传热作业内容答案解析

1、#-230mm厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t1设两层砖接触2 = 0.3+0.0003t。 入单位为W / (m C )。2.燃烧炉的内层为 460mm厚的耐火砖，外层为为1400 C,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。 良好，已知耐火砖的导热系数为入1= 0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为 入两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为C,1、解：热通量q q1由:q及界面温度t2mi¥(t1 t2)b1q2m2(t2t3)b210.9 0.0007t0.3 0.0003tt11400 Cb1460mm代入联立解之得：t2949C代入q式得q 1

2、689 (W/m答：q= 1689W /rf, t2= 949 C已知:t2 100 Cb2230mm4.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， 管长的热损失将改变多少 ？说明在本题情况下，解: S 相同：2 几32假定其它条件不变， 试问每米哪一种材料包扎在内层较为适合？平均直径:d3 2d 23 22332,3in 22x3!in 2122 13每米管长的热损失Q q丨有2|n 2in*1q2说11 .2 In -t3)1 .3 in 一2312更换材料以前，每米管长热损失Qq L2说1 t3)2

3、. 31 . 3 In-22q，22 稚1 t3 )in空In空22q_ q故原保温好。6.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为01.25即：q =1.25q对流传热系数为 3490W/ (m2 C )，管外油侧对流传热系数为 使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为热阻为0.000 176m2 C/ W。管壁导热系数为 45W/(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 :19X 2mm的列管内流动。已知管内水侧258W/ (m2 -C )。换热器在0.000 26m2 -C/W，油侧污

4、垢K0-(01bd。W d mRsi巴匹)diidi1(丄 0 000176 0°02 19 0 00026 一一)25845 1715 3490 151Rsi0.0001760.0005 0.000330.000363)(0.003810.00482、产生垢淀后热阻增加的百分数208W/ (m2.C )肿加的热阻日100% o.000176 o.00033 、100% 11.8%增加刖的总热阻0.0048 (0.000176 0.00033)答：(1)Ko = 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 度分别为150C和1

5、00C现因生产任务要求油的出口温度降至 口温度及物性均不变，原换热器的管长为 求。设换热器的热损失可忽略。15C和40C，油的进、出口温80 C，假设油和水的流量、进 Im ,试求此换热器的管长增至若干米才能满足要原:现:水 15C7 40C15一 t油 150 一 100 C150一 80C现要求油出口为Ql0解：WhCph(150100)WcCp c(40 15)t1I t2lnt192.5WhCPhWC CPC135 60135-In 一60WhC PhT1KS1 tm1WhCphKS1tm1 欝 1.85T1现：同理:WhC Ph(150WcC pc50CWhC PhI m2ks213

6、530135-In30.997315080L2L?2 rml22 rmhS2SWhCPhKS1WhlPhks2-1 1860.997Li=1m二 L2=1.86m答：L=1.85m10.在逆流换热器中，用初温为20C的水将1.25kg/s的液体(比热容为 kg -C、密度为850kg/m3)，由80C冷却到30C换热器的列管直径为© 25X 2.5m m,水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85kW/ (m21.70kW/(m2 C)，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50C,热器的传热面积。1.9kJ/-C )和 试求换解：热负荷：Q=Wcp1 (T1-T2)=1.2

7、5X 1.9X 103 (80-30) =1.2X 105W 传热温度差：A tm=(A t2-A t1)/ln( A t2/A =(80 50) (30 20)/l n(30/10)=18.2C总传热系数：1 业 JidiKo解得：有：答：25 10 30.85 103 20 10 3Ko=485.44W/(m2 C )， S=Q/ (Ko A tm) =13.9m2So= 13.9m211.7 1032.06 10 3m2 C /W13.在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为(排出时为饱和液体)，原料油在管程流动，并由20 C加热到106C。列管换热器尺寸为：列管直径为019X

8、 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 0.0005(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 求油的出口温度。假设油的物性不变。解： tm = 90.3 CQS tmK0 =S = nn DL = 25 XnX 0.019 X 4 = 5.96 m23125 1035.96 90.3 = 232.26 W/(m 2?C )160 C的饱和蒸汽在壳程冷凝1.75倍，试d0答:1)0(m20.015(

9、10.019( 232.26(丄d。'k。358.9Q1 = W Cp (t2 -t1)= 1.4535 X 103 (106 -20)360W/0.00050.00278670007000)Q2 = 2 W Cp (t2 -20) = 2 X 1.4535 (t2 -20)Q21.75K0 stm(160 20) (160 t2),160 20In160 t2t2 = 99.2 C 100 Ca i = 360 W/(m2 C ), t2 = 100C=125 kW103 2 1.4535(t220)1.75 232.26 5.960.11.外径为159 mm的钢管，其外依次包扎 A

10、、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 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?解:Jt1 t2Q/L 1_21 ,21 ,3In In 2 n 112 n 2r 22 3.14 170 40W/m 150Wm1 , 1592 501 , 159 250100''一 In 一 InA、B两层互换位置后,热损失为Q/Lt1 t21 . r21 I 3In In 2

11、n 12 n 2r22 3.14 170 40W/m 131.5W/m1 , 159 2 501 , 159 2 50 100In In1.01590.1159 1002.在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为0 25 mmX2.5 mm的钢管，其导热系数为45 W/(m - C )。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Ko -1bTO_d?dmidi查得钢的导热系数45 W/ m2 Cb 2.5mmdo 25 m

12、mdi 25 2 2.5 mm 20mm1591.0159100dm2¥0mm 22.5mmKo1W/10.0025 0.0250.025'5245 0.02252600 0.02m C 50.6 W m C壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为1 100% 空 100% 506 100% 冷 o 5297.3%管程对流传热热阻占总热阻的百分数为do/厶 100% 竺 100% 少Koidi50.6 0.025 100%2.4%2600 0.02管壁热阻占总热阻的百分数为bdo,务100% 呼100% 豐0當0.6100%0.3%3.在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸

13、气冷凝成饱和液体。已知苯蒸气的体积流量为1 600 m 3/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4.17 kJ/(kg G)。总传热系数为450 W/(m 2 -C)。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1 78解出t2tm35000360031.6 C4.17103(t220)4.71 10580.1780.131.648.560.1RT 0.082061 2；3 80.1 *9 彳6923qm,h 1600 2.692 kg/h 4307.2 kg/hqm,h

14、4307.2 394 kJh 1.697 106 kj/h 4.71 105W q m,c Cp ,c t2 t1tm60.1 48.5 c c C 54.1 C 60.1485In4.71 105 m219.3m2450 54.14.在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为 别为150 C和100 C。现因生产任务要求油的出口温度降至 温度及物性均不变，若原换热器的管长为设换热器的热损失可以忽略。求。解:原工况平均温度差:tmt1t2ln丄t2135 60苗 92.5Cln60由热量衡算:原工况：Q Whcph TiT2WcC pc t2新工况：Q WhCph T,T2WCCpc t

15、215 C和40C，油的进出口温度分 801，假设油和水的流量、进口 1m试求此换热器的管长增至若干米才能满足要tlt1联立解得：t250 C新工况平均温度差:tmt1 J2 & t2In唏 70 C （6 分）ln30由传热速率方程:原工况:QWhCph150100KStmKn dL 92.5新工况:QWh cph15080KStmKn dL 7070 92.5 ,一 150705. &在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为所以：L1.85m（6 分）10 000 kg/h,其初始温度为30 C,平均比热容为4.174 kJ/ (kg t)。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/ ( kgt)。设换热器的总传热系数为500W/(m2C)，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。解： Q qm,hCp,hT214000 1.72 180 120 kJ/h 1.4448 106 kJ/h 401.3kW冷却水的出口温度为t