第四章 传热题.ppt

1、例4-1 某平壁厚度为0.37m，内表面温度t1为1650，外表面温度t2为300 ，平壁材料的热传导系数=0.815(1+0.00093t), 的单位为W/m.，t 的单位为。求单位面积的传热量及平壁内温度分布。,解：由傅立叶定律：,积分,同理，由傅立叶定律,上式的积分限将b换成x，t2换成t，可得温度分布,例4-2 某燃烧炉的炉壁由500mm厚的耐火砖、380mm厚的绝热砖及250mm厚的普通砖砌成。其值依次为1.4 W/m.，0.10 W/m.及0.92 W/m. 。传热面积为1m2，现操作时耐火砖内壁温度为1000，普通砖外壁温度为50 ，要求绝热温度不超过940，普通砖温度不超过13

2、8，求单位面积的热传导速率及层与层之间温度？,解：设耐火砖两侧温度为t1和t2 ，普通砖两侧温度为t3和t4 ，则,又,解得,均未超过温度限。,例4-3有一玻璃管，内外直径分别为5mm和6mm，用来输送流体，若管内壁温度为75，外壁温度为30，玻璃的平均热传导系数为1.09W/m. 。求单位管长的热传导速率？若外包扎一层厚为2mm的绝热材料，绝热材料外表面温度为25，热传导系数为0.09W/m. ，这时单位管长的热传导速率又为多少？,解：由圆筒壁一维稳态热传导公式,所以,包有绝热层时由多层圆筒壁热传导公式,例4-4 在一603.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热

3、系数=7 0.0W/(mK)，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数=0.15 W/(mK)，现用热电偶测得管内壁温度为500 ，最外层表面温度为80 ，管壁导热系数=45 W/(mK)，试求（1）每米管长的热损失（2）保温层界面温度。,解（1）每米管长的热损失。,（2）界面温度,或,解得：,【例1】套管换热器外管内径60mm，内管规格404.0mm，用水将为2500kg/h的某液体有机物从100冷却至40，水走管内，有机物走环隙，逆流流动，操作温度下，有机物密度860kg/m3, 粘度2.810-3Pa.S，比热2.26kJ/(kg.)，导热系数0.452W/(m.), 水的进、出口温度分别

4、为15和45，热损失忽略不计。试求：(1)水对管内壁的给热系数；(2)有机溶液对管外壁的给热系数；(3)若将水流量增加20%，其他条件不变，重求水对管内壁的给热系数。,解： 水的定性温度： 查得 2=995.7kg/m3, 2=0.0008Ns/m2, 2=0.618W/(mK) Cp2=4.174kJ/(kg) 根据热量衡算式求得水流量 管内流速：,水侧给热系数： 套管环隙当量直径de=d2-d1=0.060-0.04=0.02mm, 环隙流速,根据过渡流给热系数的计算方法，有 故得溶液侧给热系数： 水流量增加后的给热系数,【例 2】一列管式换热器，由38根252.5mm的无缝钢管组成，苯在

5、管内流动，由20加热到80 ，苯的流量为8.32kg/s，外壳中通入水蒸气进行加热，求：（1）管壁对苯的对流传热系数；（2）管子换192mm，管壁对苯的对流传热系数；（3）当苯的流量提高一倍，对流传热系数变化如何？,已知：苯的物性,解: (1),(2),(3),【例 3】在200kPa、20下，流量为60 m3/h的空气进入 套管换热器的内管，并被加热到80，内管直径为 573.5mm，管长3m。试求管壁对空气的对流传热系数。 解： 定性温度为 (2080)/2=50 查附录空气的物性为 1.9610-5 Pas = 2.8810-2 W/(m) Pr = 0.698 空气的流速 u = qV

6、/(di2/4) = 460/(3600 0.052) = 8.49 m/s 空气入口处密度为,所以，雷诺数 Re = du/ = 0.058.49 2.379/1.9610-5 = 51530 且 L/di = 3/0.05 =60 所以 代入数据得 66.3 (W/m2),【例 4】 5的冷冻盐水(25CaCl2溶液)以0.3m/s的流 速流经一套管换热器内管，已知内管的内径为21mm、长 度为3.0m。假设管壁的平均温度为65，试求盐水的出 口温度。 解：假设定性温度为5，查附录25CaCl2的物性为： 1230 kg/m3, cp2.85 kJ/(kg), 410-3 Pas, w 0

7、.6510-3 Pas, 0.57 W/(m) 判断流型： Re = du/ = 1940 Pr = cp / = 20 RePr(d/L) = 272 100 符合圆管内强制层流情况,代入各数据得 421 W/(m2) 作热量衡算： Q = Wcp(t2-t1) = S t 其中： S = diL t = tw - (t1+t2)/2 W = ri2u 将上述数据代入热量衡算式得： t2 = 9.37,【例 5】有一列管换热器,由60根252.5mm的钢管组成。 通过该换热器，用饱和蒸汽加热苯。苯在管内流动，由 20加热到80，苯流量为13kg/s。试求苯在管内的对 流传热系数。若苯的流量提

8、高80%，假设仍维持原来的 出口温度，问此时的对流传热系数又为多少？ 解： 定性温度为 (2080)/2=50 查附录苯的物性为 860 kg/m3, cp=1.8 kJ/(kgK), 0.4510-3 Pa s = 0.14 W/(m ) 管内苯的流速 u = qm/ n(di2/4) = 13/860 60(3600 0.052)= 8.49 m/s,流动雷诺数 普兰特准数 一般列管式换热器 L/di =60 所以可用 代入数据得 1260 (W/m2) 流量增加时： 所以,【例 6】压力为0.1MPa的空气在内径为50mm，长0.5m的水平管内流过。入口温度为15，出口温度为39，其平均

9、流速为0.6m/s。管壁温度维持在120。试求空气在管内流动时的对流传热系数 解：定性温度为 (1539)/2=27, 查附录空气的物性为 1.18 kg/m3, cp=1.013 kJ/(kgK), 1.8410-5 Pa s = 0.0265 W/(m )， w 2.2910-5 Pa s 判断流型： Re = du/ = 1924， Pr = cp / = 0.703 RePr(d/L) = 272 135， Gr=(di32avgt)/2=1.56106,符合园管内强制滞流情况，但需校正 代入各数据得 4.9 W/(m2) 而 f = 0.8(1+0.015Gr1/3) = 2.19

10、则,例：有一列管换热器，由252.5mm的钢管组成。CO2在管内流动，冷却水在管外流动。已知管外的o=2500W/m2K，管内的i= 50W/m2K 。 （1）试求传热系数K； （2）若o增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大的百分率； （3）若i增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增大的百分率。,取钢管的导热系数=45W/mK， 冷却水测的污垢热阻Rso=0.5810-3 m2K/W CO2侧污垢热阻Rsi=0.510-3 m2K/W 解： （1）求以外表面积为基准时的传热系数 则：,(2)o增大一倍，即o =5000W/m2K时的传热系数K,K值增加的百分率,（3）i增大一倍，即

11、i =100W/m2K时的传热系数,K值增加的百分率,四、传热的平均温度差,恒温差传热：,变温差传热：,传热温度差不随位置而变的传热,传热温度差随位置而改变的传热,传热,流动形式,并流 ：,逆流 ：,错流 ：,折流 ：,两流体平行而同向的流动,两流体平行而反向的流动,两流体垂直交叉的流动,一流体只沿一个方向流动，而另一流体反复折流,例：在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却水将热流体由100冷却至40，冷却水进口温度15，出口温度30，试求在这种温度条件下，逆流和并流的平均温度差。,解 ：,逆流时：,热流体：,冷流体：,并流时：,热流体 ：,冷流体 ：,【例1】在套管换热器中用20的

12、冷却水将某溶液从100冷却至60，溶液流量为1500kg/h， 溶液比热为 3.5kJ/(kg)，已测得水出口温度为40，试分别计算并流与逆流操作时的对数平均温差。若已知并流和逆流时总传热系数K=1000W/(m2)，求并流操作和逆流操作所需的传热面积。,解：逆流和并流的平均温差分别是：,传热负荷为：,逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是：,【例2】在内管为 的套管换热器中，流量 为 的盐水从 加热到 ，采用常压蒸汽 在管外加热，蒸汽温度 ,内管的导热系数 ， 盐水给热系数为 ， 蒸汽在管外给热系数 ，求加热套管的长度应为多少米？盐水比热 。,解：,基于内表面为基准,基于外表面为基准,结果完全一致。,例：车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门，其温度为227，室内温度为27。为了减少热损失，在炉门前50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为0.11的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。,解：(1)放置铝板前因辐射损失的热量,取铸铁的黑度