第5章传热Word版.docx

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第5章传热Word版

第五章传热

1.一立式加热炉炉墙由厚150mm的耐火材料构成，其导热系数为λ1＝1.3W/（m·K），其内外表面温度为ll00℃及240℃，试求通过炉墙损失的热量（W/m2）；若外加一层25mm，λ2＝0.3W/（m·K）的绝热材料，并假定炉内壁温度仍为1100℃，而热损失降至原来的57％，求绝热层外壁温度及两层交界面处的温度。

解：

解得：

=255.8℃

解得：

=609.8℃

2某加热炉炉墙由耐火砖、绝热层与普通砖组成，耐火砖里侧温度为900℃，普通砖外侧温度为50℃，各层厚度分别为：

耐火砖140mm，绝热层（石棉灰）20mm，普通砖280mm；各层导热系数：

λ1＝0.93W/（m·K），λ2＝0.064W/（m·K），λ3=0.7W/（m·K）。

（1）试求每m2炉墙的热损失；

（2）若普通砖的最高耐热温度为600℃，本题条件下，是否适宜?

解：

（1）

（2）

解得：

=444℃适宜

3.用平板法测定某固体的导热系数，试件做成圆形薄板，直径d＝120mm，厚度为δmm，与加热器的热表面及冷却器的冷表面直接接触。

所传递的热量（一维导热），用加热器的电能消耗计算之。

过程稳定时，测得加热器电流为0.96A，电压为60.5V，热电偶测得热表面温度t1＝180℃，冷表面t2＝30℃；由于安装不良，试件与冷热表面之间各有一层0.1mm的缝隙（内有空气），试求：

（1）忽略表面间的辐射传热时，因空气缝隙引起的测试导热系数的相对误差。

空气在180℃及30℃时的导热系数分别为3.78W/（m·K）及2.67W/（m·K）。

（2）如果计入辐射传热，上题的误差将有何变化，请作定性分析。

解：

忽略空气缝隙的影响：

解得：

不忽略空气缝隙的影响：

解得：

相对误差：

（2）如果计入辐射传热，导热速率Q应减小，得出的导热系数应减小，所以上题的误差将减小。

4.当管子外径与内径之比d2/d1＜2时，试证明：

通过管壁的导热速率按下式计算的相对误差不超过4％。

5.管子的内外直径分别为；d1＝107mm，d2＝127mm，导热系数λ=16W/（m·K），管内外壁温度各为350℃及300℃，试求在单位时间内，每米管长及每平方米外表面的导热量。

解：

6.汽管外直径d1=100mm，其表面温度t1＝180℃，覆盖有一50mm厚的矿渣棉绝热

层，绝热层外表面温度t2＝30℃，其导热系数由下式决定：

λ=0.064（1+2.25×10-3t）W/（m·K），试求每米管长的热损失（W/m）。

7.管径为Ф38×2.5mm的油管，管壁导热系数为45W/（m·K），内壁温度为120℃；为减少热损失，在管外包上两层绝热层，第一层是50mm厚的蛭石，导热系数为0.06W/（m·K），第二层是10mm厚的石棉泥，导热系数为0.13W/（m·K）。

（1）试求每米管长的热损失及两绝热层交界面的温度；

（2）若把内、外两绝热层位置交换一下，热损失将如何变化?

8.某汽油冷却器采用Ф25×2.5mm管子，冷却水在管内以lm/s的流速通过，进出口温度分别为25℃及45℃，管长3m，试求管壁对冷却水的给热系数。

解：

在定性温度

下水的物理性质为

，

，

，

湍流

9.某煤油冷却器有Ф19×2mm钢管60根，长3m，管内冷却水流速为0.6m/s，平均水温为30℃，管壁温度为55℃。

试求：

（1）水在管内的对流给热系数：

（2）给热速率

解：

（1）在定性温度

下水的物理性质为

，

，

，

湍流

（2）根据牛顿冷却定律：

10.上题中，若改用管径为Ф38×3mm钢管而保持流速及冷却水总流量不变（管子根数可变），求给热系数及给热速率。

解：

（1）在定性温度

下水的物理性质为

湍流

（2）根据牛顿冷却定律

Ф38×3mm管子根数：

11.若将题8中冷却器中心管内流速提高至1m/s，管径及水温不变，求给热系数增加的倍数。

12.重油以0.2m/s的速度，在内径为50mm的管内流过，进口温度为20℃，出口温度为85℃，管壁的平均温度tW＝100℃，试求管壁对重油的给热系数。

已知重油的物理参数如下：

13.试计算套管换热器中原油的给热系数。

套管的尺寸为Ф85×5-Ф60×5mm，原油的流量为12600kg/h，进出口温度分别为125℃及175℃；原油的物理性质可由以下参数再查阅图表集或附录求得；

＝O.9084，

＝39.9×10-6m2/s；

＝18.2×10-6m2/s,特性因数K＝11.8。

试求原油走内管或走环隙时的给热系数。

14.常压空气横过外径为50mm管子所组成的管束，空气由15℃预热至39℃，其在最窄截面处的流速为6m/s，计算管束为顺排与叉排时的平均给热系数。

15.试求从一外径为60mm、壁温为120℃的蒸气横管到重油（20℃）的自然对流给热

系数。

蒸汽管置于油罐下方被重油所浸没，重油的物理性质同题12。

16.试求水浸式冷却器管外至水的自然对流给热系数。

已知水的平均温度为30℃，管外壁温为70℃，管外径为89mm。

17.两根横管具有相同的表面温度，都被空气的自然对流所冷却，第一根管直径5倍于第二根管，如果两根管的（Gr·Pr）值均在109─1012范围内；试求两管给热系数之比

及每米管长的热损失之比

。

18.正己烷在压力0.4MPa（表）及温度13l℃下，在某再沸器管外作饱和沸腾，已知加热管外壁平均温度147℃，己烷的临界压力Pc=0.295MPa，试求沸腾给热系数。

19.丙烷饱和蒸汽在水平管束外冷凝，已知管子总数86根，管外径25mm，正三角形错列。

丙烷冷凝温度59℃，冷凝潜热330kJ/kg；管壁温度为50℃；丙烷凝液在55℃下的物性：

μ＝O.08MPa·s，λ＝0.085W/（m·K），ρ＝440kg/m3，试求管外平均冷凝给热系数，并与单根管进行比较。

20.某化工厂拟用水在逆流套管冷却器中冷却苯液，测得苯的流量为20t/h，进出口温度为80℃与50℃，冷却水由25℃升至45℃，传热面积为20m2，试估计此冷却器的传热系数。

解：

苯的定性温度

℃

查得苯在65℃下的比热为：

0.45

℃

（W/（m2·K））

21.某芳烃车间需将环丁砜水溶液由l00℃加热至115℃，拟用0.362MPa（绝）的饱和水蒸气作为加热剂，已知环丁砜溶液的流量为216t/h，比热为2.93kJ/（kg·），若加热器的总传热系数为680W/（m2·K），试求水蒸气的消耗量及所需要的传热面积。

解：

查得0.362MPa（绝）的饱和水蒸气的温度和冷凝潜热分别为139.9℃和2149kJ/kg。

水蒸气的消耗量

℃

22.在一换热器中用饱和水蒸气加热有机溶剂，换热管规格为Ф25×2.5mm钢管，溶剂在答内流动，流速为u（m/s），在换热器洁净无垢时测得：

，操作半年后，管内侧生垢时又测得：

，若假定两种情况下蒸汽冷凝的给热系数相等，且蒸汽侧不生垢，试计算：

（1）当管内溶剂流速为2m/s时，管内给热系数

；

（2）水蒸气冷凝给热系数

；

（3）操作半年后的污垢系数

解：

（1）根据总传热系数的计算公式

与

相比较，可得：

解得：

（2）根据总传热系数的计算公式

与

相比较，可得

解得：

（3）半年后总传热系数的计算公式为

与

相比较，可得

因

所以

=0.0002216（

）

23.某煤油冷却器由60根Ф25×2.5mm的管子组成，水走管内，煤油在管间与水呈逆流流动。

若煤油的流量为4500kg/h，进、出口温度分别为78℃及30℃，水的进口温度为20℃，出口温度不得超过48℃。

水侧及油侧的给热系数分别为1.7及0.85kW/（m2·℃），试求在不计污垢热阻时，该冷却器所需的管子长度（煤油在平均温度下的比热容可取1.9kJ/（kg·℃），钢管的导热系数为45W/（m·K）。

解：

代入数据

解得：

=506.7W/（m2·℃）

℃

L=2.62m

24.一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热至80℃，空气在管内呈湍流流动。

压力为0.17MPa（绝）的饱和水蒸气在管外冷凝。

现因生产需要将空气流量提高20％，但空气的进出口温度不变，试问应将饱和水蒸气的温度及压力增加至多少，方可完成任务（假定管壁及污垢热阻均可忽略）?

解：

查得0.17MPa（绝）的饱和水蒸气的饱和温度为114.8℃

℃

因饱和水蒸气在管外冷凝的对流传热系数（相变过程）远大于管内空气的对流传热系数，因此总传热系数近似等于管内空气的对流传热系数，即

将空气流量提高20％时，

若空气的进出口温度不变，总传热量

即

=62.33℃

解得：

=117℃

查得117℃饱和水蒸气的压力为0.18MPa。

25.在一并流操作的套管换热器中，用水冷却柴油，水的进出口温度分别为15℃及40℃，柴油从100℃冷却至60℃，现因生产需要将柴油出口温度进一步降低，在不增加传热面积的前提下改为逆流操作，试求柴油可能达到的最低出口温度（假定柴油、水的进口温度及物理性质均不改变）。

解：

R=

对逆流传热：

即：

解得：

=56.3℃

26.90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却至50℃，换热器的传热面积为6m2，总传热系数为230W/（m2.℃），若正丁醇的流量为1930kg/h，比热容为2.95kJ/（kg.℃）（70℃时的数据），冷却介质为18℃水，试求：

（1）冷却水的出口温度；

（2）冷却水的消耗量，m3/h。

解：

（1）

℃

设冷却水的出口温度为

解得：

=26.8

（2）

℃，查得水的比热为4.181kJ/（kg.℃）

解得：

=1.719

=6190kg/h

27.在逆流换热器中，冷油与热油进行热交换，油的比热均为1.68kJ/（kg.℃），热油的流量为3000kg/h,并从l00冷却至25℃；冷油则从20℃加热至40℃。

已知总传热系数K0随热油的温度T变化如下:

热油温度，T（℃）1008060403025

传热系数，Ko[W/（m2·℃）355350340310230160

试求换热器的传热面积。

解：

画图积分,参见例题P279例题（略）

28.外径为15mm的管子需要保温，如果采用某石棉绝热物是否合适？

已知该石棉物料的导热系数为0.12W/（m·K），从绝热层的外表面至周围介质的对流、辐射综合给热系数约为12W/（m2·℃）。

解：

>15mm

采用某石棉绝热物不合适。

29.某减压馏分油在Ф108×4mm的钢管中流动，平均温度为150℃，其对管内壁的给热系数为350W/（m2·℃），周围大气温度为10℃，若管壁及污垢热阻忽略不计，试求每m管长裸管的热损失。

又若管外包一层厚20mm，导热系数为0.058W/（m·℃）的玻璃布,热损失将减少至多少?

解：

（1）

综合传热

（2）

且有

（3）

假设

=143.3℃,代入（3）,得

W/（m2·℃）

由

（1）,得

由由

（2）,得

所以假设正确：

（2）

（1）

综合传热

（2）

且有

（3）

（m），

=0.148（m）

假设

=36℃,代入（3）,得

W/（m2·℃）

由

（1）,得

由

（2）,得：

所以假设正确：

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）