传热习题Word格式.docx

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饱和水蒸汽冷凝后并降温至50℃放出的热量

Q=G1（I-i）

=1500/3600*（2694.43-209.34）=1035.5kW

例4-2现有一厚度为240mm的砖壁，内壁温度为600℃，外壁温度为150℃。

试求通过每平方米砖壁的热量。

已知该温度范围内砖壁的平均导热系数λ=0.6W/m·

℃。

解Q=λA/b（t1-t2）

Q/A=λ/b（t1-t2）

=0.60/0.24*（600-150）

=1125W/m2

例4-3有一燃烧炉，炉壁由三种材料组成，如附图所示。

最内层是耐火砖，中间为保温砖，最外层为建筑砖。

已知

耐火砖b1=150mm

λ1=1.06W/m·

保温砖b2=310mm

λ2=0.15W/m·

建筑砖b3=240mm

λ3=0.69W/m·

今测得炉的内壁温度为1000℃，耐火砖与保温砖之间界面处的温度为946℃。

试求：

（a） 

单位面积的热损失；

（b） 

保温砖与建筑砖之间界面的温度；

（c） 

建筑砖外侧温度。

解用下标1表示耐火砖，2表示保温砖，3表示建筑砖。

t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。

热损失q

q=Q/A=λ1/b1（t1-t2）

=1.06/0.15（1000-946）

=381.6W/m2

保温砖与建筑砖的界面温度t3

因系稳定热传导，所以q1=q2=q3=q

q=λ2/b2（t2-t3）

381.6=0.15/0.31*（946-t3）

解得t3=157.3℃

建筑砖外侧温度t4

同理q=λ3/λ3（t3-t4）

381.6=0.69/0.24*（157.3-t4）

解得t4=24.6℃

现将本题中各层温度差与热阻的数值列表如下。

温度差，℃

热阻b/λA，℃/W

耐火砖

Δt1=1000-946=54

0.142

保温砖

Δt2=946-157.3=788.7

2.07

建筑砖

Δt3=157.3-24.6=132.7

0.348

由表可见，热阻大的保温层，分配于该层的温度差亦大，即温度差与热阻成正比。

例4-4在一ø

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=0.157W/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（a）每米管长的热损失

此处，r1=0.053/2=0.0265m

r2=0.0265+0.0035=0.03

r3=0.03+0.04=0.07

r4=0.07+0.02=0.09

（b）保温层界面温度t3

解得t3=131.2℃

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（风附录）如下

Cp=1.026×

103J/kg.℃

λ=0.03928W/m.℃

μ=26.0×

10-6N.s/m2

ρ=0.746kg/m3

特性尺寸d=0.060-2×

0.0035=0.053m

l/d=4/0.053=75.5>

50

算式

故可用式（4-21）计算a,本题中空气被加热,k=0.4代入

Nu=0.023Re0.8Pr0.4

=0.023×

（22800）0.8×

（0.68）0.4

=60.4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85℃。

冷却水流速为0.4m/s，试求管壁对水的对流传热系数。

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×

λ=0.608W/m.℃

μ=90.27×

10-3N.s/m2

ρ=997kg/m3

（在2300~10000之间,过渡流区）

a可按式（4-21）计算,水被加热,k=0.4。

校正系数f

例4-11现用一列管式换热器加热原油，原油在管外流动，进口温度为100℃,出口温度为160℃；

某反应物在管内流动，进口温度为250℃，出口温度为180℃。

试分别计算并流与逆流时的平均温度差。

解见附图

并流

℃

逆流 

逆流操作时，因Δt1/Δt2=90/80<

2，故可以用算术平均值，

Δtm=（Δt1+Δt2）/2=（90+80）/2=85℃

由上例可见，当两种流体的进、出口温度皆已确定时，逆流时的平均温度差比并流时大。

计算错流或折流时的平均温度差，通常采用的方法是先按纯逆流的情况求得其对数平均温度差Δtm逆，然后再乘以校正系数εΔt,即

Δtm=εΔt·

Δtm逆（4-40）

校正系数εΔt与冷、热两种流体的温度变化有关，是R和P的函数，即

εΔt=f（R·

P）

式中R=（T1-T2）/（t2-t1）=热流体的温降/冷流体的温升

P=（t2-t1）/（T1-t1）=冷流体的温升/两流体的最初温差

根据冷、热流体进、出口的温度，依上式求出R和P值后，校正系数εΔt值可根据R和P两参数从相应的图中查得（参见附录）。

对于其它流向情况的换热器，其εΔt值详见有关化工手册或传热学等书籍。

由于校正系数εΔt恒小于1，故错流和折流时的平均温度差总小于逆流。

但εΔt值不宜小于0.8，否则一方面经济上不合理，另一方面这种情况下若操作温度略有变动，εΔt值可能急剧降低，将影响操作的稳定性，所以当计算的εΔt<

0.8时，则应改变流动方式后重新进行计算。

例4-13一列管式换热器，由Ø

25*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与冷却水旦逆流流动。

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，分别用内表面积A1，外表面积A2表示。

解查钢的导热系数λ=45W/m·

K

取CO2侧污垢热阻Ra1=0.53*10-3m2·

K/W

取水侧污垢热阻Ra2=0.21*10-3m2·

以内表面计，内表面用下标1表示

以外表面计，外表面用下标2表示

例4-14在一由Ø

25*2.5mm钢管构成的废热锅炉中，管内通入高温气体，进口500℃,出口400℃。

管外为p=981kN/m2压力的水沸腾。

已知高温气体对流传热系数a1=250W/m2·

℃，水沸腾的对流传热系数a2=10000W/m2·

忽略管壁、污垢热阻。

试求管内壁平均温度Tw及管外壁平均tw。

解（a）总传热系数

以管子内表面积A1为基准

（b）平均温度差

在p=981kN/m2，水的饱和温度为179℃

（c）计算单位面积传热量

Q/A1=K1Δtm

=242*271=65580W/m2

（d）管壁温度

T----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

管外壁温度

式中

故

由此题计算结果可知：

由于水沸腾对流传热系数很大，热阻很小，则壁温接近于水的温度，即壁温总是接近对流传热系数较大一侧流体的温度。

又因管壁热阻很小，所以管壁两的温度比较接近。

例4-16某车间有一台运转中的单程列管式换热器，热空气走管程，由120℃降至80℃，其对流传热系数a1=50W/m2·

壳程的水被加热，水进口温度为15℃，出口升至90℃，其对流传热系数a2=2000W/m2·

管壁热阻及污垢热阻皆可不计，换热器系逆流操作。

试计算水量增加增加一倍时，水和空气的出口温度t2’和T2’为若干。

解根据水量增加之前的条件计算传热面积

Q=G1cp1（T1-T2）

=G1cp1（120-80）=40G1cp1

下面计算水量增加一倍时，水与空气的出口温度t2’和T2’。

热量衡算式为

G1’cp1（T1-T2’）=2G2cp2（t2’-t1）

t2’-t1=G1cp1/2G2cp2（T1-T2’）（b）

根据水量增加之前的条件计算

G1cp1/G2cp2=t2-t1/T1-T2=（90-15）/（120-80）=1.88

将此值代入（b）式，得

t2’-t1=（1.88/2）（T1-T2’）=0.94*（T1-T2’）（c）

传热基本方程式

将式（a）、式（c）及K’值代入式（d）中，得

由式（a）与（e）解得

t2’=59.8℃，T2’=72.3℃

1.热量传递的基本方式有＿＿＿＿＿＿,＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿。

2.平均总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1.α2以及间壁导热系数λ的关系简化式为____________________.当间壁管规格为φ108×

4mm,导热系数为45（w.m-3.K-1）时,两侧给热系数分别为8000（w.m-3.K-1）和1000（w.m-3.K-1）时,总传热系数=_________.

3.间壁换热器管壁温度t接近α_________一侧的流体温度；

总传热系数Ｋ的数值接近________________一侧的α值。

4.冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的＿＿＿％（冷热水物性数据视为相同）

5.厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b1>

b2>

b3;

导热系数λ1<

λ2<

λ3在稳定传热过程中，各层的

热阻R1______R2______R3;

各层导热速率Q1____Q2____Q3。

6.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T1＝400℃，出口温度T2为200℃，冷气体进口温度ｔ1＝50℃，两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若不计热损失时，冷气体出口温度为＿＿＿＿℃；

若热损失为5％时，冷气体出口温度为＿＿＿℃。

7.用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为30℃，方案II是令冷却水终温为35℃，则用水量W1＿＿W2，所需传热面积A1＿＿＿A2（大于、小于、等于）。

8.单层间壁热阻的表达式为______________，用SI制表示的单位是________________。

9.如图所示为间壁式换热器中冷流体B与热流体A的稳态传热过程的温度分布曲线，该传热过程是由__________、_________和________三个串联的热传递环节组成，由图分析可知:

α1___α2，控制热阻应在________侧，因此若强化该传热过程，应从________侧着手。

10.对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝116w.m-3.K-1

α2＝11600w.m-3.K-1，要提高传热系数（K），最简单有效的途径是（）。

A.设法增大α1;

B.设法增大α2;

C.同时增大α1和α2。

11.已知圆筒壁（外半径为r3）上两层保温材料的温度分布曲线如图示:

A层的导热系数（）B层的导热系数；

应将（）放在内层保温效果好。

（A,B两层厚度相等）。

A.等于B.大于C.小于D.A层

12.穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小（）。

A.R1>

（R2+R3）B.R1<

（R2+R3）

C.R1=（R2+R3）D.无法比较

13.在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为ｔ1、ｔ2，蛇管外有热流体稳定流过,借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T（T为热流体出口温度），如冷却蛇管长度增力一倍,其它条件不变,问出口水温ｔ2应（）。

A.增大B.减小C.不变D.不一定

14.传热系数是物质传热能力的标志，一般情况下，金属的传热系数较大，非金属的传热系数较小。

（）

15.传导传热,对流传热和辐射传热,三者之间有何不同?

答：

16.导热系数受哪些因素影响?

现有建筑砖（ρ＝1800kg.m-3）和煤灰砖（ρ＝ρ＝700kg.m-3）两种材料，哪种保温性能好?

17.间壁换热器管壁温度tw接近α_________一侧的流体温度；

18.凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。