫度和傳熱量的變化情況。假設(shè)兩

種情況下總傳熱系數(shù)可視為相同，換熱器熱損失可忽略。

解：原工況下：

由熱量衡算得

t2-tl=Whcph

Wccpc(Tl-T2)(a)

由傳熱速率方程得

Whcph(Tl-T2)=KS(Tl-t2)-(T2-tl)=KS(Tl-T2)-(t2-tl)T-tlnl2

T2-tlT-tlnl2T2-tl(b)

將式a代入式b,得

lnTl-t2KS=T2-tlWhcph?Whcph1-Wccpc?????

Whcpht2-tl

W=T=85-20=2.17ccpcl-T2100-70新工況下：

lnTt'l-2=KS?Wc??

T1-hph

2-tlWhcph?2Wccpc??

由式c和式d,得

??

T'?l-Whcph?

lnl-t2=lnTl-t2?2Wccpc??=lnlOO-85?l-l.O9?=-O.T2-tlT2-tl??Whcph

?l-?70-20?l-2.17??093

?Wccpc??

T-t'12=0.91或TT'2=130-l.lt'2

2-tl

由熱量衡算得

t'Whcph

2=tl+??T'''

2Wl-T2???=20+1.09??100-T2???=129-1.09T2

ccpc

聯(lián)合式e和式f,得

t''2=63.8oC,T2=59.8oC

兩種情況下傳熱量之比：

Q'Whcph??T1-T'2???

Q==100-59.8

W70=1.34

hcphTl-T2100-

用NTU-e法，計(jì)算如下。原工況下：e=t2-tl

T-t=85-20

-20=0.81

11100

Wccpc

W=100-70

hcph85-20=0.46

查圖，得NTU=2.23

新工況下：

W'ccpc2Wccpc

W=

hcphWhc=0.92（冷流體仍為最小值流體）

ph(c)(d)(e)(f)

KS2.23==1.22Whcph2

查圖，得"0.54,即

''t2-tlt2-20e==Tl-tl100-20

所以t2=0.54?80+20=63.2oC'

2Wccpc?'oT2=T1-

t2-tl??=100-0.92(63.2-20)=60.3C?Whcph?'

兩種計(jì)算方法結(jié)果相近，誤差是由讀圖引起的。NTU法簡(jiǎn)便，宜用于

估算，但誤差稍大。

19.某冷凝器傳熱面積為20m2,用來(lái)冷凝100oC的飽和水蒸氣。冷

液進(jìn)口溫度為40oC,

00流量0.917kg/s,比熱容為4000J/(kg?C)。換熱器的傳熱系數(shù)K

=125W/(m2?C),試求水

蒸氣冷凝量。

o已知：A=20m2,T=100oC,tl=40oC,qm2=0.917kg/s,cp2=4000J/

(kg?C),K=125W/

o(m2,C)

求：水蒸汽量qm

解：查100oC水蒸汽r=2258kJ/kg

Vqm2cp2(t2-tl)=KAt2-tl=qm?rHnT-t2

?T-t2KA?125?20??=exp?=exp-.\?=0,506

qc?T-tl0.917?4000???m2p2?

.?.t2=T-(T-tl)?0.506=100-(100-40)?0.506=69,7?C

qm=qm2cp2(t2-tl)

r=0.917?4000?(69.7-40)=0.0482kg/s22587103

20.有一套管換熱器，內(nèi)徑為?19X3mm,管長(zhǎng)為2m,管隙的油與管

內(nèi)的水的流向相反。油的流量為270kg/h,進(jìn)口溫度為100oC,水的流量

為360kg/h,入口溫度為10oC。若忽略

o熱損失，且知以管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)K=374W/(m2?C),

油的比熱容

ocp=1.88kJ/(kg?C),試求油和水的出口溫度分別為多少？

。已知：內(nèi)管?19X3mm,L=2m,逆流，qml=270kg/h,Tl=100oC,

cpl=1.88kJ/(kg?C),

oqm2=360kg/h,tl=10oC,K=374W/(m2?C)

求：T2,t2

解：水的定性溫度未知，先取水的比熱cp2=4.18KJ/kgoC

由熱效率公式

el=l-exp[NTUl(l-Rl)]R-expNTUll-RlRl=qmlcpl

qm2cp2=270?1.88=0.33736074.18

NTUl=KA374?3.14?0.019?2==0.317qmlcpl270^-3600?1.88?103

得Tl-T21-exp[0.317(l-0,337)]=El==0.26

Tl-tl0.337-exp0.3171-0.337100-T2=0.26100-10AT2=76.6?C

qmlcpl(Tl-T2)=qm2cp2(t2-tl)

Z.t2=

^=qmlcplqm2cp2(Tl-T2)+tl=0.337?(100-76.6)+10=17.9?C

tl+t210+17.9==14?C下水的cp=4.188kJ/kg??C,偏差不大，計(jì)算有效。22

21.用熱電偶溫度計(jì)測(cè)量管道中的氣體流速。溫度計(jì)讀數(shù)為3000C,

黑度為0.3。氣體與熱電偶間的對(duì)流傳熱系數(shù)為60W/(m2?K),管壁溫

度為230oCo試求：(1)氣體的真實(shí)溫度；(2)若要減少測(cè)溫誤差，應(yīng)

采用那些措施？

已知：熱電偶tl=300oC,tw=230oC,e=0.3,a=60W/(m2*K),

Pp=1500kg/m3求：tg=?及減少誤差的措施

解：與壁面相比，熱電偶面積很小

故輻射

??T1?4?TW?4???573?4?503?4?Q=E?C0?

W/m2?-??=0.3?5.67???-??=745A????100??100?????100??100???

對(duì)流Q=a(tg-tl),且定態(tài)時(shí)輻射與對(duì)流Q相等A

Vtg=Q1745?+tl=+300=312?CAa60

由計(jì)算過(guò)程可見(jiàn)，提高a,提高tw,降低￡,均可減少誤差。

22.功率為lkW的封閉式電爐，表面積為0.05m2,表面黑度0.90。

電爐置于溫度為20oC的室內(nèi)，爐壁與室內(nèi)空氣的自然對(duì)流對(duì)流傳熱系數(shù)

為求爐外壁溫度。

10W/(m2?K)o

已知：Q=lkW,A=0.05m2,t=tw=20oC,￡=0.90,a=10W/(m2水)

求：TW=?

解：定態(tài)時(shí)，發(fā)散量應(yīng)等于輻射、對(duì)流傳熱之和

??TW?4?tW?4?Q=e?C0??-??+a(TW-t)A100100????????

1034=0.9?5.67?10-8TW-2934+10(TW-t)，0.05()

整理上式得：

5.103?10-9TW+TW-2331=0

試差得：TW=746K=473℃

23.盛水2.3kg的熱水瓶，瓶膽由兩層玻璃壁組成，其間抽空以免空

氣對(duì)流和傳導(dǎo)散熱。玻璃壁鍍銀，黑度0.02。壁面面積為0.12m2,外壁

溫度20oC,內(nèi)壁溫度99oC。問(wèn)水溫下降loC需要多少時(shí)間？

已知：G=2.3kg,e1=e2=0.02,A=0.12m2,t2=20oC,tl=99oCo

塞子處熱損不計(jì)求：水降1OC時(shí)，T=?

解：4A1=1?12=1擬定態(tài)處理A2

??T1?4?T2?4?ACO??-??100100?????0.12?5.67?3.724-2.934?==0.81W

輻射熱：Q=lll+-12?-1e1￡20.02()

查990c水，cp=4.22X103J/kg?K

VQ?T=G?Cp?t/.T=G?Cp?t

Q2.3?4.22?103?l==1.2?104s=3.3h0.81

24.有一單殼程雙管程列管換熱器，管外用120oC飽和蒸汽加熱，常

壓干空氣以12m/s的流速在管內(nèi)流過(guò)，管徑為?38X2.5mm,總管數(shù)為200

根，已知空氣進(jìn)口溫度為26oC,要求空氣出口溫度為86oC,試求：(1)

該換熱器的管長(zhǎng)應(yīng)為多少？(2)若氣體處理量、進(jìn)口溫度、管長(zhǎng)均保持

不變，而將管徑增大為?54X2mm,總管數(shù)減少20%,此時(shí)的出口溫度為

多少？(不計(jì)出口溫度變化對(duì)物性的影響，忽略熱損失)。

已知：?jiǎn)螝こ屉p管程，管外飽和蒸T=120oC,管內(nèi)干空氣u=12m/s,

管子?38X2.5mm,n=200,tl=26oC,t2=86oC

求：(1)L(2)n'=80%n,管子?54><2mm,qm2不變，t2=?

解：='tl+t226+86==56?C22

查560c干空氣，cp=1.0kJ/kgoC,P=1.07kg/m3,U=1.99?10-5Pa,

X=0.0286W/mK,Pr=0.697

(1)qm2=nn2?d?uP=100?0.785?0,0332?12?1,07=l.lkg/s24

34Q=qm2cp2(t2-tl)=l.l?10?(86-26)=6.6?10W

Re=dup

k

d=0.033?12?1.07=2.13?104>104

-31.99?100.0330.8入0.0286a2=0.023Re0.8Pr0.4=0.023??(2.13?104)?0.6970.4=

50W/m2?K

由管外蒸汽冷凝al?a2K=a2

Q=KA?tm=K?nndL??tm?tm=t2-tl86-26==59?CHnlnT-t2120-86

Q6.6?104

L===1.08mK?nnd??tm50?200?3.14?0.033?59

(2);qm2不變，；.u81nd2

u0.81K=a2000.2°00.81.8dnd

K'?n??d?V=??K?n'??d'?

0.81.8?l??33?=???0.8??55?0.81.8=0,566

A'n'd'50==0.8?=1.21And33

?KA?T-tlt2-tl?=expVqm2cp2(t2-tl)=KA

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