第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器,为了减少热损失,在加热器得平壁外表面,包一层热导率为0、16W/(m·℃)、厚度为300mm 得绝热材料。

已测得绝热层外表面温度为30℃,另测得距加热器平壁外表面250mm 处得温度为75℃,如习题4-1附图所示。

试求加热器平壁外表面温度。

解计算加热器平壁外表面温度,【4-2】有一冷藏室,其保冷壁就是由30mm 厚得软木做成得。

软木得热导率λ=0、043 W/(m·℃)。

若外表面温度为28℃,内表面温度为3℃,试计算单位表面积得冷量损失。

解 已知,则单位表面积得冷量损失为【4-3】用平板法测定材料得热导率,平板状材料得一侧用电热器加热,另一侧用冷水冷却,同时在板得两侧均用热电偶测量其表面温度。

若所测固体得表面积为0、02m 2,材料得厚度为0、02m 。

现测得电流表得读数为2、8A,伏特计得读数为140V,两侧温度分别为280℃与100℃,试计算该材料得热导率。

解 根据已知做图 热传导得热量【4-4】燃烧炉得平壁由下列三层材料构成:耐火砖层,热导率λ=1、05W/(m·℃),厚度;绝热砖层,热导率λ=0、151W/(m·℃);普通砖层,热导率λ=0、93W/(m·℃)。

耐火砖层内侧壁面温度为1000℃,绝热砖得耐热温度为940℃,普通砖得耐热温度为130℃。

(1) 根据砖得耐热温度确定砖与砖接触面得温度,然后计算绝热砖层厚度。

若每块绝热砖厚度为230mm,试确定绝热砖层得厚度。

(2) 若普通砖层厚度为240mm,试计算普通砖层外表面温度。

解 (1)确定绝热层得厚度温度分布如习题4-4附图所示。

通过耐火砖层得热传习题4-1附图习题4-3附图导计算热流密度q 。

绝热砖层厚度得计算每块绝热砖得厚度为,取两块绝热砖得厚度为。

(2) 计算普通砖层得外侧壁温先核算绝热砖层与普通砖层接触面处得温度小于130℃,符合要求。

通过普通砖层得热传导,计算普通砖层得外侧壁温。

【4-5】有直径为得黄铜冷却管,假如管内生成厚度为1mm 得水垢,水垢得热导率λ=1、163W/(m·℃)。

试计算水垢得热阻就是黄铜管热阻得多少倍[黄铜得热导率λ=110W/(m·℃)]。

解 因,因算术平均半径计算导热面积。

管长用L 表示。

黄铜管得热阻为水垢得热阻为倍【4-6】某工厂用得无缝钢管输送水蒸气。

为了减少沿途得热损失,在管外包两层绝热材料,第一层为厚30mm 得矿渣棉,其热导率为;第二层为厚30mm 得石棉灰,其热导率为。

管内壁温度为300℃,保温层外表面温度为40℃。

管路长50m 。

试求该管路得散热量。

解【4-7】水蒸气管路外径为108mm,其表面习题4-4附图习题4-5附图包一层超细玻璃棉毡保温,其热导率随温度得变化关系为。

水蒸气管路外表面温度为150℃,希望保温层外表面温度不超过50℃,且每米管路得热量损失不超过。

试确定所需保温层厚度。

解 保温层厚度以b 表示已知解得保温层厚度为保温层厚度应不小于13、3mm对流传热【4-8】冷却水在,长为2m 得钢管中以得流速通过。

水温由15℃升至25℃。

求管壁对水得对流传热系数。

解水得平均温度查得20℃时水得密度,黏度,热导率λ=59、9×10-2 W/(m·℃),普朗特数。

雷诺数 湍流对流传热系数得计算,水被加热,Pr 得指数=4367 W/(m 2·℃)【4-9】空气以得流速通过得钢管,管长。

空气入口温度为32℃,出口温度为68℃。

(1)试计算空气与管壁间得对流传热系数。

(2)如空气流速增加一倍,其她条件均不变,对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到得热量为,钢管内壁得平均温度为多少。

解 已知(1)对流传热系数计算 空气得平均温度 查得空气在时得物性数据,.,./(),./()p Pa s W m c kJ kg μλ--=⨯⋅=⨯⋅=⋅5219610 28310 1005℃℃,空气被加热,Pr 得指数 雷诺数湍流对流传热系数(2)空气流速增加一倍,对流传热系数为(3)若空气从管壁得到得热量为,计算钢管内壁平均温度用式计算钢管内壁得平均温度。

已知空气进出口平均温度在第(1)项中已计算出对流传热系数钢管内表面积为钢管内壁平均温度【4-10】温度为10℃、压力为101、3kPa得空气,以得流速在列管式换热器管间沿管长方向流动,空气出口温度为30℃。

列管式换热器得外壳内径为190mm,其中装有37根得钢管,钢管长度为2m。

试求钢管外表面对空气得对流传热系数。

解已知空气压力,温度,空气得平均温度查得空气在20℃得物性数据为:密度,比热容,热导率,黏度,普朗特数,空气被加热,Pr得指数空气流动得截面积湿润周边当量直径已知空气得流速雷诺数湍流对流传热系数【4-11】有一套管式换热器,内管为,外管为得钢管,内管得传热管长为2m。

质量流量为得甲苯在环隙中流动,进口温度为72℃,出口温度为38℃。

试求甲苯对内管外表面得对流传热系数。

解甲苯得温度,平均温度甲苯在55℃得物性数据有:密度,比热容,热导率λ=0、128W/(m·℃),黏度甲苯得质量流量体积流量甲苯在环隙中得流速计算套管得内管外径,外管内径,流速甲苯对内管外表面得对流传热系数计算套管环隙得当量直径湍流甲苯被冷却【4-12】甲苯在一蛇管冷却器中由70℃冷却到30℃,蛇管由得钢管3根并联而成,蛇管得圈径为0、6m。

若甲苯得体积流量为,试求甲苯对钢管内表面得对流传热系数。

解甲苯得温度平均温度甲苯在50℃时得物性数据为:密度,黏度,热导率,比热容甲苯在3根并联蛇管中得流速计算体积流量,蛇管内径,流速雷诺数湍流普朗特数弯管效应校正系数对流传热系数计算甲苯被冷却W/(m2·℃)【4-13】质量流量为1650kg/h得硝酸,在管径为、长为3m得水平管中流过。

管外为300kPa(绝对压力)得饱与水蒸气冷凝,使硝酸得到得热量。

试求水蒸气在水平管外冷凝时得对流传热系数。

解在计算水蒸气在水平管外冷凝得对流传热系数时,需要知道管外表面温度。

如何假设?水蒸气冷凝得值一般为按题意,饱与水蒸气冷凝传给硝酸得热量为取,估算壁温度300kPa(绝对压力)时,水蒸气得饱与温度。

用式估算壁温度先假设℃定性温度为膜温冷凝水膜得物性参数℃时水得比汽化热水蒸气在水平管外冷凝得值计算用式计算Q值此Q值大于硝酸吸收得热量,说明假设得偏小。

重新用估算。

假设膜温与前面计算得膜温基本一样,故冷凝水膜得物性数据也一样,只就是计算式中得不同。

值计算用验算壁温与前面假设得相同。

【4-14】水在大容器内沸腾,如果绝对压力保持在,加热面温度保持130℃,试计算加热面上得热流密度。

解水沸腾得对流传热系数计算加热面上得热流密度两流体间传热过程得计算【4-15】载热体得流量为,试计算下列各过程中载热体放出或吸收得热量。

(1) 100℃得饱与水蒸气冷凝成100℃得水;(2)苯胺由383K降温至283K;(3)比热容为得水溶液从290K加热到370K; (4)常压下20℃得空气加热到;(5)绝对压力为250kPa得饱与水蒸气,冷凝冷却成40℃得水。

解(1) 水蒸气冷凝比汽化热放热量(2) 苯胺平均温度比热容放热量(3) 水溶液比热容吸热量(4) 空气加热平均温度比热容吸热量(5) 饱与水蒸气,饱与温度,比汽化热,冷凝水从降至℃,平均温度比热容放热量【4-16】用冷却水使流量为得硝基苯从355K冷却到300K,冷却水由15℃升到35℃,试求冷却水用量。

若将冷却水得流量增加到,试求冷却水得出口温度。

解硝基苯流量,平均温度比热容硝基苯得放热量(1) 冷却水用量计算平均温度比热容,密度(2) 用水量时,求？用水量增大,水出口温度应降低。

先假设水得比热容及密度不变。

从上面得计算式可知成反比,故假设水得平均温度查得水得比热容,密度计算与假设相符。

【4-17】在一换热器中,用水使苯从80℃冷却到50℃,水从15℃升到35℃。

试分别计算并流操作及逆流操作时得平均温度差。

解(1)并流操作苯水(2) 逆流操作苯水【4-18】在1壳程2管程列管式换热器中用水冷却油,冷却水走管内,进口温度为,出口温度为50℃。

油进口温度为120℃,出口温度为60℃。

试计算两种流体得传热平均温度差。

解属于折流查得温差校正系数【4-19】用绝对压力为300kPa得饱与水蒸气将体积流量为得苯胺从80℃加热到100℃。

苯胺在平均温度下得密度为,比热容为。

试计算:(1)水蒸气用量;(2)当总传热系数为时所需传热面积。

解(1)水得比汽化热,苯胺体积流量,苯胺吸收得热量为水蒸气用量(2) 计算传热面积A 已知,水蒸气得。

水蒸气133、3℃133、3℃苯胺【4-20】有一套管式换热器,内管为得钢管,内管中有质量流量为得热水,从90℃冷却到60℃。

环隙中冷却水从20℃升到50℃。

总传热系数。

试求:(1)冷却水用量;(2)并流流动时得平均温度差及所需传热面积;(3)逆流流动时得平均温度差及所需传热面积。

解 (1)冷却水用量计算 热水平均温度 冷水平均温度 热量衡算()()...338241741050203000419110906037710 ／m q J h ⨯⨯⨯-=⨯⨯⨯-=⨯(2) 并流热水 冷水传热面积 (3) 逆流热水传热面积【4-21】 有1壳程2管程列管式换热器,用293K 得冷水30t/h 使流量为20t/h 得乙二醇从353K 冷却到313K,设总传热系数为,试计算所需传热面积。

解乙二醇得平均温度, 比热容乙二醇放出热量从水得物理性质数据表上可知,水在范围内,比热容。

假设,计算冷水出口温度。

冷水得平均温度 接近30℃,所假设得可以。

逆流平均温度差计算折流得平均温度差计算习题4-21附图传热面积【4-22】有一外径为l00mm得水蒸气管,水蒸气温度为160℃。

为了减少热量损失,在管外包覆厚度各为25mm得A、B两层绝热材料保温层,A与B得热导率分别为与。

试计算哪一种材料放在内层好。

周围空气温度为20℃,保温层外表面对周围空气得对流(包括热辐射)传热系数。

保温层内表面温度在两种情况下都等于水蒸气温度。

解(1) A在内层,B在外层。

以保温层外表面积为基准得总传热系数为习题4-22附图热量损失单位长度得热损失为(2) B在内层,A在外层,总传热系数为计算结果表明,热导率小得绝热材料放在内层,热损失小。

【4-23】测定套管式换热器得总传热系数。

数据如下:甲苯在内管中流动,质量流量为5000kg/h,进口温度为80℃,出口温度为50℃。

水在环隙流动,进口温度为15℃,出口温度为30℃。

水与甲苯逆流流动,传热面积为。

问所测得得总传热系数为多大？解甲苯,,热负荷【4-24】在一套管换热器中,内管中流体得对流传热系数,内管外侧流体得对流传热系数。