(05)第五章-传热过程基础(习题课)

1、第五章传热过程基础 1 用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同 时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m2，厚度为0.02 m，实验 测得电流表读数为 0.5 A，伏特表读数为100 V，两侧表面温度分别为 200 C和50 C,试求该 材料的导热系数。 解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 Q S 式中 Q IV 0.5 100W50W S 0.02m2, t1 200 C, t2 50 C, L 0.02m 将上述数据代入，可得 QL 50 0.02 St! t2 W m C 0.333W m C

2、0.02200 50 2 .某平壁燃烧炉由一层 400 mm厚的耐火砖和一层 200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定 后，测得炉的内表面温度为1500 C,外表面温度为100 C,试求导热的热通量及两砖间的界 面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为1 0.8 0.0006t，绝缘砖的导热系数为 20.3 0.0003t , W/(m C）。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q1 Q2 Q (5-32) 或 Q 1S t1 t2 2St2 ts (5-32a) b1 b2 式中 1 0.8 0.0006t

3、 0.8 0.0006 1500 t 1.25 0.0003t 2 2 0.3 0.0003t 0.3 0.0003 100 t 0.315 0.00015t 2 代入为、茏得 1500 tt 100 (1.25 0.0003t)(0.3150.00015t) 0.40.2 解之得 t t2977 C 1.25 0.0003t 1.25 0.0003 977 W m C 1.543W. m C Q S i -t- 1.543 150977 W m2 2017W m2 3 .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0.1 W /(m

4、C-), B层保温材料的厚度为100 mm，导热系数为1.0 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？ Q. L 解： 1r21 r3 In In 21122 a 150 W m 2 3.14170 40 11592 50_11592_50 100 InIn 0.11591.0159100 A、B两层互换位置后，热损失为 t1 t2 2 2 131.5W m 2 3.14170 40 丄 In 怛40 159 2 50 100 1.01590.1159 100 5.在某管壳

5、式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为25 mmX2.5 mm的钢管，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/(m 2 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Ko 1 b do dm do idi 查得钢的导热系数45W. m2 C b 2.5mm d。25 mm di 2522.5 mm 20mm dm 25 20 mm 22.5mm Ko 1 _0.0025 0.0250.025W 5245 0.02252600 0.0

6、2 22 m C 50.6 W m C 壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为 1/ o一 100% 0 100% 506 100% 1Ko52 o 97.3% 管程对流传热热阻占总热阻的百分数为 do idi 100%100% 1Ko4 100% A% 管壁热阻占总热阻的百分数为 bdo dm 100%100% 1d Kom .025 .25 50.6 100%0.3% 45 0.0225 6 .在一传热面积为40 m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。 冷却水的流量为 30 000kg/h，其温度由22 C升高到36 C。溶液温度由115 C降至55 C。若 换热器清洗后，

7、 在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下, 冷却水的出口温度升至 40 C, 试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：( 1)两种情况下，冷、热流体的物 性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg C)； (2)两种情况下， 八。分别相同；(3) 忽略壁面热阻和热损失。 解：求清洗前总传热系数 K tm 匹空 H C 52.7 C 115 36 In 55 22 Q S tm 3 30000 4.174 103622 W 52.71 3600 40 m2 C 231W m2 C 求清洗后传热系数K 由热量衡算 WhCpE T2) We, tl) WhCpET2) WcCp,

8、c(t2 WCCp,c T2TWhCp,h (t2 1) LTt2 t1 115亜空40 36 22 22 C 37.9 C tm 115 4037.9 22 In 115 40 37.9 22 C 38.1 C 22 n 410.8W m C 3 30000 4.174 1040 3600 40 38.1 清洗前两侧的总污垢传热热阻 民丄丄 -m C W 1.9 10 m K tm 500 94.97 m9 在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽 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

9、为20 C,流量为35 000 kg/h，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg C)。总传热系数为450 W/(m2 C )。 设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。 C W K K 231410.8 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4.174 kJ/ ( kg -C)。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1.72 kJ/ ( kg C)。设换热器的总传热系数为 500 W/(m 2 C ), 试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换

10、热器的热损失和污垢热阻可以忽略。 解： Q WCphT214000 1.72 180 120 kJ h 1.4448 10解：苯蒸气的密度为 kJ h 401.3kW 冷却水的出口温度为 t2 WcCpc t1 6 1.4448 10 30 C 64.61 C 100004.174 逆流时 tm 180 64.61120 30 180 64.61 ln 120 30 25.39 C 102.2 C 115.39 ln 90 并流时 3 401.3 102 m K tm 500 102.2 2 7.854 m tm 120 64.61180 30 ln120 64& 180 30 C 94.97 C ,55.39 ln 150 401.3 103 2 8.452m2 PM 1 78 RT 0.08206273 80.1 kg. m32.692kg m3 Wh 1600 2.692 kg . h 4307.2 kg h Q Wh4307.2 394kJ h 1.697 1 06 kJ