第四章 传热题

第四章传热题第1页，课件共41页，创作于2023年2月同理，由傅立叶定律上式的积分限将b换成x，t2换成t，可得温度分布第2页，课件共41页，创作于2023年2月[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λ值依次为1.4W/m.℃，0.10W/m.℃及0.92W/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138℃，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，则第3页，课件共41页，创作于2023年2月又解得均未超过温度限。第4页，课件共41页，创作于2023年2月[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λ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第5页，课件共41页，创作于2023年2月包有绝热层时由多层圆筒壁热传导公式第6页，课件共41页，创作于2023年2月[例4-4]在一φ60×3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=70.0W/(m·K)，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/(m·K)，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λ=45W/(m·K)，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。

第7页，课件共41页，创作于2023年2月

（2）界面温度

或

解得：

第8页，课件共41页，创作于2023年2月【例1】套管换热器外管内径60mm，内管规格φ40×4.0mm，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2.8×10-3Pa.S，比热2.26kJ/(kg.℃)，导热系数0.452W/(m.℃),水的进、出口温度分别为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。第9页，课件共41页，创作于2023年2月解：⑴水的定性温度：查得ρ2=995.7kg/m3,μ2=0.0008N·s/m2,

2=0.618W/(m·K)Cp2=4.174kJ/(kg·℃)根据热量衡算式求得水流量

管内流速：第10页，课件共41页，创作于2023年2月水侧给热系数：

⑵套管环隙当量直径de=d2-d1=0.060-0.04=0.02mm,环隙流速

第11页，课件共41页，创作于2023年2月根据过渡流给热系数的计算方法，有

故得溶液侧给热系数：

⑶水流量增加后的给热系数

第12页，课件共41页，创作于2023年2月【例2】一列管式换热器，由38根

25×2.5mm的无缝钢管组成，苯在管内流动，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19×2mm，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：苯的物性第13页，课件共41页，创作于2023年2月解:(1)第14页，课件共41页，创作于2023年2月(2)第15页，课件共41页，创作于2023年2月(3)第16页，课件共41页，创作于2023年2月【例3】在200kPa、20℃下，流量为60m3/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57×3.5mm，管长3m。试求管壁对空气的对流传热系数。解：定性温度为(20＋80)/2=50℃查附录空气的物性为＝1.96×10-5Pas=2.88×10-2W/(m℃)Pr=0.698空气的流速u=qV/(di2/4)=4×60/(3600××0.052)=8.49m/s空气入口处密度为第17页，课件共41页，创作于2023年2月所以，雷诺数Re=duρ/=0.05×8.49×2.379/1.96×10-5=51530且L/di=3/0.05>=60所以代入数据得＝66.3(W/m2℃)第18页，课件共41页，创作于2023年2月【例4】5℃的冷冻盐水(25％CaCl2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25％CaCl2的物性为：1230kg/m3,cp2.85kJ/(kg℃),＝4×10-3Pas,

w＝0.65×10-3Pas,0.57W/(m℃)判断流型：

Re=du/=1940Pr=cp/=20RePr(d/L)=272>100符合圆管内强制层流情况第19页，课件共41页，创作于2023年2月代入各数据得

＝421W/(m2℃)作热量衡算：

Q=Wcp(t2-t1)=St其中：S=diLt=tw-(t1+t2)/2W=ri2u将上述数据代入热量衡算式得：t2=9.37℃第20页，课件共41页，创作于2023年2月【例5】有一列管换热器,由60根25×2.5mm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(20＋80)/2=50℃查附录苯的物性为＝860kg/m3,cp=1.8kJ/(kg·K),＝0.45×10-3Pa·s=0.14W/(m·℃)管内苯的流速u=qm/n(di2/4)=13/[860×60(3600××0.052)]=8.49m/s第21页，课件共41页，创作于2023年2月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：所以第22页，课件共41页，创作于2023年2月【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(15＋39)/2=27℃,查附录空气的物性为＝1.18kg/m3,cp=1.013kJ/(kg·K),＝1.84×10-5Pa·s=0.0265W/(m·℃)，w＝2.29×10-5Pa·s判断流型：

Re=du/=1924，Pr=cp/=0.703RePr(d/L)=272>135，Gr=(di3

2avgt)/2=1.56×106第23页，课件共41页，创作于2023年2月符合园管内强制滞流情况，但需校正代入各数据得

＝4.9W/(m2℃)而f=0.8(1+0.015Gr1/3)=2.19则第24页，课件共41页，创作于2023年2月例：有一列管换热器，由φ25×2.5mm的钢管组成。CO2在管内流动，冷却水在管外流动。已知管外的αo=2500W/m2·K，管内的αi=50W/m2·K。（1）试求传热系数K；（2）若αo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αi增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增大的百分率。第25页，课件共41页，创作于2023年2月取钢管的导热系数λ=45W/m·K，冷却水测的污垢热阻Rso=0.58×10-3

m2·K/WCO2侧污垢热阻Rsi=0.5×10-3

m2·K/W解：（1）求以外表面积为基准时的传热系数则：第26页，课件共41页，创作于2023年2月(2)αo增大一倍，即αo=5000W/m2·K时的传热系数K’第27页，课件共41页，创作于2023年2月K值增加的百分率（3）αi增大一倍，即αi=100W/m2·K时的传热系数K值增加的百分率第28页，课件共41页，创作于2023年2月四、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第29页，课件共41页，创作于2023年2月例：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。第30页，课件共41页，创作于2023年2月解：

逆流时：

热流体：冷流体：7025并流时：

热流体：冷流体：8510第31页，课件共41页，创作于2023年2月【例1】在套管换热器中用20℃的冷却水将某溶液从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。第32页，课件共41页，创作于2023年2月解：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：第33页，课件共41页，创作于2023年2月【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