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内蒙古科技大学《化工原理》习题及解答04传热

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    • 1、第四章习题解答1)用平板法测定材料的导热系数,其主要部件为被测材料构成的平板,其一侧用电热器加热,另一侧用冷水将热量移走,同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。设平板的导热面积为0.03m2,厚度为0.01m。测量数据如下:电热器材料的表面温度 安培数 A伏特数 V高温面低温面2.82.314011530020010050试求:该材料的平均导热系数。如该材料导热系数与温度的关系为线性:,则0和a值为多少? 2)通过三层平壁热传导中,若测得各面的温度t1、t2、t3和t4分别为500、400、200和100,试求合平壁层热阻之比,假定各层壁面间接触良好。3)某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成,它们的导热系数分别为1.2W/(m),0.16 W/(m)和0。92 W/(m),耐火砖和绝热转厚度都是0.5m,普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000,外壁温度为55,设各层砖间接触良好,求每平方米炉壁散热速率。4)在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08 W/(m),已知蒸汽管外壁150,要求绝热层外壁温度在50以下,且每米管长的热损失不应超过150W/

      2、m,试求绝热层厚度。5)382.5mm的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失,在管外保温。 50第一层是mm厚的氧化锌粉,其平均导热系数为0.07 W/(m);第二层是10mm厚的石棉层,其平均导热系数为0.15 W/(m)。若管内壁温度为180,石棉层外表面温度为35,试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度?解:r0 = 16.5mm = 0.0165m ,r1 =19mm = 0.019 mr2 = r1d1 = 0.0190.05 = 0.069 mr3 = r2d2 = 0.0690.01 = 0.079 ml0 = 45 W/(m)W/m 即 t2 = 41.8 6)通过空心球壁导热的热流量Q的计算式为:,其中,A1、A2分别为球壁的内、外表面积,试推导此式。7)有一外径为150mm的钢管,为减少热损失,今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料的导热系数之比1,两层绝热层厚度相等皆为30mm。试问应把哪一种材料包在里层时,管壁热损失小。设两种情况下两绝热层的总温差不变。8)试用因次分析法推导壁面和流体间强制对流给热系数的准数关联式。已知为下列变量的函数:。式中、CP、分别为流体

      3、的导热系数、等压热容、密度、粘度,u为流体流速,l为传热设备定型尺寸。9)水流过603.5mm的钢管,由20被加热至60。已知,水流速为1.8m/s,试求水对管内壁的给热系数。10)空气流过362mm的蛇管,流速为15m/s,从120降至20,空气压强4105Pa(绝压)。已知蛇管的曲率半径为400mm,试求空气对管壁的给热系数。空气的密度可按理想气体计算,其余物性可按常压处理。11)苯流过一套管换热器的环隙,自20升至80,该换热器的内管规格为192.5mm,外管规格为383mm。苯的流量为1800kg/h。试求苯对内管壁的给热系数。12)冷冻盐水(25%的氯化钙溶液)从252.5mm、长度为3m的管内流过,流速为0.3m/s,温度自-5升至15。假设管壁平均温度为20,试计算管壁与流体之间的平均对流给热系数。已知定性温度下冷冻盐水的物性数据如下:密度为1230kg/m3,粘度为410-3Pas,导热系数为0.57 W/(m),比热为2.85kJ/(kg)。壁温下的粘度为2.510-3Pas。解:d = 0.0250.00252 = 0.02 m 50 u = 0.3m/s 2000

      4、 层流100= 354.7 W/(m2)13)室内分别水平放置两根长度相同,表面温度相同的蒸汽管,由于自然对流两管都向周围散失热量,已知小管的,大管直径为小管的8倍,试求两管散失热量的比值为多少?解:小管GrPr = 108 b = 1/3 又因 Grd03,故大管GrPr 108则 14)某烘房用水蒸汽通过管内对外散热以烘干湿纱布。已知水蒸汽绝压为476.24kPa,设管外壁温度等于蒸汽温度现室温及湿纱布温度均为20,试作如下计算:使用一根2m长、外径50mm水煤气管,管子竖直放于水平放置单位时间散热量为多少?若管子水平放置,试对比直径25mm和50mm水煤气管的单位时间单位面积散热之比。(管外只考虑自然对流给热)。15)油罐中装有水平蒸汽管以加热管内重油,重油温度为20,蒸汽管外壁温为120,在定性温度下重油物性数据如下:密度为900kg/m3,比热1.88103J/(kg),导热系数为0.175W/(m),运动粘度为210-6m2/s,体积膨胀系数为310-4 l/,管外径为68mm,试计算蒸汽对重油的传热速度W/m2。16)有一双程列管换热器,煤油走壳程,其温度由230降至12

      5、0,流量为25000kg/h,内有252.5mm的钢管70根,每根管长6m,管中心距为32mm,正方形排列。用圆缺型挡板(切去高度为直径的25%),试求煤油的给热系数。已知定性温度下煤油的物性数据为:比热为2.6103J/(kg),密度为710 kg/m3,粘度为3.210-4Pas,导热系数为0.131 W/(m)。挡板间距,壳体内径。17)饱和温度为100的水蒸汽在长为2.5m,外径为38mm的竖直圆管外冷凝。管外壁温度为92。试求每小时蒸汽冷凝量。又若将管子水平放置每小时蒸汽冷凝量又为多少。18)由252.5mm、225根长2米的管子按正方形直列组成的换热器,用1.5105Pa的饱和蒸汽加热某液体,换热器水平放置。管外壁温度为88,试求蒸汽冷凝量。19)设有A、B两平行固体平面,温度分别为TA和TB(TATB)。为减少辐射散热,在这两平面间设置n片很薄的平行遮热板,设A所有平面的表面积相同,黑度相等,平板间距很小,试证明设置遮热板后A平面的散热速率为不装遮热板时的倍。20)用热电偶测量管内空气温度,测得热电偶温度为420,热电偶黑度为0.6,空气对热电偶的给热系数为35 W/(m

      6、),管内壁温度为300,试求空气温度。21)外径为60mm的管子,其外包有20mm厚的绝热层,绝热层材料导热系数为0.1 W/(m),管外壁温度为350,外界温度为15,试计算绝热层外壁温度。若欲使绝热层外壁温度再下降5,绝热层厚度再增加多少。22)设计一燃烧炉,拟用三层砖,即耐火砖、绝热砖和普通砖。耐火砖和普通砖的厚度为0.5m和0.25m。三种砖的系数分别为1.02 W/(m)、0.14 W/(m)和0.92 W/(m),已知耐火砖内侧为1000,外壁温度为35。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940,普通砖不超过138。23)为保证原油管道的输送,在管外设置蒸汽夹。对一段管路来说,设原油的给热系数为420 W/(m),水蒸气冷凝给热系数为104 W/(m)。管子规格为352mm钢管。试分别计算Ki和K0,并计算各项热阻占总热阻的分率。24)某列管换热器,用饱和水蒸汽加热某溶液,溶液在管内呈湍流。已知蒸汽冷凝给热系数为104 W/(m),单管程溶液给热系数为400W/(m),管壁导热及污垢热阻忽略不计,试求传热系数。若把单管程改为双管程,其它条件不变,此时总传热系数

      7、又为多少?25)一列管换热器,管子规格为252.5mm,管内流体的对流给热系数为100 W/(m),管外流体的对流给热系数为2000 W/(m),已知两流体均为湍流流动,管内外两侧污垢热阻均为0.0018 m/W。试求:传热系数K及各部分热阻的分配;若管内流体流量提高一倍,传热系数有何变化?若管外流体流量提高一倍,传热系数有何变化?解:Ri = R0 = 0.00118m2/W 钢管l = 45W/(m) m = 0.01542 1/(W/m2)K0 = 64.84 W/(m2)热阻分配:污垢:管外:管内:管壁: , , = 0.01010 m2/W W/( m2) , = 0.01521 m2/W W/( m2) 31) 120饱和水蒸汽将空气从20加热至80,空气流量1.20104kg/h。现有单程列管换热器,f252.5mm钢管300根,管长3m,a0 = 104W/(m2),污垢及管壁热阻不计。问此换热器能否满足要求。解:50空气,r = 1.093kg/m3,Cp = 1.005kJ/(kg),l = 0.02824W/(m) m = 1.9610-5 Pas ,Pr = 0

      8、.698 m/s10000W/(m2)a0ai Ki = ai = 124.5 W/(m2)Q = WcCpcDt = 1.00560 = 201 kJ/sDtm = Q = KiAiDtm 即 201103 = 124.5Ai65.5 Ai = 24.6 m2又,Ai = npdiL 即 24.6 = 300p0.020L L = 1.31 m3 m 满足要求32)某单壳程单管程列管换热器,用1.8105Pa饱和水蒸汽加热空气,水蒸汽走壳程,其给热系数为105 W/(m),空气走管内,进口温度20,要求出口温度达110,空气在管内流速为10m/s。管子规格为252.5mm的钢管,管数共269根。试求换热器的管长。若将该换热器改为单壳程双管程,总管数减至254根。水蒸汽温度不变,空气的质量流量及进口温度不变,设各物性数据不变,换热器的管长亦不变,试求空气的出口温度。33)一套管换热器,用热柴油加热原油,热柴油与原油进口温度分别为155和20。已知逆流操作时,柴油出口温度50,原油出口60,若采用并流操作,两种油的流量、物性数据、初温和传热系数皆与逆流时相同,试问并流时柴油可冷却到多少温度?34)一套管换热器,冷、热流体的进口温度分别为55和115。并流操作时,冷、热流体的出口温度分别为75和95。试问逆流操作时,冷、热流体的出口温度分别为多少?假定流体物性数据与传热系数均为常量。35)一列管换热器,管外用2.0105Pa的饱和水蒸汽加热空气,使空气温度从20加热到80,流量为20000kg/h,现因生产任务变化,如空气流量增加50%,进、出口温度仍维持不变,问在原换热器中采用什么方法可完成新的生产任务?36)在一单管程列管式换热器中,将2000kg/h的空气从20加热到80,空气在钢质列管内作湍流流动,管外用饱和水蒸汽加热。列管总数为200根,长度为6m,管子规格为383mm。现因生产要求需要设计一台新换热器,其空气处理量保持不变,但管数改为400根,管子规格改为191.5mm,操作条件不变,试求此

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