计算题剪切.docx

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计算题剪切

[1]j05a10064

有一壁厚为10mm的钢制平壁容器，内盛80℃的恒温热水。

水对内壁面的对流给热系数为240W/（m2·℃）。

现在容器外表面复盖一层导热率为0.16W/（m·℃）、厚度为50mm的保温材料。

保温层为10℃的空气所包围,外壁对空气的联合给热系数为10W/（m2·℃）。

试求：

A）每小时从每m2面积所损失的热量kJ/（h·m2）；

B）容器内表面的温度Tw。

钢材的导热率为45W/（m·℃）。

[3]j05a10068

外径为100mm的蒸汽管外包一层厚80mm、导热率为λ[W/（m·℃）]的绝缘材料，管外壁温度为ｔ1，每米管长的热损失为Ｑ[W/m]，试求绝热层外壁温度ｔ2（设管外壁与绝热层接触良好）。

[4]j05a10069

水在一圆形直管内呈强制湍流时，若流量及物性均不变。

现将管内径减半，则管内对流给热系数为原来的多少倍？

[6]j05a10085

某平壁炉的炉壁由耐火砖、绝热砖和普通砖组成,它们的导热率分别为1.163,0.233和0.582W/（m·oC）,为使炉内壁温度保持1000℃,每平方米炉壁的热损失控制在930W以下,若普通砖厚度取为10cm,炉外壁温度为83℃。

求:

耐火砖和绝热砖厚度各为多少?

绝热砖和普通砖交界面温度t3为多少?

（假设绝热砖与耐火砖交界面温度为800℃）

[7]j05a10185

为测定某材料的导热率，把此材料做成一定厚度的圆形平板，夹在某测定仪器热、冷两面之间进行试验。

假定通过平板传热量Ｑ一定，并已知仪器热、冷面平均温度分别为tw1和tw2。

计算材料导热率时误认为仪器热、冷面与平板之间接触良好没有间隙,此时所计算的平板导热率为λ1。

若实际上仪器热、冷面与平板间因接触不好,分别出现b'的空隙,则实际导热率λ比λ1（A）大,（B）小,（C）相等,（D）不一定。

为什么?

[8]j05a10186

某列管换热器，管间通饱和水蒸气，可将一定流量作湍流流动的空气加热至指定温度，若须进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、管数、流态及其他条件均不变），你认为此措施是

（Ａ）不可行的；

（Ｂ）可行的；

（Ｃ）可能行，也可能不行。

[10]j05a10204

在换热器中，热水流量为2000kg／h，冷水流量为3000kg/h，热水进口温度Ｔ1=85℃，冷水进口温度ｔ1=15℃，如要求将冷水加热到ｔ2=35℃，求采用并流和逆流时的平均温度差，冷、热水的平均比热可认为相等。

[12]j05a10207

接触法硫酸生产中用氧化后的高温SO3混合气予热原料气（SO2及空气混合物）,已知:

列管换热器的传热面积为90m2,原料气入口温度t1=300℃,出口温度t2=430℃。

SO3混合气入口温度T1=560℃,两种流体的流量均为10000kg/h,热损失为原料气所得热量的6%,设两种气体的比热均可取为1.05kJ/（kg·K）,且两流体可近似作为逆流处理,求:

1.SO3混合气的出口温度T2;

2.传热系数K〔W/（m2·℃）〕。

[14]j05a10209

在一套管换热器中，用水蒸气加热空气，已知空气侧的对流给热系数为40W/（m2·℃）,蒸汽冷凝侧的对流给热系数为5000W／（m2·℃），现欲提高此传热过程的总传热系数,应从何着手解决？

试用具体数据说明理由。

（注：

管壁热阻及污垢热阻可忽略,空气湍流）

[15]j05a10210

一列管式换热器，用饱和水蒸气加热某易结垢的悬浮液，此换热器在流程安排上应使悬浮液走管程还是壳程？

若在测试中发现此换热器在拆修清洗前、后蒸汽冷凝量之比为1:

2，则清洗前垢层热阻与总热阻的比例为多少？

设拆洗前后换热平均温差Δtm不变。

[16]j05a10211

外径50mm的不锈钢管,外包6mm厚的玻璃纤维保温层,其外再包20mm厚的石棉保温层,管外壁温度为300℃,保温层外壁温度为35℃,已知玻璃纤维和石棉的导热率分别为0.07W/（m·K）和0.3W/（m·K）,试求:

（1）每米管长热损失;

（2）玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。

[18]j05a10244

某平壁炉的炉壁由耐火砖、绝热砖和钢板组成,如图所示。

其导热率λ和厚度b数据如下:

耐火砖:

λ1=1.05W/（m·℃）,b1=200mm;

绝热砖:

λ2=0.151W/（m·℃）,b2=100mm;

钢板:

λ3=45W/（m·℃）,b3=6mm。

耐火砖内侧温度t1=1150℃,钢板的外侧温度t4=30℃。

试求:

（1）单位面积的热损失Q;

（2）绝热砖和钢板的界面温度t3。

假设各层间接触良好.

[19]j05a10245

举例说明下列各图的物理意义，并写出Δｔm的数学表达式：

[1]j05b10063

在一内径为0.25cm的管的轴心位置上,穿一直径为0.005cm的细导线,用以测定气体的导热系数。

当导线通以0.5安培的电流时,产生的电压降为0.12[v/cm]。

测得导线温度为167℃,空心管内壁温度为150℃。

试求:

A）充入管内之气体的导热系数（只按热传导计算）;

B）若导线的黑度为0.8,估计不计入辐射传热所引起的误差。

[2]j05b10065

某套管换热器,管长为L,冷热流体作定态并流换热。

换热器外包以隔热层、热损为零。

已知温差Δt１=2Δt2，若两流体流过L′长度时的传热量为总传热量之半，问L′/L=?

设两流体的比热及传热系数Ｋ均不随长度而变。

[3]j05b10066

蒸汽在水平管外冷凝给热系数的关联式为

α=0.725×[（gρ2λ3r）/（μdoΔt）]1/4

试从物理意义上对上述结论加以分析。

[5]j05b10072

已知一外径为75mm，内径为55mm的金属管，输送某一热的物流，此时金属管内表面温度为120℃，外表面温度为115℃，每米管长的散热速率为4545[W/m]，求该管材的导热率。

为减少该管的热损失，外加一层石棉层（导热率为0.15W/（m·℃））此时，石棉层外表面温度为10℃,而每米管长的散热速率减少为原来的3.87%，求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度。

设此时钢管内表面仍为120℃。

[7]j05b10081

在套管换热器内，用饱和水蒸气将在内管中作湍流流动的空气加热，设此时的总传热系数近似等于管壁向空气的对流给热系数。

今要求空气量增加一倍，而加热蒸汽的温度及空气的进、出口温度仍然不变，问该换热器的长度应增加百分之几？

[8]j05b10082

热空气在φ426×9mm的铜管内流过,在铜管的中心上安装一热电偶,以测量空气的温度ta。

热电偶的温度读数t1为220℃,铜管内壁面温度t2为110℃。

求热电偶读数的相对误差。

已知热电偶接头的黑度ε1为0.8,空气向热电偶接头的对流给热系数αa1为52W/（m2·℃）,可按很大的物体2包围物体1处理,取总辐射系数C1-2=ε1C0,黑体的辐射系数C0=5.67W/（m2·K4）。

[9]j05b10091

厚壁圆筒内半径和外半径分别为r1与r2,若维持内表面和外表面温度t1及t2不变,圆筒材料的导热率与温度有关且可表示为λ=λo（1+bt）。

求:

A）单位时间流过单位长度园筒壁的热量Q;

B）如采用某一平均导热率λm,代入导热率不变条件下推导所得的导热公式计算Q,则与此λm对应的温度是多少?

[10]j05b10094

有一蒸汽管道,其外径为426mm,长50m。

管外复盖一层厚为400mm的保温层,保温材料的导热率λ随温度t而变化,其关系为:

λ=0.5+9×10-4tW/（m·K）

现已测得蒸汽管道的外表面温度为150℃,保温层外表面温度为40℃,试计算该管道的散热量。

[11]j05b10107

在内管为φ180×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热cP烃=2.38kJ/（kg·℃），环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃，平均比热cp水＝4.17kJ/（kg·℃），基于传热外面积的总传热系数Ko=2000W/（m2·℃）,设其值恒定,忽略热损失。

试求：

A）冷却水用量；

B）分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。

[13]j05b10110

某平面炉壁,由绝热砖Ⅰ和普通砖Ⅱ组成,已知绝热砖厚度b1=200mm,导热率

λ1=0.2W/（m·℃）,普通砖外侧温度t3=50℃,普通砖导热率λ2=0.7W/（m·℃）。

周围大气温度t=20℃。

炉壁外侧对大气的综合对流给热系数αT=20W/（m2·℃）,试问:

A）单位面积炉外壁的热损失是多少?

B）如果t1=800℃,求t2及b2;

[14]j05b10156

在套管换热器中，用冷水冷凝苯蒸汽。

冷水在管内作湍流流动。

欲通过实验方法测定苯蒸汽在管外冷凝时的对流给热系数及水在管内的对流给热系数，设苯的凝液在蒸汽的饱和温度下排出。

试问:

A）需要哪些测定仪器？

B）需要测定哪些数据？

C）写出求得α苯、α水的步骤，并注明计算式中各符号的意义及单位。

α苯为苯蒸汽冷凝传热膜系数，α水为管壁向水的对流给热系数。

[15]j05b10188

水在P=3.3MPa下沸腾,求以下两种情况的壁面温度。

1.壁面很清净,沸腾给热系数为3×104W/（m2·℃）

2.壁面复盖一层氧化膜,热阻为7.75×10-5（℃·m2）/W,由于该氧化

膜表面粗糙,使沸腾给热系数增大为清净面的2.5倍。

在P=3.3MPa下,水的沸点为239.2℃。

两种情况下，通过单位壁面的传热速率皆为q=1.75×105W/m2。

[16]j05b10189

φ120×5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料,其导热率为0.07W/（m·K）。

设蒸汽管的内壁温度为110℃,管壁导热率为45W/（m·K）。

要求保温层外壁温度不超过20℃,每米蒸汽管的热损失控制在60W以下,试计算保温层的最小厚度。

[18]j05b10197

有一套管换热器长10m,管间用饱和蒸汽加热,空气在一定流量下由管内流过,温度可升至某指定温度。

现将空气流量增加一倍,并近似认为加热面壁温不变,问套管加热器须加长几米,气体出口温度可达到原指定温度?

假定空气在管内流动处于湍流状态。

[19]j05b10206

高温气体在废热锅炉中φ38×3mm的钢质列管内流过,进口温度580℃,出口温度470℃,管外沸腾水温为225℃。

已知气体一侧的对流给热系数为300W/（m2·K）,水侧的对流给热系数为10000W/（m2·K）。

不计污垢热阻,试求总温度差以及内、外壁面的平均温度各为多少?

钢的λ=45W/（m·℃），设管内、外壁面温度各自为定值。

[22]j05b10238

判断下列说法是否妥当，如不妥，请写出正确说法

（１）蒸汽在管外冷凝时，“冷凝负荷越大，冷凝给热系数越高”；

（２）用饱和蒸汽加热容器内的液体，使之沸腾时，“饱和蒸汽的压力越高，越有利于强化传热”。

[23]j05b10240

现有一套测定对流给热系数的装置（如图）,拟测空气在管内作强制湍流时的对流给热系数α，该装置的管子外壁绕有电阻丝，以加热管壁，热电偶丝外面包有保温层。

问：

１．在实验中需要测定哪些参数

２．在图上标出欲测参数的测试位置，并注明所采用的测试仪表

３．写出通过实验计算传热膜系数α的计算步骤。

[25]j05b10256

估算套管式换热器金属管内管壁的平均温度tw,环隙为0.1MPa的饱和水蒸气冷凝。

若:

（1）内管中为气体,由15℃升至55℃;

（2）内管中为水,由15℃升至55℃,水的对流给热系数为4000W/（m2·℃）。

忽略金属管壁热阻。

[28]j05b15079

某厂一单管程单壳程列管换热器，列管规格为φ25×2.5mm，管长6m,管数501根,管程走热气体，流量为5000kg/h,平均比热3.04kJ/（kg·K）,进口温度500℃;壳程走冷气体,流量为4000kg/h，平均比热3.14kJ/（kg·K）,进口温度30℃。

1.逆流操作时,测得热气体的出口温度为200℃,求总传热系数K0为多少W/（m2·K）;

2.如采用并流操作，热气体的出口温度有无可能降为200℃?

为什么?

[29]j05b15080

在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液,溶液量为1.4kg/s,比热为2kJ/（kg·℃）,走内管（规格为φ25×2.5mm）,从150℃冷却到100℃。

冷却水走套管环隙,从25℃升温至60℃,水的比热为4.18kJ/（kg·℃）。

1.已知溶液一侧的对流给热系数为1160W/（m2·℃）,冷却水一侧的对流给热系数为930W/（m2·℃）,忽略管壁和污垢的热阻及热损失,求以传热外表面积为基准的总传热系数K0和冷却水的用量（kg/h）。

2.计算内管的外表面积和管长。

[31]j05b15084

试推导冷热流体在间壁式换热器中作定态并流流动时对数平均温差的表示式。

假设总传热系数及两流体的比热均为恒定值,且热损失可以忽略不计。

[34]j05b15102

某厂加热炉为一内衬耐火砖的钢制圆筒,筒外覆盖一层绝热材料,如图示。

若钢板的允许工作温度不超过450℃,已知外界大气温度:

夏季为40℃,冬季为-10℃,大气一侧的对流给热系数α外=10W/（m2·K）;炉内为热气体流动,最高温度为600℃,内侧对流给热系数α内=100W/（m2·K）,炉内流道截面直径为1.5米。

问:

（A）此炉壁各层布置是否合理?

（用数字说明）

（B）若要改善钢炉壁的工作条件,从理论上你认为可采取什么措施?

（定性说明）

各层材料的厚度与导热率数据如下:

导热率/（W/（m2·K））

厚度/m

耐火砖

0.38

0.25

钢板

45

0.01

绝热材料

0.10

0.25

[37]j05b15140

有一蒸汽管,尺寸为φ50×2.5mm,外包有两层绝热材料,每一层厚度都是25mm,现有两种保温方法,见图Ⅰ和Ⅱ,已知λ2=5λ1,请定量判断这两种方法中哪一种方法绝热情况较好（蒸汽管本身的热阻可以忽略不计）。

设两绝热层的总温差不变。

[40]j05b15191

在并流换热器中,用水冷却油。

换热管长1.5m。

水的进出口温度为15℃和40℃;油的进出口温度为120℃和90℃。

如油和水的流量及进口温度不变，需要将油的出口温度降至70℃,则换热器的换热管应增长为多少米才可达到要求?

（不计热损失及温度变化对物性的影响）

[41]j05b15192

某厂精馏塔顶,采用列管式冷凝器,共有φ25×2.5mm的管子60根,管长为2m,蒸汽走管间,冷却水走管内,水的流速为1m/s。

进、出口温度分别为20℃和60℃,在定性温度下水的物性数据为:

ρ=992.2kg/m3λ=0.6338W/（m·℃）

μ=6.56×10-4Pa.sPr=4.31

1.求管内水的对流给热系数

2.如使总管数减为50根,水量和水的物性视为不变,此时管内水的对流给热系数又为多大?

[42]j05b15195

某套管换热器内管为φ30×3mm铜管,外管为φ48×3钢管,长2m,管间通110℃饱和水蒸气加热管内空气,使空气温度由20℃加热至80℃,已知空气流量为50kg/h,周围环境温度为20℃,试求:

（1）空气侧对流给热系数;

（2）套管裸露时的蒸汽用量（kg/h）。

空气比热可取cp=1.005kJ/（kg·k）

换热器外侧壳壁对周围空气的对流给热系数:

αT=9.4+0.052（tw－ta）,W/（m2·℃）

式中:

tw--换热器外壳温度,℃

ta--周围空气的温度,℃

饱和蒸汽汽化热可取r=2232.4kJ/kg

[45]j05b15237

在单程列管换热器内,用110℃饱和水蒸气将管内的水从30℃加热到50℃,列管直径为φ25×2mm,长6m,水流经换热管因摩擦引起的压降为3000Pa,换热器的热负荷为2500kW。

试计算:

（1）换热器的管数n;

（2）基于管子外表面积的总传热系数K0。

已知:

①摩擦系数按λ=0.3164/Re0.25计算;

②操作条件下水的平均物性:

ρ=992kg/m3,cp=4.174kJ/（kg·℃）,μ=6.56×10-4Pa·s

[46]j05b15241

用120℃的饱和水蒸气将流量为36m3/h的某稀溶液在双管程列管换热器中从80℃加热至95℃。

若每程有直径为φ25×25mm的管子30根,且以管外表面积为基准的传热系数K=2800W/（m2·℃）。

蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求:

（1）换热器所需的管长;

（2）当操作一年后,由于污垢累积,溶液侧的污垢系数为0.00009（m2·℃）/W,若维持溶液的原流量及进口温度,其出口温度为多少?

又若必须保证溶液原出口温度,可以采取什么措施?

注:

溶液的密度及比热与水近似:

ρ=1000kg/m3;cp=4.2kJ/（kg·℃）

[50]j05b20099

在一传热面为30m2的列管式换热器中,用120℃的饱和蒸汽冷凝将气体从30℃加热到80℃,气体走管内,流量为5000m3/h,密度为1kg/m3（均按入口状态计）比热为1kJ/（kg·K）,估算此换热器的传热系数。

若气量减少了50%,估算在加热蒸汽压力和气体入口温度不变的条件下,气体出口温度变为多少?

[53]j05b20105

一套管换热器,内管尺寸为φ13×1.5mm,长1.25m,空气流经内管,温度由100℃冷却到30℃。

水流经环隙,流速较低。

温度由10℃上升到20℃,逆流操作。

用孔板流量计测量空气的流量压差为100mmH2O,空气的物性数据及流量计算式如下:

cp=1005[J/（kg·K）]

μ=1.725×10-5（（273.2+t）/273.2）0.7625[Pa·S]

λ=0.02432+7.7×10-5t[W/（m·K）]

W1=2.329×10-4Δg0.4688[kg/S]

式中:

Δg--mmH2Ot--℃

试计算:

1.总传热系数K;（以外表面为计算基准）

2.空气对管壁的对流给热系数α。

[54]j05b20112

在研究污垢对传热的影响时,采用φ28×1mm之铜管,水在管内流动,水蒸气在管外冷凝。

传热系数K在很宽的水的流速范围内,对清洁管和污垢管可用如下方程表示:

1/K=0.00020+1/（500u0.8）清洁管

1/K=0.00070+1/（500u0.8）污垢管

式中:

K--传热系数,kcaL/（m2·h·℃）

u--水的流速,m/s

α=1/（500u0.8）--水的对流给热热阻,[（m·h·℃）/kcaL]

试求污垢热阻和蒸汽冷凝给热系数。

已知:

铜的导热率λ=330kcaL/（m·h·℃）

[1]j05c10218

有一φ50×4.5mm的钢管,管内通225℃饱和水蒸气,为了减少热损失,管外包一层厚度为50mm,导热率为0.1W/（m·K）的石棉泥,置于温度为25℃的环境中,已知管内蒸汽冷凝对流给热系数为104W/（m2·K）,保温层外壁对周围空气对流给热系数为10W/（m2·K）,钢管导热率为40W/（m·K）,225℃饱和水蒸气的汽化潜热为1880.3kJ/kg,试求:

（1）估计钢管壁温,计算保温层外壁温度

（2）计算每米管长每小时蒸汽冷凝量kg/（m·h）。

[3]j05c10221

求电热器中电热丝的表面温度。

已知:

电热丝直径为0.5mm,全长2.5m,表面黑度ε=0.9,周围反射器的温度为15℃,电热器的功耗为0.4kW。

不计对流给热。

[7]j05c15198

冷、热水在传热面积为2m2的换热器中进行热交换,进口热水温度为85℃,流量为2000kg/h,冷水在25℃下进入,流量为1500kg/h。

两者按逆流流动。

已知传热系数K=1400W/（m2·℃）。

不计热损失。

求传热量及冷、热水的出口温度。

（冷热水物性数据可视为相同,取平均比热为4.187kJ/（kg·k）。

提示：

从∆tm=（∆t1+∆t2）/2的假设入手。

[8]j05c15199

有机液体在一根长度为100m的保温管道中作湍流流动,测得其进口温度T1=100℃,出口温度T2=60℃,周围空气的温度为30℃。

假定传热系数K及该有机液体的比热为定值,试求:

（1）该有机液体沿管长的温度分布;

（2）列式说明当该有机液体的流量增大一倍时,出口温度T2的变化情况。

[10]j05c15217

某列管换热器用109.2℃的饱和水蒸气加热管内空气,使它由20℃升至80℃,现空气流量须增加一倍,问在传热面积和空气进、出口温度不变情况下,加热蒸汽温度应改变为多少?

空气在管内皆为湍流。

[12]j05c15248

有一单壳程单管程列管式冷凝器,由60根φ25×2.5mm的钢管组成,管长1.3m,某种有机蒸汽在管间冷凝,冷凝温度为90℃,冷却水走管内,流量为34m3/h,水在管内的流型为湍流,其进出口温度分别为20℃和40℃,试计算此冷凝器的传热系数。

水的比热cp=4.18kJ/（kg·℃）。

为了节约冷却用水,拟将单管程列管冷凝器改为四管程,试问在保证原来的冷凝负荷（即每小时的冷凝量）下,能否使用水量减少一半。

假设两侧污垢热阻,管壁热阻和蒸汽冷凝的热阻以及热损失均可忽略不计。

[13]j05c15252

通过一列管式换热器，用120℃的饱和水蒸气加热列管内的某种气体，使其由20℃升高到80℃，气体呈湍流状态，若气体流量增加了50％，而入口温度不变，试计算加热蒸汽用量为原用量的倍数。

管壁热阻、污垢热阻及热损失可忽略，且可将气体物性视为常量，加热蒸汽温度不变。

[14]j05c15253

流体在圆形直管内作强制湍流流动（为完全湍流）且被加热。

若减小管径，使对流给热系数增加至原来的ｎ倍，问在下列情况下输送流体所消耗的功率如何变化？

（１）流体的平均流速保持不变；

（２）流体的流量保持不变。

流体物性视为常量。

[15]j05c20090

温度为20℃，比热为2.1kJ/（kg·℃）的溶剂以5000kg/h的流率流过套管换热器内管,被加热至64℃,环隙内为170℃饱和水蒸气冷凝。

换热器内管直径φ108×10mm,总长12m,材料为钢,计算总传热系数。

如果将内管改为Φ152×10mm的钢管,其他条件不变,热负荷不变，溶剂流量不变，求所需管长。

假设两种情况下蒸汽冷凝给热系数均为104W/（m2·K）。

液体在管内均为湍流,不考虑管壁污垢热阻及热损失。

[21]j05c20114

有一传热实验,在套管换热器中用饱和水蒸气加热空气,空气走内管,蒸汽在环隙冷凝。

已知αi<<α0,两侧均无垢,内管为φ30×2mm,长2m的紫铜管。

今测得:

空气:

进口温度:

20℃出口温度70℃

流量:

30m3/h（进口状态之值）

黏度:

1.94×10-5Pa·s（45℃下）

蒸汽:

温度:

110℃（冷凝潜热:

2250kJ/kg）

冷凝量:

0.85kg/h

（1）试求该套管换热器向大气