1、第五章 传热第 页1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 11.3W/(mK)，其内外表面温度为 ll00及 240，试求通过炉墙损失的热量(W/m 2)；若外加一层 25mm， 20.3W/(mK)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： 2123.7453.0mWbtAQq24.857.0 4.83.05.1213tbtAQq解 得 ： =255.83t 4.283.15012tbAQq解 得 ： =609.82t2 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
2、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： 10.93W/(mK)， 20.064W/(mK)， 3=0.7W/(mK)。(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?第五章 传热第 页2解： （1） 23214 9.847.0264.9.015mWbtq （2） 234.87.05mtbtq解得： =444 适宜t3.用平板法测定某固体的导热系数，试件做成圆形薄板，直径 d120mm，厚度为 mm，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
3、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 t1180，冷表面 t230；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/(mK)及 2.67 W/(mK)。(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： )(08.596.0WUIQ132422mdA忽略空气缝隙的影响： 08.513.8AtTQ解 得 ： )/(236.4KW不忽略空气缝隙的影响：第五
4、章 传热第 页308.513.67.21078.31033214 AbtQ解 得 ： )/(.37KmW相对误差： %4.9108.64(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/d12 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；d 1107mm，d 2127mm，导热系数 =16W/(mK)，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 ： )/(1093.27ln162035ln14mWdtLQ)/(035.127.092
5、44A6.汽管外直径 d1=100mm，其表面温度 t1180，覆盖有一 50mm 厚的矿渣棉第五章 传热第 页4绝热层，绝热层外表面温度 t230，其导热系数由下式决定：= 0.064(1+2.2510-3t)W/(mK)，试求每米管长的热损失(W/m)。 7.管径为 382.5mm 的油管，管壁导热系数为 45W/(mK)，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/(mK)，第二层是 10mm 厚的石棉泥，导热系数为0.13W/(mK)。(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，
6、热损失将如何变化?8.某汽油冷却器采用 252.5mm 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 ，35421mt 394mkg， ，KkgJ 4.7=Cp S7mPa 0.=KW 0.62= 湍 流431.212.094Re du85.6.07.4Pr 3pKmWd 24.08.0434.08.479 517.2.PrRe309.某煤油冷却器有 19 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
7、在管内的对流给热系数：第五章 传热第 页5(2)给热速率解 ： (1)在 定 性 温 度 下 水 的 物 理 性 质 为 ，30mt 37.95mkg， ，KkgJ 4.17=Cp S.81Pa=KW 0.618= 湍 流4332.0.79565Re du1.618.74.Pr 3pKmWd 24.08.0434.08.7.3 152.05.PrRe0(2)根据牛顿冷却定律： WtAQi 51084.6)35(601.7.)( 10.上题中，若改用管径为 383mm 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
8、 质 为30mt 37.95mkgKkgJ 4.17=Cp S.81Pa=K 0618=湍 流4339.20.7562Re du1.618.74.Pr 3pKmWd 24.08.0434.08.74 159.20.PrRe3.0第五章 传热第 页6(2)根据牛顿冷却定律383mm 管子根数： 1302.6542udnWtAQWi 5072.)(3.7)( 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 tW100，试求管壁对重油
9、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 85 5-60 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， 39.910 -6m2/s； 18.210 -6m2/s,特性因数204d8010K11.8。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(2
10、0)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。第五章 传热第 页716.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(GrPr)值均在 10910 12范围内；试求两管给热系数之比 及每米管长的热损失之比 。21/21/q18.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
11、.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：O.08MPas，0.085W/(mK)，440kg/m 3，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 65208mT查得苯在 65下的比热为：0.45 KkgJ 84.1)kg0.4cal/(=Cp (358.136)
12、(211 WCQp 7.295048ln)(ln21ttm（W/(m 2K)）3.2.9343mtAK21.某芳烃车间需将环丁砜水溶液由 l00加热至 115，拟用 0.362MPa(绝)第五章 传热第 页8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/(m2K)，试求水蒸气的消耗量及所需要的传热面积。解： )(637)105(93.2601)(122 kWtCmQp 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2149 kJ/kg。水蒸气的消耗量 )/(23.14967skgQ8
13、.3115.30ln.).(ln21 ttm29.8.6037mtKQAm22.在一换热器中用饱和水蒸气加热有机溶剂，换热管规格为 252.5mm 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：8.0/27.018.uKO，若假定两种情况下蒸汽冷凝的给热系数相等，8.0/.46.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 ；i(2)水蒸气冷凝给热系数 ；o(3)操作半年后的污垢系数 siR解：(1)根据总传热系数的计算公式第五章 传热第 页9与 相比较，可得：omioodbK11 8.0/27.018.uK
14、O15././27.058.08.0uiio解得： )/(86Wi (2) 根据总传热系数的计算公式 与omioodbK11相比较，可得8.0/27.018.uKO0187.5.4.oomdb解得： )/(79832KW(3) 半年后总传热系数的计算公式为 与omiosioodbRd11相比较，可得8.0/27.046.1uKO46.1omiosdbR因 0187.5.240.oo所以 2.6.0siisRd=0.0002216（ ）si WKm/2第五章 传热第 页1023.某煤油冷却器由 60 根 252.5mm 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
15、/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/(mK)。解： )(14)3078(9.136045)(211 kWTCmQp 代入数据omioodbK33 1085.2450.17. o解得： =506.7 W/(m2)2.1803478ln)()(ln21 ttm 2.1875605.603mo tKQLLdAL=2.62m24.一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 114.81.608.142ln).()0.(ln21 ttm
