PDF《第七章 传热》

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第七章 传热7-1 某燃烧炉的炉壁由耐火砖、保温砖和建筑砖组成,相邻各层材料间接触紧密,各层材料的厚度和 导热系数分别为:

150 1 = b mm,

05 .

1 1 = k W/(m・℃) ,

290 2 = b mm,

15 .

0 2 = k W/(m・℃) ,

228 3 = b mm,

81 .

0 3 = k W/(m・℃) .已测得耐火砖与保温砖接触界面上的温度

820 2 = t ℃,保温砖与 建筑砖接触界面上的温度为

260 3 = t ℃,试求: ⑴ 通过炉壁单位面积上传热速率;

⑵ 耐火砖内侧和建筑砖外侧的温度;

⑶ 各层材料以单位面积计的热阻、各层的传热温差,并分析传热温差与热阻的关系. 7-2 厚度为 240mm 的砖墙,内壁温度为 200℃,外壁温度为 20℃,砖墙的导热系数与温度的关系可以 表示为 )

10 5 .

2 1 (

2 .

0 3 t k ? * + = W/(m・℃) ,试求: ⑴ 穿过砖墙的热流密度;

⑵ 砖墙中心平面的温度. 7-3 测定一平板状材料的导热系数,该平板材料的一侧用电加热器加热,另一侧用水冷却,穿过平板 的热流量由加至电热器的电压和电流算出, 平板两侧的表面温度用热电偶测定, 平板的导热面积为 0.02m2 , 厚度为 0.01m,测得的数据如下表所示,试求: ⑴ 平板材料的平均导热系数;

⑵ 设该材料的导热系数为 )

1 (

0 at k k + = ,t 为温度,℃,试求 a 和0k之值. 电热器 材料表面温度,℃ 电压,伏 电流,安 高温侧 低温侧

140 2.8

300 100

114 2.28

200 50 7-4 φ119*6mm 钢质蒸汽管,外面包裹一层厚度为 50mm、导热系数为 0.05 W/(m・℃)的绝热材 料A,在该保温层外面再包裹一层厚度 25mm、导热系数为 0.06 W/(m・℃)的绝热材料 B,设材料 A 的 内侧温度和材料 B 的外侧温度分别为 170℃和40℃,试求每米管长的热损失及 A、B 界面的温度. 7-5 有一球罐,热量通过球罐壳壁向环境大气进行热传导,已知球罐内、外表面的半径分别为 r

1、r2, 球罐内、外表面的温度分别为 t

1、t2,罐壁材料的导热系数为 k,试推导热量通过球罐壳壁的导热速率式. 7-6 将一直径 3mm、长1m 的不锈钢棒状电加热器浸入 100℃的沸水中,加热器通电进行加热,测得 加热器的电阻为 0.1Ω,通入的电流为 100A,加热器材料的导热系数为

19 W/(m・℃) ,加热器表面与沸 水间的对流给热系数为

10000 W/(m2 ・℃) ,试求加热器的中心温度及沿加热器横截面的温度分布. 提示;

设单位体积的加热器产生的热量为 q′ ,考虑热量仅沿棒状加热器的径向进行传递,取任意半 径为 r 的单元圆柱体,其中产生的热量必然以导热的方式沿径向向外传递,即: 对上式积分即可得解. 7-7 有一列管换热器, 换热管为φ25*2.5mm 的钢管, 依靠管外蒸汽冷凝放出的热量加热管内的原油, 管外蒸汽冷凝的给热系数为

10000 W/(m2 ・℃) ,管内原油的对流给热系数为

1000 W/(m2 ・℃) ,原油侧 的污垢热阻为 1.5*10-3 m2 ・℃/W,管外污垢热阻可以忽略不计,试求总传热系数及各部分热阻的分配. 对流传热 7-8 在一逆流操作的套管换热器中用水将流量为 4000kg/h 的甲醇溶液从 60℃冷却至 20℃,套管换热 器长 25m,外管内径为 80mm,内管外径为 57mm,内管壁厚度 3.5mm,冷却水流经套管环隙,水温从

20 ℃升至 30℃,已知甲醇密度为 770kg/m3 ,试求甲醇和水对管壁的对流给热系数. 7-9 流量为 3000kg/h、初温为 15℃的燃料油,在φ51*3.5mm 的水平钢管中流过而被加热至 85℃, 测得换热管内壁温度为 110℃,试计算管壁与燃料油间的对流给热系数.已知定性温度下燃料油的物性数 q l r r t rl k ′ = ?

2 d d )

2 ( π π 官方网站:圣才学习网 www.100xuexi.com 免费咨询热线:4006-123-191 圣才考研网:www.100exam.com 因为专注 所以专业 辅导效果 无人超越

2 据为:密度ρ=900kg/m3 ;

比热 Cp=1.88kJ/(kg・℃) ;

导热系数 k=0.181W/(m・℃);

粘度μ=0.18N・s/m2 ;

体积膨胀系数β=0.0003 1/℃. 7-10 铜氨溶液在一蛇管冷却器的管内流动时,温度从 40℃降至 10℃,蛇管由φ45*3.5mm 的钢管制 成, 蛇管的平均曲率半径为 0.6m, 已知铜氨溶液的流量为 3.6m3 /h, 粘度为 2.2*10-3 Pas, 密度为 1200kg/m3 , 其余的物性参数可按水的 0.9 倍来取,试求铜氨溶液对管壁的对流给热系数. 7-11 某化工厂用海水冷却精馏塔引出的柴油馏份,冷却器为φ114*4.5mm 的钢管制成的排管,水平 浸没在一个很大的海水槽中,海水由槽下部通入,上部溢出,海水通过槽时的流速很小,设海水的平均温 度为 30℃,钢管外壁温度为 56℃,试求海水对管壁的对流给热系数. 7-12 绝压为 0.3MPa 的饱和水蒸气在长 2m、外径 0.1m 的单根直立园管的外表面上冷凝,管外壁的平 均温度为 92℃,试求蒸汽冷凝的给热系数和每小时蒸汽的冷凝量.若将管子水平放置,再求蒸汽冷凝的给 热系数和每小时蒸汽的冷凝量. 7-13 水平列管式换热器由

37 根φ25*2mm 的钢管组成,管间通入 0.3MPa 的饱和水蒸气作为热源加 热原油,管外壁温度为 100℃,试求蒸汽在管间冷凝的给热系数. 7-14 在1atm 的绝压下,水在温度为 tw=113.9℃的机械磨光的不锈钢容器内沸腾,试求沸腾给热系数. 7-15 液氨在一蛇管换热器管外沸腾汽化,已知其操作压力为 258kN/m2 (绝压),沸腾温度为-13℃,热 量通量 q=4170W/m2 ,试计算其对流给热系数.已知液氨表面张力σ=27*10-2 N/m,密度ρL=656kg/m3 ,氨 蒸汽密度ρV=2.1kg/m3 . 辐射传热 7-16 两平行大平板, 在空气中相距 5mm, 一平板的黑度为 0.1, 温度为 350K, 另一平板的黑度为 0.05, 温度为 300K,若将第一板加涂层,使其黑度为 0.025,试计算由此引起的辐射传热量变化的百分率. 7-17 在一钢管中心装有热电偶,以测定管内空气的温度,设热电偶的温度读数为 300℃,热电偶的黑 度为 0.8,空气与热电偶之间的对流给热系数为

25 W/m2 ・℃,钢管内壁温度为 250℃,试求由于热电偶与 管壁之间的辐射传热而引起的测温误差.并讨论减小测量误差的措施.提示:热电偶辐射到管壁的热量 等于热电偶以自然对流方式自空气得到的热量. 7-18 外径为 50mm 的钢管,其外包扎有一层厚度为 40mm、导热系数为 0.13 W/(m・℃)的绝缘材料, 钢管外表面的平均温度为 800℃,现拟在绝热材料外再包扎一层导热系数为 0.09 W/(m・℃)的氧化镁绝热 层,使该层的外表面温度为 85℃,设钢管的外表面温度仍为 800℃,外界环境的温度为 20℃,试求氧化镁 绝热层的厚度.假设各层间接触良好. 传热计算 7-19 在一夹套式容器中加热熔融某固体有机物,夹套内通入绝压为 0.2MPa 的饱和水蒸气,冷凝水于 饱和温度下排出,每次投入容器的固体有机物为 600kg,进料温度为 25℃,熔融后继续加热至在 100℃, 已知: 该有机固体的熔点为 70℃, 固体比热为 2.0kJ/(kg・ ℃), 液体比热为 3.2 kJ/(kg・ ℃), 相变潜热为 120.8 kJ/kg.若不计热损失,试求加热每批投料所消耗的蒸汽量. 7-20 工厂因生产需要,用表压 0.2MPa 的饱和水蒸气通过间壁式换热器将流量为 2000kg/h 的水从

20 ℃加热至 98℃,若忽略热损失,试求蒸汽消耗量.若将蒸汽直接通入水中进行加热,再求完成上述加热任 务所需的蒸气用量,并对计算结果加以分析. 7-21 在一套管式换热器中,利用某油品冷却放出的热量加热原油,油品从 240℃冷却至 160℃,将原 油从 100℃加热至 140℃,试求套管换热器在并流操作和逆流操作时的对数平均温差 tm. 7-22 用90℃的热水将流量为 10000kg/h 的原油从 20℃预热至 70℃,原油的比热为 2.0kJ/(kg・℃),试 分别计算换热器在逆流操作或并流操作两种情况下加热剂的最小用量. 7-23 在一单壳程、四管程列管式换热器中,用水冷却异丙苯溶液,冷却水流经管内,温度从 20℃升至40℃,异丙苯溶液有 80℃冷却至 50℃,试求该换热器的平均传热温度差. 7-24 工厂拟用一列管式换热器将流量为 5m3 /h 的某溶液从 60℃加热至 120℃,热源为表压 0.5MPa 的 饱和水蒸气,已知该溶液的密度为 1080kg/m3 ,平均比热为 2.5 kJ/(kg・℃),设换热器的总传热系数为

1500 W/(m2 ・℃),试求所需的传热面积. 官方网站:圣才学习网 www.100xuexi.com 免费咨询热线:4006-123-191 圣才考研网:www.100exam.com 因为专注 所以专业 辅导效果 无人超越

3 7-25 在列管换热器中用初温 20℃的冷却水将某溶液从 100℃冷却至 40℃,溶液流量为 2500kg/h,溶 液比热为 3.0kJ/(kg・℃),已测得水出口温度为 30℃,试分别计算并流与逆流操作时的对数平均温差.若已 知总传热系数 K =1000W/(m2 ・℃),求并流操作和逆流操作所需的传热面积. 7-26 在一逆流操作的列管式换热器中用水将油品冷却,换热器管束由φ25*2mm 的钢管组成,油品 的比热为 2.5 kJ/(kg・℃),油走管间,流量为 5000kg/h, 温度从 100℃冷却至 65℃,水走管内,温度从

20 ℃升至 45℃,油和水的对流给热系数分别为

500 W/(m2 ・℃)和2000 W/(m2 ・℃). ⑴ 如果忽略污垢热组,求总传热系数 K 和所需的传热面积 A;

⑵ 该换热器在使用一年后,有油垢和水垢生成,设油垢和水垢的热阻分别为 0.0002 m2 ・℃/W 和0.00025 m2 ・℃/W,再求总传热系数 K 和所需的传热面积 A. ⑶ 若要提高 K 值,应采取什么措施? 7-27 有一列管式空气加热器, 120℃饱和水蒸汽在管间冷凝, 将管内作湍流流动的空气从 20℃加热到 80℃,现由于生产需要,将空气出口温度降至 76℃,拟通过调节空气流量来实现,忽略管壁和污垢热阻, 空气的物性常数可视为不变,且α蒸汽>

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α空气,问空气的质量流量增加的百分率为多少? 7-28 某厂有一台列管式换热器, 管束由

37 根φ19*2mm、长3m 的钢管组成,130℃的饱和水蒸气在 管间冷凝,将流经管内的某溶液从 20℃加热至 60℃,冷凝水于饱和温度下排出,设蒸汽冷凝给热系数为

10000 W/(m2 ・℃),溶液侧对流给热系数为

3500 W/(m2 ・℃),管壁及........