化工答案 第六章传热

1、t二155C3t3=50CK)“0.!03+.0。0198x(忖二0.126W/(m.C)热传导6-1.如图所示，某工业炉的炉壁由耐火砖人=1.3W/(mK)、绝热层久2=0.18W/(mK)及普通砖久3=0.93W/(mK)三层组成。炉膛壁内壁温度1100C，普通砖层厚12cm,其外表面温度为50C。通过炉壁的热损失为1200W/m2,绝热材料的耐热温度为900C。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。TOC o 1-5 h z九(、九解：qW12g2121200=093(/-50)0.1236-2.如图所示，为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚

2、度处设置热电偶求内壁温度“。设炉壁由单层均质材料组成。解：q=-1-1)O1202312t二800C16-3.某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发，单位面积的蒸发速率为0.048kg/(m2/S),与液体交界的金属壁的温度为110C。时间久后，液体一侧的壁面上形成一层2mm厚的污垢，污垢导热系数久=0.65W/(m设垢层与液面交界处的温度仍为110C，且蒸发速率需维持不变，求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热r=2000kJ/kg。解：q=0.048x2000=96kW/m2t二405.38C16-4.为减少热损失，在外径0150mm的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的导热系

3、数启0.103+0.000198t(式中t为C)，蒸汽管外壁温度为180C，要求保温层外壁温度不超过50C,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1X10-4kg/(ms)以下，问保温层厚度应为多少？解：查180C水蒸汽r=2019.3kJ/kg由于安装不当，待测材料的两边各有一层0.1mm的静止气2层人与真实值久不同。不计热损失，求测量的相对误差，即(Az-A)/九八九A()0A(tt)解：Q=(t一t丿7=吭012九Q气=0.030W/(mK),使测得的材料热导率I*6-6.通过中空球壁导热的热流量Q可写成Q二At亠形式。m试证：A=pAA(式中A】、A分别为球壁的内、外表面积。)mV

4、1212/QdtQdr解：q=九=九dtAdr4兀r2*6-5如图所示，用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚5、直径120mm的圆形平板，置于冷、热两表面之间。热侧表面用电热器维持表面温度t=200C。冷侧表面用水夹套冷却，使表面温度维持在t2=80Co电加热器的功率为400Wo定态传热Q为恒值*6-7.有一蒸汽管外径25mm,管外包以两层保温材料，每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的热导率之比为九丿片二5，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Q。求Q/Q,说明何种材料放在里层为好。解：互换前：Q=2兀lAt1,

5、r1,r2兀lAtIn2+In3=九r九rQ1122ir1ir2兀lAt互换后：Inf+1口卡=九r九rQ112依据计算可知热导率小的材料在里层热损失小。对流给热6-8.在长为3m,内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/(sm2)。苯在定性温度下的物性数据如下：=0.49mPas；久=0.14W/(mK)；Cp=1.8kJ/(kgC)。试求苯对管壁的给热系数。解：pud172x0.0530.49x10-3-1.86x104加热苯溶液，b=0.4a-0.023R0.8P0.4-0.023x0.14xC.86x104x6.30.4-330.31w/(m2K)der0.0536-

6、9.在常压下用列管换热器将空气由200C冷却至120C，空气以3kg/s的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm,内有25X2.5mm钢管38根。求空气对管壁的给热系数。T+T200+120解：空气定性温度为：T-t2-160C,查常压下160C物性数据，m22p=0.815kg/m3；=2.45X10-5Pas；久=3.637X10-2W/(mK)；cp=1.017kJ/(kgK)；Pr=0.682q3G-m/)-87.15kg/(sm2)A-x0.262-0.0252x38丿4空气由200C冷却至120C,b=0.3a-0.023R0.8P0.3-0.023x3.63

7、7x10-2x(.29x1058x0.6820.3-252.56w/(m2K)der0.0362v丿e6-10.油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度t=20C，蒸汽管外壁温度t=120C，管外径为mw60mm。已知在定性温度70C下重油的物性数据如下：p=900kg/m3；c=1.88kJ/(kgC)；久=0.174W/(mC)。运动粘度v=2X10-3m2/s,B=3X10-4K-1。试问蒸汽对重油的热传递速率W/m2为多少解：大容积自然对流：N-A(GP)urr查表得：A=0.54；b=0.25a-AGp)-0.54xxG.08x105丿.25-36.89W/(m2C)lrr

8、0.06q-aCt丿-36.89x(12020丿-3689W/m2wm6-11.室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的(GrPr)=109。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少？解：大容积自然对流：N-A(GP)urr两管直径不同，与特征尺寸管径有关，G0d3r依据大管和小管GrPr查表：A=0.135；b=l/3冷凝给热6-12.饱和温度为100C的水蒸气在长3m、外径为0.03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置，管外壁的温度维持96C，试求：(1)每小时冷凝的蒸汽量；(2)又若将管子水平放，冷凝的蒸

9、汽量又为多少？解：(1)饱和温度为100C的水蒸气，r=2258.4kJ/kg，定性温度为98C，查水:p=960kg/m3；=0.290mPas；久=0.682W/(mC)。a=1.13p2grk3、(yLAt丿=1.139602x9.81x2258400 x0.68230.00029x3x(100-96)丿=7422.07W/(m2K)ReM4aLAt中4x7422.07x3x(100-96)2258400 x0.00029=543.9625C，30-50C，c2=4.174kJ/(kgK)。mp2t2C30333538404345几kg/s28.3917.7414.2010.929.46

10、7.897.09冷水出口温度取40C，q9.46kg/s，定性温度t32.5C，p=995.1kg/m3；=0.764mPas；m2m久=0.6131W/(mK)oa0.023-R0.8P0.40.023x0.6131x(2.60 x1048x5.200.44.64x103w/(m2K)der0.02双管程，n=31/2=16,流量不变，流速增加一倍。a=2o.8a1.74x4.64x1038.07x103w/(m2K)t46.8C2m19.46x4.174xQ6.825)3952.18kg/s传热操作型计算6-28.某冷凝器传热面积为20m2，用来冷凝100C的饱和水蒸汽。冷液进口温度为40

11、C，流量0.917kg/s，比热为4000J/(kgC)。换热器的传热系数K=125W/(m2C),求水蒸汽冷凝量。解：100C的饱和水蒸汽，r=2258.4kJ/kgot69.7C2m1r0.917x4000 x(59.740)2258.4x1034.82x102kg/s6-29.有一套管换热器，内管为019X3mm,管长为2m,管隙的油与管内的水的流向相反。油的流量为270kg/h,进口温度为100C，水的流量为360kg/h，入口温度为10C。若忽略热损失，且知以管外表面积为基准的传热系数K=374W/(m2C)，油的比热cp=1.88kJ/(kgC),试求油和水的出口温度分别为多少T-

12、Tt一2二0.260T-11112解：水的定性温度取10C，Cp2=4.191kJ/(kgC)T=76.6C2t=17.9OC2水的定性温度tm二14C，cp2=4.188kJ/(kgC),与10C水的cp2=4.191kJ/(kgC)相差很小，计算有效。6-30.某列管换热器用110C饱和蒸汽加热甲苯，可使甲苯由30C加热至100C。今甲苯流量增加50%，试求:(1)甲苯出口温度；(2)在不变动设备条件下，采用何种措施以使甲苯出口温度仍维持100C?作定量计算。解：Q=qC(I-t)=aAAtm2p221mt二98.23C2(2)A.提高饱和蒸汽的温度(加压)T二112.1CB.提高饱和蒸汽

13、冷凝量，增加50%。*6-31.某套管换热器有传热面积0.4m2，油在内管从75C被冷却至65C。冷却水在环隙中逆流流动，从30C加热至45C，给热系数a2=4000W/(m2C)。内管直径/25mm,管壁较薄，热阻可略去不计。求该换热器能冷却的最大油量。已知油在平均温度下的物性为久=0.56W/(mC)；=1.8mPas；cp=2070J/(kgC)。解：Q=qc(1-1)=qc(T-T)=KAAtm1p121m2p212m（Tt）-（Tt）（7545）（6530）cc22T-112T-121ln6530At=+22-=32.44Cmln解：并流操作时：100C。T80C。40C。T60C。

14、*6-32.今有一套管换热器，冷、热流体的进口温度分别为40C和100C。已知并流操作时冷流体出口温度为60C，热流体为80C。试问逆流操作时热流体、冷流体的出口温度各为多少？设传热系数K均为定值。qcTT10080mlpl12qctt6040逆流操作时：100CTT2tJ40Co2TOC o 1-5 h zm2p221qcTTmlpl12qcttm2p221T78.73C2t61.27C2*6-33.由A、B两台换热器组成的换热系统中，冷与热流体的流向及流量等均如图所示。已知：A、B两台换热器的传热面积，传热系数均相等。冷流体流量等量分配。且T1=150C,T2=40C；t1=30C,t2=

15、90C。试求：温度T，ta、tb的值分别为多少ab-1）=qc1m2p2（T-T）=KAM=KA9_吵&_1mAalTTln1aT-11T-tT-t1abT-tT-t121t-30150-T-at30T40bt-Ib9022150-tT-tabT-3040-30（2）（3）1）联立（1）（2）（3）T64.6C,t123C,t57rab换热器6-36.今欲于下列各列管换热器中，将某种溶液从20C加热到50Co加热剂进口温度为100C,出口温度为60C。试求各种情况下的平均温差。（1）单壳程，四管程；（2）双壳程，四管程。解：At屮Mt逆流操作时：100C。T6050j20C。mm逆人（100-

16、50）+（60-20）工At45CTOC o 1-5 h zm逆2（1）单壳程，四管程查图（P230）,屮0.9At屮At0.9x4540.5Cmm逆（2）双壳程，四管程。查图（P230），屮0.98At屮At0.98x4544.1Cmm逆6-37.有一列管换热器，煤油走壳程。其温度由230C降至120C，流量为28700kg/h。壳内径为560mm,内有025X2.5mm的钢管70根，每根长6m,管中心距为32mm,三角形排列。用圆缺形挡板（切去高度为直径的25%）,挡板间距为300mm。试求煤油的给热系数。已知定性温度下煤油的物性数据如下：C=2.60kJ/（kgC）,p=710kg/m3,=0.32mPas,久=0.13W/（mK）。解：6-38.有一单壳程双管程列管换热器，管外用120C饱和蒸汽加热，常压干空气以12m/s的流速在管内流过，管径为038X2.5mm,总管数为200根，已知空气进口温度为26C，要求空气出口温度为86C