食工习题解(传热)

1、700 t20.12036700 1300i 0T093 0.5822036W/m2第四章习题部分答案4-2燃烧炉的平面壁是由一层耐火砖与一层普通科所砌成，两层的厚度均为100mm操作稳定后测得耐火砖内壁表面温度为700C,普通科外壁表面温度为 130C,已知耐火醇的导热系数 1为(m? K),普通科的导热系数2为(m? K),问耐火醇与普通科的接触面的温度是多少 解:Qt1 t2 t1 t3s qb1b2bL b212120.93t24810 C4-3某蒸汽管道外包有两层热导率不同而厚度相同的保温层。设外层的平均直径(按对数平均值计)为内层的2倍，其热导率也为内层的 2倍。若将两保温层对调，

2、 其它条件不变,问每米管长的热损失将改变多少2=2 1解：设外层平均直径为dm2,内层平均直径为dm1,则：dm2=2dm1且由导热速率方程知:4 1 dm1L5bQ tb b1smi2sm2两层后保温材料对调后tbbtbb1 dm1L 2 1 2dm1Lt b b2 Sm11 Sm21 dm1Lbtbb2 1 dm1L 1 2dm1L1.25保温材料互换位置后，单位管长热损失量增加，说明为了减小热损失，热导率小的材料放在内层较适宜4-4某蒸汽管道的外径为 219mm外表面温度为120 C。管道外包一层厚 100mm勺保温层,保温层表面温度为 30C。保温材料的热导率可用：=+表示。试求：（1

3、）单位长度管长的解：(1) Q=-2 rL dt/dr热损失；（2）若按平均温度计算热导率，求保温层内的温度分布。r 1= m, 11=120C,2=, 12=30 C o分离变量积分得:- 0.2095 .Q drL 0.1095 r302 九(0.52 0.0008t)dt120(QL) xQ L=m(2) tm=(120+30)/2=75 Cn=+X 75=ln(r2/ r 1)=ln=Q /L=2 (t1-t2)Mln( r2/r 1)=2 x x (120-30) x =m2 xx (120- t) x ln( r/=mt =从本题可得出：作为变量与看作在一定温度范围内的平均值(即常

4、数）计算的传热速率（导热速率或热损失）大致相等。因此在工程上计算传 热速率时一般将看作常数。4-5水以m/s的流速在长为3 m,直径为27mm<的管内从20c被加热到40C。试求水与管壁之间的对流传热系数。如果将水的流速提高到s,并近似假设水的热力性质不变，水与管壁之间的对流传热系数大约又是多少解：（1） tm=30c=,=n3, Cp=,=Re=dub / =x x =41011>104Pr=cp / =x103x x10-3/=Nu=Nux /d=x=6217W/(2)' = =8446W/4-6在套管换热器中将水从 25c加热至80 C,水在内管中流动，水与管壁间的对

5、流传热系数为2000W/。若改为加热相同流量的大豆油，试求对流传热系数。设两种情况下流体均呈 湍流流动，两流体在定性温度下的物性:流体-3kgm水1000豆油892油;=(/d)(du)( Cp)(水;=(/d)(du)( Cp)d、u /、变，两种情况下之比为：油/水=(1/2)(12/12)( Cp解:=x (15/65) x 892 x (1000 x x x x x xCp/kJkg -1 K-1w)(w)( CpWrimK1=X X X X x =油=2000X =4-13在果汁预热器中，参加换热的热水进口温度为98 C,出口温度为75C。果汁的进口温度为5C,出口温度为65 Co求

6、两种流体顺流和逆流时的平均温度差，并将两者作比较。解：(1)逆流时11=T1-12=98-65=33 C12=T2-11=75-5=70 Ctm=( t1- 12)/ln(t1/ t2)=(33-70)/ln(33/70)=C(2)顺流时t 尸T1-11=98-5=93 C12=T2-t 2=75-65=10 Ctm=(93-10)/ln(t1/t2)= C4-15某列管式换热器的传热面积为60宿(近似认为换热管的内外表面积相等)，用80c的饱和水蒸汽每小时将 60吨的糖汁从25c升温到50 C,若糖汁的比热容 Cp为，问：换热器的总传热系数是多少若运行了一段时间之后，管程壁面上产生了污垢，使

7、总传热系数下降为500W/,问这时污垢的热阻 R=b/入的数值是多少600006 解：(1) Q WCcDC(t2 t1) 4 1000 (50 25) 1.667 10 Wc pc 213600(80 25) (80 50)41.24ocK=C/S t m= X 106/(60 X =m80 2580 50In(2) R=b/=1/K' -1/ K=1/500-1/= XW4-16牛奶在 32m府的不锈钢管中流过，外面用蒸汽加热。不锈钢的热导率为，管内牛奶的对流传热系数为 500W/,管外蒸汽的表面传热系数为8000W/。试求总热阻和传热系数K如管内有的有机污垢层，其导热系数为，求热

8、阻增加的百分数。解：以管外壁为基准，总阻力：1/Ko=do/ idi+bdo/ dm+1/ 。=32/(500 x 25)+x 32/x+1/8000=W总传热系数陨=若管内有的有机垢层，则污垢热阻为：R=1/K' o=1/K)+X32/X25)=W热阻增加的百分数为：或：X 32/X25 )/=%4-17 一列管换热器由40根 25mme的管子组成。用饱和蒸汽加热糖汁，溶液在管内流动,已知蒸汽冷凝的对流传热系数为10000W/,管内糖汁的对流传热系数为2000W/,忽略管壁及污垢热阻，求基于外表面的传热系数。若采取措施使：(1)冷凝对流传热系数增加 20%(2)管内糖汁对流传热系数增

9、加20%求两种情况下总传热系数分别增加多少解： 工工旦25 7.25 10 4m2K/WKo o idi 10000 2000 20K=1379 W/(1)当冷凝表面传热系数增加20%即。'=12000W/K' o=1412W/1611W/m2K11 do 125Kooidi 12000 2000 20( K' - Ko)/ Ko=(1412- 1379)/1379 X 100%= %(2)管内糖汁表面传热系数增加20%即 =2400 W/,11do125Ko oidi10000 2400 20( K" - Ko)/ Ko=(1611-1379)/ 1379

10、X 100%= %由计算可知，增加热阻较大侧流体的，能有效地提高Ko4-18 单程列管换热器由 25根 19m诉2mm长4 m的管子组成。温度为120c的饱和蒸汽在壳侧冷凝（冷凝液为饱和液体），以加热管内的植物油，将油从 20c加热至85C ,若换热器的传热负荷为 125kW蒸汽冷凝对流传热系数为 10000W/,油侧垢层热阻为，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。若将油的流速加倍，此时换热器的总传热系数为原来的倍，油的物性不变，试求油的出口温度。解：(1)11=120-20=100 C12=120-85=35 Ct1Int2100 35t23561.92oCSi=25

11、XX 4=K=QStm=125000/x =一 t R 工舄、0.0005 短解得i =570W/(2) K' =x =750 W/,W =2WQ =W Cpc(t2' -11)=2 WCpc( 12' -20)Q= WCpc( 12-11)= WCpc(85-20)=125000WWCpc=125000/(85-20)=125000/65<a>Q 2 125000 伍 20) 250000 伍 20)6565Q =K' S tm'tm(120 20) (120 t2),120 20ln 120 t27504.71t2 20ln100120 t2<b>联立a和b：ln3120 t2750 4.71 652500000.91845100/(120- t2' )=t2' =C注：本题宜用内表面作基准 4-21水在列管式换热器的管内被加热，设Re104。若忽略物性变化，试估算下列情况下对流传热系数 的变化：(1)管径不变，流量加倍；(2)管径减为原来的一半，流量不变;(3)管径、流量均不变，管程数加倍。解：因为 Re>104,贝U=(du / )( C