第二章习题33154

1、1. 一食品冷藏室由内层为19mm厚的松木，中层为软木层，外层为51mm厚的混凝土组成。内壁温度为-17.8，混凝土外壁面温度为29.4。松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151，0.0433，0.762 W/(mK)。要求该冷藏的热损失为15W/m2，求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。解：已知b1 = 0.019m，b3 = 0.051m，T1 = -17.8，T4 = 29.4，1 = 0.151W/(mK)，2 = 0.0433W/(mK)，3 = 0.762W/(mK)，q = 15W/m2。代入数据，解得：b2 = 0.128m。代入数据，可得：解得：T2 = -15

2、.9。2. 某平壁炉的炉壁由内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝缘砖组成。炉的内壁面温度为1400，外壁面温度为100。已知耐火砖和绝缘砖的热导率与温度的关系分别为0.3+0.0003T，0.3+0.0003T W/(mK)。式中T可取为相应层材料的平均温度，单位为。求导热的热通量及两砖接触面处的温度。解：已知：b1 = 0.46m，b2 = 0.23m，T1 = 1400，T3 = 100，1 = 0.9+0.0007Tm1 W/(mK)，2 = 0.3+0.0003Tm2 W/(mK)。根据热量守恒： ，代入上式，得：代入数据，得：解得：T2 = 949，即两砖接触面的温度为

3、949。3. 为减少热损失，在外径为150mm的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率 = 0.103+0.000198T (式上T为)，蒸汽管外壁温度为180，要求保温层外壁温度不超过50，每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在110-4kg/(ms)以下，问保温层应为多少？(计算时可假定蒸汽在180下冷凝)。解：已知：d2 = 0.15m，T2 = 180，T350，2 = 0.103+0.000198Tm2 W/(m)，蒸汽冷凝量为110-4kg/(ms)，180时，水蒸汽汽化潜热r = 2019.3kJ/kg。 整理后，得：代入数据，可得：解得：r2 = 0.125m。b2

4、 = 0.05m，即保温层厚度至少为0.05 m。4. 有一蒸汽管外径为25mm，管外包有两层保温材料，每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的热导率之比为5，此时的热损失为Q。今将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变，则热损失为，求，说明何种材料放在里层为好。解：已知：r2 = 0.0125m，r3 = 0.0375m，r4 = 0.0625m，b2 = 0.025m，b3 = 0.025m，3/2 = 5将数据代入公式得：同理，将两层保温材料互换后，因为各层温度不变，可得：互换后热损失增加，应把热导率小的材料放在里层可减少热损失。5. 在逆流换热器中，用初温为2

5、0的水将1.25kg/s的液体比热容为1.9kJ/(kgK)，密度为850kg/m3由80冷却到30。换热器的列管直径为25mm2.5mm，水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850W/(m2K)和1700W/(m2K)，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50，求水的流量和换热器的传热面积。解：已知：Tc1 = 20，cpc = 4.183kJ/(kgK)，cph = 1.9kJ/(kgK)，Wh = 1.25kg/s，h = 850kg/m3，Th1 = 80，Th2 = 30，d1 = 0.025m，d2 = 0.02m，1 = 1700W/(m2K)，2 = 850W/(m2K

6、)，Tc250根据热量衡算，可列出：令Tc2 = 50，求得：Wc = 0.946kg/s代入数据，可得： K = 471.5 W/(m2K)， 求得：S = 13.8m26. 香蕉浆在单壳程单管程的列管换热器中用热水加热，香蕉浆走管程，其流量为500kg/h，比热容为3.66 kJ/(kgK)，从进口温度16加热到出口温度75。热水的流量为1000kg/h，进口温度为95。换热器的总传热系数为60 W/(m2K)。求换热器的传热面积。解：已知：单壳程双管程，qmc = 500kg/h，cpc = 3.66kJ/(kgK)，Tc1 = 16，Tc2 = 75，qmh = 1000kg/h，cp

7、h = 4.214kJ/(kgK)，Th1 = 95，K = 60W/(m2K)计算热负荷：根据热量衡算计算热流体出口温度：求得：Th2 = 69.4，逆流时：7. 在列管换热器中用冷水冷却油。水在直径为19mm2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W/(m2K)，管外油侧对流传热系数为258 W/(m2K)。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0.00026(m2K)/W，油侧污垢热阻为0.000176(m2K)/W。管壁的热导率为45W/(mK)。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：已知：d1 = 0.019m

8、，d2 = 0.015m，1 = 258W/(m2K)，2 = 3490W/(m2K)，Rs1 = 0.000176(m2K)/W，Rs2 = 0.00026(m2K)/W， = 45W/(mK)在污垢形成前的总热阻：解得：K = 233W/(m2K)增加污垢后的热阻：8. 某列管换热器的管程走冷却水，有机蒸汽在管外冷凝。在新使用时冷却水的进、出口温度分别为20和30。使用一段时间后，在冷却水进口温度与流量相同的条件下，冷却水出口温度降为26。已知换热器的传热面积为16.5 m2，有机蒸汽的冷凝温度为80，冷却水流量为2.5 kg/s，求污垢热阻。解：已知：Tc1 = 20，Tc2 = 30，

9、Th = 80，S = 16.5m2，Wc = 2.5kg/s。冷却水定性温度：，由此查得：cpc = 4.179kJ/(kgK)，()当冷却水出口温度降低后，有：()9. 某冷凝器的传热面积为20 m2，用来冷凝100的饱和水蒸气。冷液进口温度为40，流量为0.917kg/s，比热容为4.00kJ/(kgK)。换热器的总传热系数为l25 W/(m2K)。求水蒸气冷凝量。解：已知：Tc1 = 40，Th = 100，S = 20m2，Wc = 0.917kg/s。cpc = 4.00kJ/(kgK)，K = 125W/(m2K)，100时，饱和水蒸气潜热r = 2258.4kJ/kg列热量传递

10、衡算式：，代入已知数据，有：解得：Tc2 = 69.65，从而求得：再列传热衡算式：10. 有一单管程式换热器，该换热器管径为25mm2.5mm，管子数为37根，管长3m。今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2饱和蒸气，自饱和温度46冷却到10。CS2在壳程冷凝，其流量为300kg/h，冷凝潜热为351.6kJ/kg，比热容为1.005 kJ/(kgK)。冷却水在管程流动，进口温度为5，出口温度为32，逆流流动。已知CS2在冷凝和冷却时的传热系数分别为K1 = 291W/(m2K)及K2 = 174W/(m2K)。问此换热器是否适用(传热面积A及传热系数均以外表面积计)？解：已知d1 = 0.025

11、m，d2 = 0.02m，n = 37，L = 3m；Th1 = 46，Th2 = 10，Tc1 = 5，Tc2 = 32； qmh = 300kg/h， = 45 W/(mK)；K1 = 291W/(m2K)，K2 = 174W/(m2K)；潜热r = 351.6kJ/kg，cph = 1.005kJ/(kgK)设CS2逆流热交换过程中，冷却过程使冷却水温度升到Tc3。冷却水定性温度：，由此查得：cpc = 4.183kJ/(kgK)解得：qmc = 1029.24kg/h 两流体呈逆流流动，根据下面流程图列出衡算式：或 代入数据，得：或 解得：Tc3 = 7.5；CS2冷凝阶段的平均温差：

12、 CS2冷却阶段的平均温差：冷凝阶段所需传热面积：代入数据得：得：A1 = 4.16m2冷却过程所需传热面积：得：A2 = 1.06m2所需总传热面积：换热器总传热面积 此换热器适用。11. 在一内管为180mm2.5mm的套管式换热器中，用水冷却苯，冷却水在管中流动，入口温度为290K，对流传热系数为850W/(m2K)。壳程中流量为1.25kg/s的苯与冷却水逆流换热，苯的进口温度、出口温度分别为350K、300K，苯的对流传热系数为1700W/(m2K)。已知管壁的导热系数为45 W/(mK)，苯的比热为1.9kJ/(kgK)，密度为880kg/m3。忽略污垢热阻。试求：在水温不超过320K的最少冷却水用量下，所需总管长为多少(以外表面积计)？解：已知d1 = 0.025m，d2 = 0.02m；Th1 = 350K，Th2 = 300K，Tc1 = 290K，Tc2 320K； qmh = 1.25kg/s， = 45 W/(mK)；1 = 1700W/(m2K)，2 = 850W/(m2K)；cph = 1.9kJ/(kgK)， = 880kg/m3设定Tc2 = 320K代入数据得：解得：K = 471.58W/(m2K)将已知数据代入方程： 解得：L = 176.2m12. 在一套式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯