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1、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12m，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。 4 4 842 E T 5.67 101000 5.67 10 Wm解：对于黑体： 1o1 4432 8 E T 5.67 10500 3.544 10 Wm 2o2 两平行板的角系数可由图6-5查得=0.21 两平板间的辐射换热量： Q AE E AE E12ef1212 43 =2 0.21 5.67 10 3.544 10 4 =2.233 10 W 6-2 两极大平行平面进行辐射传热

2、，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： E EE EQ o1o2o1o212q = 0.279E E 12o1o21111A 1 1 0.30.812q q 当加入遮热板后，在稳定传热时有 1332QE EE E 13o1o3o1o3q = 0.0366E E 13o1o31111A 1 1 0.30.0413QE EE E 32o3o2o3o2q = 0.0396E E 32o3o21111A 1 1 0.80.0432 q q0.366E E 0.0396E E 由可得

3、1332o1o3o1o3第 6-1 页 石油化学工程基础（习题） 第六章 管式加热炉 0.0366E 0.0396Eo1o2 E 0.48E 0.52E o3o1o20.0396 0.0366 q 0.0366E 0.48E 0.52E 0.0190E E 13o1o1o2o1o2qq 0.01901312 0.0682 6.82% 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：各板的本身辐射；各板的有效辐射，投入辐射，反射辐射；两板间单位面积上的辐射换热量。 解

4、：板1的本身辐射： 44 842 E T 0.8 5.67 10 527 273 1.8579 10 Wm 11o1 板2的本身辐射： 44 82 E T 0.8 5.67 10 27 273 367.416 Wm 22o2n E E E 板的有效辐射： 由 efiioiiefjijj 1 E E E E ef11o11ef111ef212 得 E E E E ef22o22ef121ef2224 8 E 0.8 5.67 10 527 273 0.2E ef2ef1 即 4 8 E 0.8 5.67 10 27 273 0.2E ef2ef1 2 E 19430 Wm ef1 解方程组得：

5、2E 4253.4 Wm ef2或另一方法： Q11 8442 12 E E 5.67 10 800 300 =15184 Wm o1o21111A 1 1 0.80.812第 6-2 页 石油化学工程基础（习题） 第六章 管式加热炉 iQ E EA 由 得 ioiefii i Q0.2 842121E E 5.67 10 800 15184 =19428 Wm ef1o1 A0.81 0.2Q 842122E E 5.67 10 300 15184 =4255.27 Wm ef2o2 0.8A2 投入辐射： E E tiijefj 2 E E E E 4253.4 Wmt111ef112ef

6、2ef2 2 E E E E 19430 Wmt221ef122ef2ef1 E E 反射辐射： Riiti 2 E E 0.2 4253.4 850.68 Wm 板1： R11t1 2 E E 0.2 19430 3886 Wm 板2： R22t2 两板间的辐射换热量，即净辐射量： 844E E5.67 10 800 300 2o1 o2q 15184 Wm 121111 1 1 0.80.812 6-4 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 246.52Wm K为，试求由于热电偶与管壁

7、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q q的读数稳定时，上述两个热量达到平衡，即 AB q T TA 热电偶与热空气的对流传热： Ag1g11 44 q CT TA 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 1 A111 其中 式中下标1为热电偶，2为管壁 C 1 12 A 221 A 1 0 C 121A2 44 T TA CT TAg1g1112o121 8 0.8 5.67 10 44 1o T T T T 200 47

8、3 373=230 g114 46.52g1230 200 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108 6mm 2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，350Wm K 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0.058Wm K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 tW Q At t At t 在未加玻璃布时： ii1WToWa 350 0.096150 t 9.4 0.052t 10 0.

9、108t 10 WWW t t 10350 0.096140 t 9.4 0.052t 0.108t 令,则 W 325.616 10t 34.6152t 4704 0 整理方程得： t t 10 143.02t 133.02 解方程得：，则 W Q At t 350 0.096150 143 738.9 Wm 热损失： ii1Wt t 1W Q At t 如果包一层玻璃布时： TWa1b AAiim第 6-4 页 石油化学工程基础（习题） 第六章 管式加热炉 150 t W 9.4 0.052t 10 0.148t 10 WW120 148 108 350 0.096 0.058 148ln

10、 108 t t 10 令，则方程为 140 t 0.40649.4 0.052ttW 222.1133 10t 4.8202t 140 0 整理方程得： t t 10 36.066t 26.066 解方程得：,则 W Q 9.4 0.05236 10 0.14836 10 130 Wm 热损失： 738.9 130 热损失减少量： 100% 82.4% 738.9 20d 0.97 6-6 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。 20H 26 15d 26 15 0.97 11.45解：燃料油的族组成： 4 C 100 H S 100 11.45 1.4 87.

11、15 低发热值：Q 81C 246H 26S O 6W 4.187 =81 87.15+246 11.45+26 1.4 4.187 4 =4.1503 10 kJkgFuel 1 理论空气用量：L 2.67C 8H S O o23.21 8 11.45 1.4 =2.67 87.15 23.2 =14.038 kgAirkgFuel 6-7 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 HS CO H N O CH CH 22222426体积% 4.2 0.64 9.59 11.9 1.4 28.01 11.09 组

12、分 CH CH CH CH CH CH 24383641048510 9.65 9.40 4.39 7.25 0.36 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 HS CO H N O CH CH 22222426体积% 4.2 0.64 9.59 11.9 1.4 28.01 11.09 3体积低发热值kJ/Nm 23384 0 11096 0 0 35711 63584 33理论空气用量Nm/Nm 7.14 0 2.38 0 0 9.52 16.66 组分 CH CH CH CH CH CH 24383641048510体积% 2.12 9.65 9

13、.40 4.39 7.25 0.36 3体积低发热值kJ/Nm 59472 91034 86411 109281 113719 138378 33理论空气用量Nm/Nm 14.28 23.8 22.42 30.94 28.56 35.7 Q qy (23384 4.2 11096 9.59 35711 28.01 ii 63584 11.09 59472 2.12+91034 9.65 86411 9.40 109281 4.39 113719 7.25 138378 0.36)/100 43 =5.0882 10 kJnmFuelV Vy (7.14 4.2 2.38 9.59 9.52 2

14、8.01 16.66 11.09 ooii 14.28 2.12+23.8 9.65 22.42 9.40 30.94 4.39 28.56 7.25 35.7 0.36)/100 0.014/0.2133 =13.24 nmAir/nmFuel 6-8 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%）。 CH 2O CO 2HO解：根据燃烧反应： 42223331nmCH2nmO9.524nmAir 由此可知气完全燃烧时需要，即 423 V V 1.25 9.524 11.9nmAir 实际空气用量： o第 6-6 页 石油化学工程

15、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 CH O N CO HO 42222燃烧前 1 2.5 9.4 0 0 12.9 燃烧后 0 0.5 9.4 1 2 12.9 分析组成% 3.876 72.868 7.752 15.504 100 干基组成% 4.587 86.239 9.174 0 100 120 6mm 6-9 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：管排总的当量冷平面面积；第一排管的总当量冷平面面积；第二排管的总当量冷平面面积；第一排管直接辐射的当量冷平面面积；第二排管

16、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： 2 A n 1S dL 10 1 0.24 0.12 10 22.8m cp1oef 角系数由P224图6-25可查得各种情况下的角系数： 管排总的当量冷平面面积： S 0.979 2 由查图6-25中A线，得角系数 1do2 A A 0.976 22.8 22.253m ef11cp 第一排管的当量冷平面面积： S 0.69 2 由查图6-25中c线，得角系数 2do2 A A 0.69 22.8 15.732m ef22cp 第二排管的当量冷平面面积： S 0.29 2 由查图6-25中E线，得角系数 3do2 A

17、A 0.29 22.8 6.612m ef33cp 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 S 0.65 2 由查图6-25中D线，得角系数 4do2 A A 0.65 22.8 14.82mef44cp 第二排管接受直接辐射的当量冷平面面积： S 0.21 2 由查图6-25中F线，得角系数 5do2 A A 0.21 22.8 4.788mef55cp 6-10 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152 8mm，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

18、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 203 d 0.88321.3kgm102.5Th品的流量为，K=12，燃料气的密度为，其用量4 331070Nmh51.29MJNm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？ Q GeI 1 eI I解：辐射室的热负荷： RVLi3 G 102.5 10kgh 28.47kgs 其中： e=0.3 35 I 1.01 173 4.187 10 7.3159

19、 10 Jkg i63 I 273 3 4.187 10 1.143 10 Jkg V35 I 1.01 232 4.187 10 9.811 10 Jkg L 556 Q 28.47 0.3 1.143 10 1 0.3 9.811 10 7.3159 10R 6 =8.486 10 W 当量冷平面面积： 2A nSL 52 0.304 12 189.70 m 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 Sd 2 0.885 查图6-25中B线由得 o12 1.0 遮蔽管： A nSL 8 0.304 2.748 6.683 m2cp21ef2 A 0

20、.885 189.70 1.0 6.683 174.19 mcp 有效辐射面积与当量冷平面面积之比： 炉膛总面积： 222 A Dh 2 D 5.518 12.68 2 0.785 5.518 267.5m 42 有效反射面面积： A A A 267.5 174.19 93.31m RcpA93.31R 反射面与辐射面面积的比值： 0.536 A174.19cp 烟气黑度： 1.3 已知空气过剩系数，由图6-26（P225）查得 P 0.223atmCO HO 的分压： CO HO2222L 1d 5.518m 由表6-4（P225）查得烟气的平均辐射长度： PL=0.233 5.518=1.

21、231 atm m 由于烟气温度未知，因此需要先假设一个烟气温度。 t 700 0.548 设,查图6-27（P226）得烟气黑度为 gg 总辐射交换因素F： AR 0.548 0.536 由图6-28（P227），根据， g Acp 可查得F=0.603 辐射室热平衡： q qBQqQtgR 0.02 1 根据 其中热损失 QAFQQAF cpcp t 700 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 qtg 0.36 可查得 1.3 Q qqtg 1 1 0.02 0.36 0.62 辐射室的热效率： QQ 辐射段总吸

22、热量： 6Q1070 51.29 10R62 0. AF174.19 0.603 3600 cp 4242 8.9976 10Wm 7.7361 10kCalm h 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370 290 370 则管壁温度可估算为 T 50 380 t2T 380 根据图6-24（P223），取的曲线 tQ 42R 在图上定出A点：， t 7007361 10kCalm h 7. g AFcpt 850 再假设，由上面的方法可求出： g 0.527qQ 0.45 ，F=0.587， gtg 6Q1070 51.29 10 R1 0.02 0.45 AF

23、174.19 0.587 3600 cp 4242 7.9018 10Wm 6.794 10kCalm hQ 42Rt 8506.794 10kCalm h 在图上定出B点：， g AFcpT 380 在图中连接A、B两点与相交，可得交点坐标 tQ 42Rt 8002 10kCalm h 7. ， g AFcp 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， t 800 0.527qQ 0.448gtgg 1 0.02 0.448 0.532 辐射管表面热强度： 6Q8.533 10 42Rq 2.766 10 Wm R A52 0.152 12 8 0.152 2.748Rt 能否完成任务： Q 46R Q AF 7.2 10 174.19 0.582 1.163 8.533 10W Ref AFcp Q Q 辐射室能满足要求 RR第 6-11 页