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传热

发布时间：2020-04-12 20:52:48 来源：文档文库

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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2.67 W/(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％。

其中：，，

证：，，

，

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)。

解：

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：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2149 kJ/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)。