化工原理传热课上例题

[例4-1]现有一厚度为370mm的平壁面，内壁温度为1650℃，外壁温度为300℃。平壁材料的平均导热系数λ=0.815+0.00076t（t的单位为℃，λ的单位为W

/（m·℃）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。1化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第1页!解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度为：平壁材料的平均导热系数为：导热通量为：设壁厚x处的温度为t，则2[W

/（m·℃）]化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第2页!（2）导热系数按变量计算3化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第3页!4例4-2某冷库外壁内、外层砖壁厚均为12cm，中间夹层厚10cm，填以绝缘材料。砖墙的热导率为0.70w/m·k，绝缘材料的热导率为0.04w/m·k，墙外表面温度为10℃

，内表面为-5℃

，试计算进入冷库的热流密度及绝缘材料与砖墙的两接触面上的温度。解：根据题意，已知t1=10℃

，t4=-5℃,b1=b3=0.12m，b2=0.10mλ1=λ3=0.70w/m·k,λ2=0.04w/m·k。Qxt1t4t3t2λ1λ2λ3b1b2b3化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第4页![例4-3]为保证安全并减少热损蒸汽管外径d1=140mm，其外有保温层。已知d1处T1=390℃，若保温层外T2≤40℃，保温层的要求Q/L≤450W/m，试求（1）保温层的厚度（2）保温层中温度分布。5T1T2r1r2化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第5页!T分布：半径为r处，温度为T。6由结果可见：即使为常数，T分布呈曲线。T1T2r1r2化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第6页!7(2)保温层界面温度t3解得t3=131.2℃化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第7页!Re=duρ/μ=(0.053×15×0.746)/(0.6×10-5)=2.28×104>104(湍流)Pr=cpμ/λ=(1.026×103

×26.0×10-5)/0.03928=0.68W/m2·℃本题中空气被加热，n=0.4代入Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023×(22800)0.8×(0.68)0.4=60.4化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第8页!Pr=cpμ/λ=(4.179×103×90.27×10-5)/60.8×10-2=6.2l/d=2/0.02=100a可按式Nu=0.023Re0.8Prn

进行计算,水被加热,n=0.4。校正系数f：化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第9页!以内、外表面计时，内、外表面分别用下标1、2表示。

化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第10页!解：Ø25mm2.5mm冷水t1钢管=45W·m-1

·

K-11=4000W·m-2

·

K

-1管外空气侧的2T1T2t2化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第11页!原：K1=49.1W·m-2

·

K

-1

，

2提高一倍时：K2=96.97W·m-2

·

K

-1

，

1提高一倍时：K3=49.6W·m-2

·

K

-1结论：要想提高K值，必须分析各热阻的大小，减小控制步骤的热阻，则可明显提高K值，加大传热速率。化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第12页!解：乙醇冷凝放热：乙醇冷却放热：总放热：Q1+Q2=1.41105W化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第13页!冷凝段两段分界处水温：t'=35-17.3=17.7℃78.5℃78.5℃35℃30℃15℃化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第14页!冷却段换热器传热面积S=S1+S2=3.04+1.40=4.44[m2]78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第15页!原流量下：新流量下：（2）传热速率原流量下，式中05~25(1)热量恒算6000~2000030000~100000T2T1t1t2化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第16页!原流量下新流量下只有提高饱和蒸气的压力才能满足要求。T1=116.3℃T2=T1t1=20℃t2=80℃P=1.765105PaT1’=？qm,c’=1.2qm,c化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第17页!(c)计算单位面积传热量

(d)管壁温度

Q/S1=K1Δtm

=242×271=65580W/m2T----热流体的平均温度，取进、出口温度的平均值

T=(500+400)/2=450℃管内壁温度

(b)平均温度差在p=981kN/m2，水的饱和温度为179℃℃化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第18页!平壁的温度分布关系式：当b=x时，19化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第19页!20按温度差分配计算t2、t3:℃解：按热流密度公式计算q：化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第20页!21保温层厚度T1T2r1r2化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第21页!22例4-4在一60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/m·℃。现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。解：(1)每米管长的热损失:此处，r1=0.053/2=0.0265mr2=0.0265+0.0035=0.03mr3=0.03+0.04=0.07mr4=0.07+0.02=0.09m化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第22页![例4-5]常压下，空气以15m/s的流速在长为4m，φ60×3.5mm的钢管中流动，温度由150℃升到250℃。试求管壁对空气的对流传热系数。解：此题为空气在圆形直管内作强制对流定性温度t=（150+250）/2=200℃查200℃时空气的物性数据（附录）如下

Cp=1.026×103J/kg.℃λ=0.03928W/m.℃μ=26.0×10-6N.s/m2ρ=0.746kg/m3

Pr=0.68特性尺寸d=0.060-2×0.0035=0.053ml/d=4/0.053=75.5>60化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第23页![例4-6]一套管换热器，套管为φ89×3.5mm钢管，内管为φ25×2.5mm钢管。环隙中为p=100kPa的饱和水蒸气冷凝，冷却水在内管中渡过，进口温度为15℃，出口为35℃。冷却水流速为0.4m/s，试求管壁对水的对流传热系数。解：此题为水在圆形直管内流动定性温度t=（15+35）/2=25℃查25℃时水的物性数据（见附录）如下：Cp=4.179×103J/kg·℃λ=0.608W/m·℃μ=90.27×10-3N·s/m2ρ=997kg/m3

Re=duρ/μ=(0.02×0.4×997)/(90.27×10-5）=8836Re在2300~10000之间，为过渡流区.化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第24页![例4-7]

一列管式换热器，由Ø25×2.5mm的钢管组成。管内为CO2，流量为6000kg/h，由55℃冷却到30℃。管外为冷却水，流量为2700kg/h，进口温度为20℃。CO2与冷却水呈逆流流动。已知水侧的对流传热系数为3000W/m2·K，CO2

侧的对流传热系数为40W/m2·K。试求总传热系数K（考虑污垢热阻），分别用内表面积S1，外表面积S2表示。解：查钢的导热系数λ=45W/m·K

取CO2侧污垢热阻Rd1=0.53×10-3m2·K/W

取水侧污垢热阻Rd2=0.21×10-3m2·K/W化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第25页![例4-8]一列管换热器由Ø25mm2.5mm的钢管组成试求：（1）总传热系数K；（2）若将管外2提高一倍，其他不变，K值如何变化？（3）若将管外1提高一倍，其他不变，K值如何变化？空气T1冷水t1t2T2钢管=45W·m-1

·

K-1

。1=4000W·m-2

·

K

-1管外空气侧的2=50W·m-2

·

K

-1化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第26页!（2）2提高一倍时：（3）1提高一倍时：化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第27页![例4-9]现要求每小时将500kg的乙醇饱和蒸气（Tb=78.5℃

）在换热器内冷凝并冷却至30℃,已知其传热系数在冷凝和冷却时分别为1=3500W·m-2

·K-1，2=700W·m-2

·K-1，t1=15℃，t2=35℃。已知水的传热系数3=1000W·m-2

·K-1，cp,c=4.2kJ·kg-1·K-1,忽略管壁和污垢热阻,求换热器的传热面积。化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第28页!冷却水流量用传热速率方程求传热面积，既有相变传热，也有无相变的变温传热，因此将传热面积分段求解，分为冷凝段和冷却段，求得两段分界处的水温，再求其他。78.5℃78.5℃35℃30℃15℃化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第29页!冷凝段：78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃化工原理传热课上例题共34页，您现在浏览的是第30页!3.换热器的操作型计算若qm,c’=1.2qm,c，t1、