传热作业答案

1、2.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ti为1400C,外表面温度t3为100C。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 入i = + , 绝缘砖的导热系数为 入2= +。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为C,入单位为W (m C )。1、解:热通量q及界面温度t2由:q2m1qi-(t1 t2)b1m2丁 t3)b2又 10.9 0.0007t已知：t1 1400 Cb1 460mm代入联立解之得：t2949C代入q式得q 1689 (W/m答：q= 1689V/仃，t2= 949 C0.3t

2、2b20.0003t100 C230 mm2)2d23In214.蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的 平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换 位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少说明在本题 情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合解：3相同：平均直径：d332r3r-.r3In -22ri/3每米管长的热损失Qq丨q2说1 t3)有r32 In 2i2说12.3In 2 2 更换材料以前，每米管长热损失 q仆丄/1 22七3)1 .3In 22 nti t3)1.25 q即：q =故原保温好。6. 在列管式换热器中用冷水冷却油。

3、水在直径为19X 2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W7(m2C )，管外油侧对流传热系数为258附(m2 C )。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 26m2 C/ W油侧污垢热阻为176m2 C/ W管壁 导热系数为45V/ (m C )，试求：(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。解：1、基于管子外表面积的总传热系数Ko：Ko1(Rs0bd 0Wd md0doidi1(2580.0001760.002 1945 1710.000261915193490 15水 15Ct 40 C15油 150C 100C1

4、50Ct t80 C(0.00380.0001760.0005 0.000330.000363)1208 20.0048 W (m .C )2、产生垢淀后热阻增加的百分数100% 11.8%增加的热阻0.000176 0.00033100 %。增加前的总热阻0.0048 (0.000176 0.00033)答：(1)匕=208W/(m2.C ) ； (2)11 . 8%7. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15C和40C， 油的进、出口温度分别为 150C和100C现因生产任务要求油的出口温度 降至80C,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，原换热器的管长 为Im,试求此

5、换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。原:现:WhCPh T1Wh CPh1WC CPC2tmt2t1t2Int1KS1 tm1WhCphKS192.5-50现：同理:WhCPhks2tm2L2L?2曲2儒1135 60135-In6092.5C1.85WhCPh(15080)Wc C PC13530135In300.997315080S2S1WhCPhKS1Wh CPhks21550C1.850.9971.86L1=1mI_2=1.86m答：L=1.85m10.在逆流换热器中，用初温为20 C的水将1.25kg / s的液体(比热容为/kg C、密度为850kg/ ni

6、)，由80C冷却到30 C换热器的列管直径为 25X 2.5mm水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为/(m2 C )2和/ (m C )，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50C，试求换热器的传热面积。解：热负荷：35Q=VCp1 (T1 T2) =xx 10 (80-30) =X 10 W 传热温度差： tn=( t2A t1)/ln( t2/ t1)=(80 50) (30 20)/I n( 30/10)=18.2 C总传热系数：1 do 125 10 312m C /WKO d 二 0.85 103 20 10 3 1.7 1032解得：KO=(m C ),有：S=Q/ (K.

7、A tm) =13.9m2答: S。= 13.9m213.在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160C的饱和蒸汽在壳程冷凝(排出时为饱和液体)，原料油在管程流动，并由20C加 热到106C。列管换热器尺寸为：列管直径为19X 2mm管长为4m,共有25根管子。若换热器的传热量为 125kW蒸汽冷凝传热系数为 7000W/ (m2 C )，油侧污垢热阻可取为(m2 C ) / W管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻 可忽略，试求管内油侧对流传热系数。又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来总传热系 数的倍，试求油的出口温度。假设油的物性不变。解： tm = 90.3 C S = n

8、 n DL= 25 XnXX 4 = 5.96 m 2QS tm & =丄 Ko1do_idi3125 1025.96 90.3 = W/(m ?C )R也丄Rsi .di0(丄d。K。358.9Q1 =d01Rsi)di0360W/ (m2W GP (12 -0.015(10 019( 232 261 10.00050.00278670007000)K)11)= -20 )Q = 2 W CP (t2(160 20) (160 t2)tmX 103 =2 X( t2 - 20 )103 2 1.4535(t2 20)1.75 232.26 5.96(106 - 20 ) = 125 kWQ2

9、1.75K0 s,160 20 In 160 t2t2 = 99.2 C 100C答：a 360 W/(m2 C )，t2 = 100C1.外径为159 mm的钢管，其外依次包扎 A B两层保温材料，A层保温材料的厚度为50 mm导热系数为 W/(m C) ,B层保温材料的厚度为100 mm导热系数为 W /(m C)，设A的内层温度和B的外层温度分别为170 C和40 C,试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变,每米管长的热损失又为多少解:t1 t21r21r3InIn 2 n 1 A 2 n 2 D2 3.1417040W/ m 150 W m11592 5011592501

10、00InIn0.11591.0159159100匕t21, r21. r3InIn2 n !几 2 n 2r22 3.14170 40159 1002.在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为 25 mm 2.5 mm的A B两层互换位置后，热损失为Wm 131.5W/m1159 2 501159 250 100InIn1.01590.1钢管，其导热系数为45 W/(mC)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600 W/(m2 C),热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2 C)。试求基于管外表面积的总传热系数K,以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。解：由Kob

11、dododmidi查得钢的导热系数45W m22.5mm25mmdj25 2 2.5 mm 20mmdm25 20mm222.5mmKo10.0025 0.0250.025W m2 C 50.6W m2 C5245 0.02252600 0.02壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为。- 100% 100%506 100%97.3%1K0o52管程对流传热热阻占总热阻的百分数为50.6 0.0252600 0.02管壁热阻占总热阻的百分数为bd0K0 dm100%.0025 .25 50.6 100%45 0.02250.3%3. 在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸气冷凝成饱和液体。已

12、知苯蒸气的体积流量为1 600 m3/h，常压下苯的沸点为80.1 C,气化热为394 kJ/kg。冷却水的入口温度为20 C,流量为 35 000 kg/h，水 的平均比热容为 kJ/（kgC）。总传热系数为450 W/（m2C）。设换热器 的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。解：苯蒸气的密度为罟0.0820,律3 80.1他滅盹mqm,h 1600 2.692 kg/h 4307.2 kg/hQ qm,h 4307.2 394 kJ/h 1.697 106 kJ h 4.71 105 WQ q m,c Cp ,c 12 17103(t220)4.71 105解出

13、 t231.6 C苯水 20tm60.1 48.554.1 CQK tm48.519.3m24.71 1052m450 54.14. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为15C和40C，油的进出口温度分别为150C和100C。现因生产任务要求油的出口温度降至80C,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管 长为1m,试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可以忽略。解：原工况平均温度差：tmt1 t2135 60,135In6092.5 C由热量衡算: 原工况：Q WhCph T1 T2 WLCpc t2 t1新工况：Q WhCph T1 T2 WA

14、c t2 t1联立解得：t250 C新工况平均温度差：九：? J3070 C（ 6 分）t230由传热速率方程：原工况：QWhcph150 100KStmKn dL 92.5新工况：QWhcph150 80KStmKn dL 70所以：l 70 925 1 1.85m( 6 分)50705. 8 .在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h，其初始温度为30 C,平均比热容为kJ/ (kgC)。 有机溶剂的流量为14 000 kg/h ，温度由180 C降至120 C，平均比热容 为kJ/ (kg C)。设换热器的总传热系数为500 W/(m2 C)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可 以忽略。401.3kW解： Q qm,hCp,h Ti T214000 1.72 180 120 kJh 1.4448 106 kJh冷却水的出口温度为t2t11.