传热作业答案

1、2燃烧炉的内层为 460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内表面温度ti为1400C,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。设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为入i= 0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为入2= 0.3+0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度,单位为C ,入单位为W / (m C )。1、解：热通量q q1 由：q及界面温度t2L(t1t2)b1m2-(t2 t3)b210.9 0.0007tt11400 Cb1460 mm代入联立解之得：t2949C代入q式得q 1689 (W/m答：q= 1689W /tf,

2、t2= 949 Cq2已知:2)0.3 0.0003tt2 100 Cb2230 mm解：$相同：平均直径：d3 2d232232r3.3In 22x(2 r1)ln21/3221每米管长的热损失Qq q有2|nr3lnr221q2站1 I23InIn12 r2更换材料以前，每米管长热损失Qq l七3)12说1t3)32 I 31 | 3InIn2 22/q2 nt3)1| 31 | 3In In2 2 24.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，假定其它条件不变，试问每米 管长的热损失将改变多少 ？

3、说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合？r2 r1 r3 r2q 1.25- q即: q =1.25q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$19X 2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为 3490W/ (m2 C )，管外油侧对流传热系数为258W/ (m2 C )。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0.000 26m2C/ W，油侧污垢热阻为0.000 176m2 C/ W。管壁导热系数为 45W/(mC )，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

4、:K。1( Rsi0bdwd md0idi1(2580.0001760.002 1945 170.000261915193490 15(0.00380.0001760.0005 0.000330.000363)1一 208 0.0048w/ (m2.C )2、产生垢淀后热阻增加的百分数100% 11.8%增加的热阻 100%O.。00176 0.00033增加前的总热阻0.0048 (0.0001760.00033)答：(1)K = 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15C和40C，油的进、出口温度分别为150C和100C现

5、因生产任务要求油的出口温度降至80C，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，原换热器的管长为Im ,试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。原：现：水 15C 40C15C t油 150Ct 100C150C 80C现要求油出口为 80 CQl 0解：WhCph (150.100) WcCpc(40 15)Wh CPh 1WC CPC 2tmInt2t1135 60135-In6092.5CWhCPh T1KS1 tm1WhCphtm1 92.51 85KS150t现：同理：WCCPCCWh CPhi m2KS213530In30 997315080WhCphL2匚

6、2 rml22 rml1S2KS1SiWhCPhKS2竺1860.997Li=1m二 L2=1.86m答：L=1.85m用初温为20E的水将1.25kg/s的液体(比热容为10.在逆流换热器中，1.9kJ/25X-C)和试求换解：热负荷：Q=Wcp1 (T1-T2)=1.25X 1.9X 103 (80-30) =1.2X 105W传热温度差： tm=( A t2-A t1)/ln( t2/A t1)=(80 50) (30 20)/l n(30/10)=18.20律总传热系数：1Ko解得：有：答：25 10 30.85 103 20 10 3do 1idiKo=485.44W/(m2 C )

7、，S=Q/ (Ko A tm) =13.9m2So= 13.9m211.7 1032.06 103m2 C /WkgC、密度为850kg/m3)，由80C冷却到30C换热器的列管直径为 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/ (m2 1.70kW/(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。odmidi160 C的饱和蒸汽在壳程冷凝13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 2mm、管长为4m，共有25根管子。

8、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。1.75倍，试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 C S = nn DL = 25 XnX 0.019 X 4 = 5.96 m2QSrmK0=1心125 103答:d0idi5.96 90.3 = 232.26 W/(m 2?C ) R垮L RidSi1)0(m20.015,10 019( 232 26生(d/ K0

9、Si di358.9360W/Q1 = W Cp (t2 -t1)= 1.4535 X 103 (106 -20)Q2 = 2 W Cp (t2 -20) = 2 X 1.4535 (t2 -20).(160 20) (160 t2)tm1 10 0005 0 00278670007000)=125 kW,160 20ln 160 t2t2 = 99.2 C 100 Ca i = 360 W/(m2 C ), t2 = 100CQ21.75K0 s103 2 1.4535(t220)1.75 232.26 5.961.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

10、度为 50 mm ,导热系数为0.1 W /(m ), 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:t1 t2Q L 12 1 , r21 , r3InIn2 n !r,2 n 2r22 3.1417040f/W m 150 W m1 , 159 2 501 , 159 250 100一 In In0.11591.0159 100A、B两层互换位置后，热损失为-h t2Q L 11 , r21, r3lnln2 n 1 A 2 n

11、 2 DW m 131.5 W m1 , 159 2 501 , 159 2 50 100InIn1.01590.1159 1002 3.14170 402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。1解：由&1 b虫旦2.5mm查得钢的导热系数45 W m2 C25 mmdj 25 2 2.5 mm 20mmdm2

12、5 20mm222.5mmKo10.0025 0.0250.0252 2m C 50.6 W m C5245 0.02252600 0.02壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为1oKo50.6100%一100%100%152Koo97.3%管程对流传热热阻占总热阻的百分数为d。/一idi 100%Kodo 100%idi蔦0 囂 100% 24%管壁热阻占总热阻的百分数为bdo45 0.0225dm 100% bdoKo 100% 0.0020.025 50.6 100% 0.3% VdKom3在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸气冷凝成饱和液体。已知苯蒸气的体积流量为1 600 m3

13、/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/(m2C)。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 78pMRT 0.08206 273 80.1kg m32.692kg m3350003600解出t231.6 Cqm,h 1600 2.692 kgFh 4307.2 kg/hqm,h4307.2 394 kJh 1.697 106 kJ h 4.71 105 Wq m,c Cp ,c 12 t1354.17 10 (t2

14、20)4.71 1080.1 t 80.131.6- 20t48.560.160.1 48.5tm54.1 CQ 4.71105S K tm 450 54.1m219.3m2,60.1 In48.515 C和40C，油的进出口温度分80C，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设换热器的热损失可以忽略。解:原工况平均温度差:tmt1t2lnt1t2135 6092.5 C ,135 ln60由热量衡算:原工况：Q WhCph T1 T2WcCpc t2t1新工况：Q WhCph T, T2WCCpc t2t14.在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为 别为1

15、50 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 求。联立解得：t250 C新工况平均温度差:tmt1 - t1 t2In135 30,135ln3070 C（ 6 分）由传热速率万程：原工况：Q WhCph 150100KS tmKndL92.5新工况：Q WhCph 15080KS tmKndL7070 92.5 所以：L11.85m(6分)5. &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