习题6.docx

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习题6

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉第六章管式加热炉6-1两块相互平行的黑体长方形平板,其尺寸为1×2m，间距1m。

如两平板的表面温度分别为727℃及227℃，试计算两平板间的辐射换热量。

44842ET5.671010005.6710Wm解：

对于黑体：

1o144328ET5.67105003.54410Wm2o2两平行板的角系数φ可由图6-5查得φ=0.21两平板间的辐射换热量：

QAEEAEE12ef121243=20.215.67103.544104=2.23310W6-2两极大平行平面进行辐射传热，已知黑度分别为0.3、0.8，若在两平面间放置一极大的抛光铝遮热板（黑度为0.04），试计算传热量减少的百分数。

解：

在无遮热板时两平行平面间的辐射传热量：

EEEEQo1o2o1o212q=0.279EE12o1o21111A110.30.812qq当加入遮热板后，在稳定传热时有1332QEEEE13o1o3o1o3q=0.0366EE13o1o31111A110.30.0413QEEEE32o3o2o3o2q=0.0396EE32o3o21111A110.80.0432qq0.366EE0.0396EE由可得1332o1o3o1o3第6-1页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉0.0366E0.0396Eo1o2E0.48E0.52Eo3o1o20.03960.0366q0.0366E0.48E0.52E0.0190EE13o1o1o2o1o2qq'0.019013120.06826.82%qq0.2791212即辐射传热量减少了93.18%。

6-3两块平行放置的平板，表面1，2的温度分别为527℃及27℃，板的黑度均为0.8，板间距离远小于板的宽度和高度，试求：

⑴各板的本身辐射；⑵各板的有效辐射，投入辐射，反射辐射；⑶两板间单位面积上的辐射换热量。

解：

⑴板1的本身辐射：

44842ET0.85.67105272731.857910Wm11o1板2的本身辐射：

4482ET0.85.671027273367.416Wm22o2nEEE⑵板的有效辐射：

由efiioiiefjijj1EEEEef11o11ef111ef212得EEEEef22o22ef121ef22248E0.85.67105272730.2Eef2ef1即48E0.85.6710272730.2Eef2ef12E19430Wmef1解方程组得：

2E4253.4Wmef2或另一方法：

Q11844212EE5.6710800300=15184Wmo1o21111A110.80.812第6-2页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉iQEEA由得ioiefiiiQ0.2842121EE5.671080015184=19428Wmef1o1A0.810.2Q842122EE5.671030015184=4255.27Wmef2o20.8A2投入辐射：

EEtiijefj2EEEE4253.4Wmt111ef112ef2ef22EEEE19430Wmt221ef122ef2ef1EE反射辐射：

Riiti2EE0.24253.4850.68Wm板1：

R11t12EE0.2194303886Wm板2：

R22t2⑶两板间的辐射换热量，即净辐射量：

844EE5.67108003002o1o2q15184Wm121111110.80.8126-4用热电偶测量管道中热空气流的温度，热电偶的读数为200℃，管道内壁温度为100℃，热电偶热端的黑度为0.8。

已知由空气至热电偶热端的对流传热膜系数246.52WmK为，试求由于热电偶与管壁之间的辐射传热而引起的测量误差，空气流的真实温度。

并讨论减少误差的途径。

解：

热电偶的热端既与热空气进行对流传热，又与管内壁进行辐射换热，当热电偶qq的读数稳定时，上述两个热量达到平衡，即ABqTTA热电偶与热空气的对流传热：

Ag1g1144qCTTA热电偶与管壁的辐射传热：

B12o121第6-3页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉1A111其中式中下标1为热电偶，2为管壁C112A221A10C121A244TTACTTAg1g1112o12180.85.6710441oTTTT200473373=230℃g11446.52g1230200误差：

100%13.04%230如果在热电偶外加一遮热罩，可以减少测量误差。

6-5平均温度为150℃的油品在的钢管中流动，大气温度为10℃。

设Φ1086mm2油品对管壁的对流传热系数为，管壁热阻和污垢热阻可忽略不计，350WmK试求此时每米管长的热损失。

又若管外包一层厚20mm，导热系数为0.058WmK的玻璃布，热损失将减少多少？

解：

忽略管壁热阻及污垢热阻，则管内、外壁温度相等，设其均为tWQAttAtt在未加玻璃布时：

ii1WToWa3500.096150t9.40.052t100.108t10WWWtt103500.096140t9.40.052t0.108t令,则W325.61610t34.6152t47040整理方程得：

tt10143.02℃t133.02℃解方程得：

，则WQAtt3500.096150143738.9Wm热损失：

ii1Wtt1WQAtt如果包一层玻璃布时：

TWa1bAAiim第6-4页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉150tW9.40.052t100.148t10WW1201481083500.0960.058148ln108tt10令，则方程为140t0.40649.40.052ttW222.113310t4.8202t1400整理方程得：

tt1036.066℃t26.066℃解方程得：

则WQ9.40.05236100.1483610130Wm热损失：

738.9130热损失减少量：

100%82.4%738.920d0.976-6某燃料油比重，含硫1.4%（质量），试求其低发热值和理论空气用4量。

20H2615d26150.9711.45解：

燃料油的族组成：

4C100HS10011.451.487.15低发热值：

Q81C246H26SO6W4.187=8187.15+24611.45+261.44.1874=4.150310kJkgFuel1理论空气用量：

L2.67C8HSOo23.21811.451.4=2.6787.1523.2=14.038kgAirkgFuel6-7已知燃料气的组成如下，试求其低发热值及理论空气用量。

第6-5页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉组分HSCOHNOCHCH22222426体积%4.20.649.5911.91.428.0111.09组分CHCHCHCHCHCH243836410485109.659.404.397.250.36体积%2.12解：

由表6-3（P217）可查得各种气体的体积低发热值：

组分HSCOHNOCHCH22222426体积%4.20.649.5911.91.428.0111.093体积低发热值kJ/Nm2338401109600357116358433理论空气用量Nm/Nm7.1402.38009.5216.66组分CHCHCHCHCHCH24383641048510体积%2.129.659.404.397.250.363体积低发热值kJ/Nm59472910348641110928111371913837833理论空气用量Nm/Nm14.2823.822.4230.9428.5635.7Qqy（233844.2110969.593571128.01ii6358411.09594722.12+910349.65864119.401092814.391137197.251383780.36）/10043=5.088210kJnmFuelVVy（7.144.22.389.599.5228.0116.6611.09ooii14.282.12+23.89.6522.429.4030.944.3928.567.2535.70.36）/1000.014/0.2133=13.24nmAir/nmFuel6-8如将天然气甲烷作为加热炉的燃料，试求当过剩空气为1.25时，甲烷完全燃烧后烟气的分析组成及干基组成（体积%）。

CH2OCO2HO解：

根据燃烧反应：

42223331nmCH2nmO9.524nmAir由此可知气完全燃烧时需要，即423VV1.259.52411.9nmAir实际空气用量：

o第6-6页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉O、CO、HO、N如果认为烟气中只有，则有2222组分CHONCOHO∑42222燃烧前12.59.40012.9燃烧后00.59.41212.9分析组成%3.87672.8687.75215.504100干基组成%4.58786.2399.1740100Φ1206mm6-9由20根，长10m的管子排成双排管，管心距S为管外径的2倍，1管排一面受辐射，一面受反射。

试求：

⑴管排总的当量冷平面面积；⑵第一排管的总当量冷平面面积；⑶第二排管的总当量冷平面面积；⑷第一排管直接辐射的当量冷平面面积；⑸第二排管直接辐射的当量冷平面面积。

解：

20根管呈双排错列，则管排的冷平面面积：

2An1SdL1010.240.121022.8mcp1oef角系数由P224图6-25可查得各种情况下的角系数：

⑴管排总的当量冷平面面积：

S0.9792由查图6-25中A线，得角系数1do2AA0.97622.822.253mef11cp⑵第一排管的当量冷平面面积：

S0.692由查图6-25中c线，得角系数2do2AA0.6922.815.732mef22cp⑶第二排管的当量冷平面面积：

S0.292由查图6-25中E线，得角系数3do2AA0.2922.86.612mef33cp⑷第一排管接受直接辐射的当量冷平面面积：

第6-7页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉S0.652由查图6-25中D线，得角系数4do2AA0.6522.814.82mef44cp⑸第二排管接受直接辐射的当量冷平面面积：

S0.212由查图6-25中F线，得角系数5do2AA0.2122.84.788mef55cp6-10已知某圆筒炉辐射室的尺寸如下：

炉膛直径5518mm，高12.68m；辐射管Φ1528mm，管心距为304mm，有效长度为12m，共计52根，两路并联，单排排列。

对流室最下一排管径及管心距与辐射管相同，计8根，管长2748mm，如油品出对流室的温度为290℃，要求出辐射室的温度为370℃，气化率为0.3（质量）。

油203d0.88321.3kgm102.5Th品的流量为，，K=12，燃料气的密度为，其用量4331070Nmh51.29MJNm为，燃料的低发热值为，试求当过剩空气系数为1.3时，辐射室出口的烟气温度及辐射管表面热强度及辐射室的热效率。

并讨论辐射室能否完成加热任务？

QGeI1eII解：

⑴辐射室的热负荷：

RVLi3G102.510kgh28.47kgs其中：

e=0.335I1.011734.187107.315910Jkgi63I27334.187101.14310JkgV35I1.012324.187109.81110JkgL556Q28.470.31.1431010.39.811107.315910R6=8.48610W⑵当量冷平面面积：

2AnSL520.30412189.70m辐射管：

cp11ef第6-8页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉Sd20.885查图6-25中B线由得o121.0遮蔽管：

AnSL80.3042.7486.683m2cp21ef2A0.885189.701.06.683174.19mcp⑶有效辐射面积与当量冷平面面积之比：

炉膛总面积：

222ADh2D5.51812.6820.7855.518267.5m42有效反射面面积：

AAA267.5174.1993.31mRcpA93.31R反射面与辐射面面积的比值：

0.536A174.19cp⑷烟气黑度：

1.3已知空气过剩系数，由图6-26（P225）查得P0.223atmCOHO的分压：

COHO2222L1d5.518m由表6-4（P225）查得烟气的平均辐射长度：

PL=0.2335.518=1.231atmm由于烟气温度未知，因此需要先假设一个烟气温度。

t700℃0.548设,查图6-27（P226）得烟气黑度为gg⑸总辐射交换因素F：

AR0.5480.536由图6-28（P227），根据，gAcp可查得F=0.603⑹辐射室热平衡：

qqBQqQtgR0.021根据其中热损失QAFQQAFcpcpt700℃烟气带走的热量损失：

由图6-23（P219）中，g第6-9页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉qtg0.36可查得1.3Qqqtg110.020.360.62辐射室的热效率：

QQ辐射段总吸热量：

6Q107051.2910R620.AF174.190.6033600cp42428.997610Wm7.736110kCalmh⑺辐射室烟气出口温度：

已知原料辐射室温度为290℃，出辐射室温度为370℃290370则管壁温度可估算为T50380℃t2T380℃根据图6-24（P223），取的曲线tQ42R在图上定出A点：

，t700℃736110kCalmh7.gAFcpt850℃再假设，由上面的方法可求出：

g0.527qQ0.45，F=0.587，gtg6Q107051.2910R10.020.45AF174.190.5873600cp42427.901810Wm6.79410kCalmhQ42Rt℃8506.79410kCalmh在图上定出B点：

，gAFcpT380℃在图中连接A、B两点与相交，可得交点坐标tQ42Rt800℃210kCalmh7.，gAFcp⑻辐射室的热效率：

第6-10页

石油化学工程基础（习题）第六章管式加热炉由可计算得，F=0.587，t800℃0.527qQ0.448gtgg10.020.4480.532⑼辐射管表面热强度：

6Q8.5331042Rq2.76610WmRA520.1521280.1522.748Rt⑽能否完成任务：

Q'46RQ'AF7.210174.190.5821.1638.53310WRefAFcpQQ'辐射室能满足要求RR第6-11页