第10章 传热过程分析与换热器的热计算.docx

第 10 章 传热过程分析与换热器的热计算课堂讲解课后作业【10-3】一卧式冷凝器采用外径为25mm,壁厚1.5mm的黄铜管做成热表面已知管外冷凝侧的平均传热系数h广5 700 W /(m2 -K)，管内水侧平均的表面传热系数h = 4 300 W /(m 2 - K )试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数i(1) 管子内外表面均是洁净的(2) 管内为海水，流速大于1m/s,结水垢，平均温度小于50°C，蒸汽侧有油解】解： 1/h = 1/5700 = 1.7543 x 10 -4 m 2 • K / W01 d 1 25x ―0 = x = 2.643 x 10 -4 m 2 • K / Wh d 4300 20由参考文献【11表9 — 1查得：海水污垢系数 R = 0.0001 m2 • K /Wfi蒸汽含油污垢系数 R = 0.0002 m2 • K /Wfo10-13】 一台 1-2 型壳管式换热用 来冷却 11 号润滑油冷却水在管内 流动，f 〃12 = 20C，12 = 50C，流量为 3kg/s;热油入口温度为 600C，k = 350 W /(m2• K)。

试计算:(1) 油的流量；(2) 所传递的热量;(3) 所需的传热面积解：（1）查得润滑油及水的比热 分别为c = 2148 J /kg -oC,c = 4174 J /kg -oC12则q =m1q c A tm2~~2 2c At113X 4174 X(50 - 20)2148 x (100 - 60)= 4 .37 kg / s(2) 0 = q c At = 3 x 4174 x (50 — 20) = 375.66 KWm2 2 2" f(3) t = t — t = 60 — 20 = 40 oC1 1 2f ”t = t — t = 100 — 50 = 50 o Cr 1 2t — t 40 — 50A t = 1 r = = 44.8 o Cm ln(t /t ) ln( 40 /50)1rt —tP = P 2t —t1250 — 20=0.375100 —20t —t〃t —t22100 — 6050 — 20=1.333PR =1.333 x0.375 =0.5 1/R =1/1.333 =0.75由参考文献111图9—15查得 申=0.9At = 44.8 x 0.9 = 40.32°Cm0 375 .66 x103A = = = 26.62 m2kAt 350 x 40.32m黄铜的导热系数 九= 109 W / m - K(1) 管子内外表面均是洁净 时的导热系数1k =0 1 d d 1 d+ 0 ln 0 + 0h 2 九 d h d0 i i i1= =2200 .9W / m 2 • K0.025 251.7453 x 10 -4 + ln + 2.63 x 10 -42 x 109 20(2) 管子内外表面结垢后的 传热系数1k =0w 1d+R+ R 0-kf 0 fi d0i1==1302 .1W / m 2 • K125+ 0.0002 + 0.0001X 2200.920【10-17】在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进 口温度t‘ = 100 °C出口温度为 t” = 80 C;管外流过冷水，进口温度12, = 20 C,出口温度12” = 70 C;总换热量①=350 KW , 共有53根内径为16mm、壁厚为1mm的管子。

管壁导热系数九=40 w/匚* k），管外流体的表 面传热系数h0 = 1500 w/

C, q = 0.0233 kg / s 取总传热系数为1 m 1 2 m 2k = 980 W /(m2 - K), A = 0.25 m2，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、冷 却水出口温度及换热器的效能解：（ 1）顺流换热设冷、热水平均温度分 别为65C和150C,则可查得:c = 4313 J / kg - k c = 4183 J / kg - kp1p2(qc)0.0144 x 4313B=m片==0.637(qc)m20.0233 x 4183kA980 x 0.25NTU== =3.945(qc)0.1444 x 4313m min由8 - NTU去，顺流换热器的效能 为:1- exp {(-NTU) 11 - B]}8 = = 0.6101-Bt -1 〃 ‘ ‘ ‘又 8 = n t = t -8 (t - t ) = 200 - 0.610 X (200 - 35)' ' 1 1 1 2t -t12=99.4C平均温度验算：t = (t + t )/2 = (200 + 99 .4)/2 = 149.71m 1 1f f ff ft = B(t - t ) + t = 0.637 x (200 - 99.4) + 35 = 99。

C2 1 1 2ft = (t + t )/2 = 67C2m 2 2与假设值相符合，所以 计算有效0 = q c At = 0.0144 x 4313 x (200 - 99 .4)m 1 1 1= 6248 W(2)逆流换热设冷、热水平均温度分 别为80C和125C,则可查得:c = 4258 J / kg - kp1c = 4195 J / kg - k p20.0144m(q c)m2沁=0.6280.0233 x 4195NTU =kA980 X 0-25 = 3.99( q c )m min0.0144 x 4258为：8 — NTU 法，逆流换热器的效能1 — B exp {(—NTU )211 — B]} 1- exp {(—NTU )11 — B ]}厂 t — t ，， ‘ ‘ ‘又 8 = n t = t —8 (t — t ) = 200 — 0.9 x (200 — 35)1 1 1 2t —t12=51.5C平均温度验算：t = (t + t )/2 = (200 + 51.5)/2 = 125.81m 1 1A t (q c)1 = m 1 = B nA t = 0.628 x (200 — 51.5) = 93 .3 ° CAt (q c) 22 m 2ft = t + At /2 = 128 .3。

C2m 2 2冷热流体平均温度与设 定相差很小，计算结果 有效〃 ft = A t + t = 93.3 + 35 = 128.3C2 2 20 = q c At = 0.0233 x 4195 x 93.3 = 9119 Wm2 2 2【10-27】一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行：T = 360 oc, t厂300 °C, t，= 30 °C,t ” = 200 c , q ,c( =2500W/K, K=800W C2 -k)° 运行一年后发现，在q ,c q 2c2 2 m1 1 m1 1 m2 2及、t2,保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162C,而热流体的出口温度则高于300Co 试确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度解】 不结垢时,qcm 2 2270 —160=210.2C,ln(270 /160 )kAt250沁2 30()= 0.89劝 28 0 0x 2 1 0.2360 — 300=q c m1 1 200 — 30602500170882 .4W / K结垢后,882 .4x (162 — 30 )= 116471 W又 qn 2 c 2t ,, — t ,-2 2-t , — t ,,11162 — 30360 — t ,,12550 1=2.833, t” = 360 —-882 .4 2.833(162 — 30 )= 313 .4283 .4 — 198= =283 .2ln (283 .4 / 198 ) C,k*=548 .2W \n 2 - k )0 .892 x 238 .2116471丄-亠 RR 二丄-丄=1824 X 10 -1 - 1.25 x 10 -4 W C 2 • J k ,, k 548 .2 800【10-32】已知：一球状物体中，久为绝缘材料的导热系数，h为球外表面的表面传热系 数，假定为常数。

求证：球状物体的临界表面绝缘半径为r = 2门h证明】 设周围介质的温度为 t ，则通过空心球壁的传热量为o4 凤（r r由此得于是得球状物体的临界表面绝缘半径为1 2- =0九 rhr.为球状物体的一内半径，该处的壁温为t；； r是外半径，此处视为变量达到临界半径时, 满足条件1r 11 ]1—+4欣rr4 冗 r2 h1—J 1丿-1-2—+=0d=0dr4兀九r2 4兀r3hd①=0 dr【10-43】 一块表面积为 A 的平板埋于绝热材料中（如附图所示）初始时与温度为 T8,co 的气流处于平衡状态，后突然受到投入辐射G的作用平板对G的吸收比为a1,自身辐射的 发射率为8,平板的热容量为me此时对流换热的表面传热系数为h试按集总参数法导出 平板温度随时间变化的关系式，及当平板又一次处于稳。