食工習(xí)題解(傳熱)

1、 第四章習(xí)題部分答案4-2 燃燒爐的平面壁是由一層耐火磚與一層普通磚所砌成，兩層的厚度均為100mm，操作穩(wěn)定后測(cè)得耐火磚內(nèi)壁表面溫度為700，普通磚外壁表面溫度為130，已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)l1為0.93W/(mK)，普通磚的導(dǎo)熱系數(shù)l2為0.58W/(mK)，問(wèn)耐火磚與普通磚的接觸面的溫度是多少？解： 4-3 某蒸汽管道外包有兩層熱導(dǎo)率不同而厚度相同的保溫層。設(shè)外層的平均直徑（按對(duì)數(shù)平均值計(jì)）為內(nèi)層的2倍，其熱導(dǎo)率也為內(nèi)層的2倍。若將兩保溫層對(duì)調(diào)，其它條件不變，問(wèn)每米管長(zhǎng)的熱損失將改變多少？解：設(shè)外層平均直徑為dm2，內(nèi)層平均直徑為dm1，則：dm2=2dm1且 l2=2l1 由導(dǎo)熱速率方

2、程知： 保溫材料互換位置后，單位管長(zhǎng)熱損失量增加，說(shuō)明為了減小熱損失，熱導(dǎo)率小的材料放在內(nèi)層較適宜。 4-4 某蒸汽管道的外徑為219mm，外表面溫度為120。管道外包一層厚100mm的保溫層，保溫層表面溫度為30。保溫材料的熱導(dǎo)率可用：l=0.52+0.0008t表示。試求：（1）單位長(zhǎng)度管長(zhǎng)的熱損失；（2）若按平均溫度計(jì)算熱導(dǎo)率，求保溫層內(nèi)的溫度分布。解：（1）Q=-2prLldt/dr r1=0.1095 m，t1=120，r2=0.2095m，t2=30。 分離變量積分得： (Q/L)(ln0.2095-ln0.1095)=23.14(0.52120+0.00041202)-(0.52

3、30+0.0004302) Q/L=505.3W/m （2）tm=(120+30)/2=75 lm=0.52+0.000875=0.58W/(m.K) ln(r2/r1)=ln(0.2095/0.1095)=0.6488 Q/L=2p(t1-t2)lm/ln(r2/r1)=23.14(120-30)0.58/0.6488=505.3W/m 23.14(120-t)0.58/ln(r/0.1095)=505.3W/m t=-138.7lnr-186.8從本題可得出：l作為變量與l看作在一定溫度范圍內(nèi)的平均值（即常數(shù)）計(jì)算的傳熱速率（導(dǎo)熱速率或熱損失）大致相等。因此在工程上計(jì)算傳熱速率時(shí)一般將l看

4、作常數(shù)。4-5水以1.5 m/s的流速在長(zhǎng)為3 m，直徑為f27mm2.5mm的管內(nèi)從20被加熱到40。試求水與管壁之間的對(duì)流傳熱系數(shù)。如果將水的流速提高到2.2m/s，并近似假設(shè)水的熱力性質(zhì)不變，水與管壁之間的對(duì)流傳熱系數(shù)大約又是多少？解：（1）tm=30 l=0.6171W/(m.K)，r=995.7kg/m3，cp=4.174kJ/(kg.K)，m=0.8012mPa.s Re=dubr/m=0.0221.5995.7/0.=41011104 Pr=cpm/l=4.174103 0.801210-3/0.6171=5.42 Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023.85.420.

5、4=221.6 a=Nul/d=221.60.6171/0.022=6217W/(m2.K) （2）a=(2.2/1.5)0.8a=8446W/(m2.K)4-6 在套管換熱器中將水從25加熱至80，水在內(nèi)管中流動(dòng)，水與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)為2000W/(m2.K)。若改為加熱相同流量的大豆油，試求對(duì)流傳熱系數(shù)。設(shè)兩種情況下流體均呈湍流流動(dòng)，兩流體在定性溫度下的物性： 流體 r /kgm-3 m /mPa.s cp/kJkg-1K-1 l/Wm-1K-1 水 1000 0.54 4.17 0.65 豆油 892 7.2 2.01 0.15解： a油=0.027(l1/d)(dur1/m1)0.

6、8(cp1m1/l1)0.33(m1/mw)0.14 a水=0.023(l2/d)(dur2/m2)0.8(cp2m2/l2)0.4 d、u不變，兩種情況下a之比為： a油/a水=(0.027/0.023)(l1/l2)(r1m2/m1r2)0.8(cp1m1/l1)0.33(m1/mw)0.14(cp2m2/l2)-0.4 =1.174(15/65)8920.54/(10007.2)0.8(2.017.2/0.15)0.331.05(4.170.54)-0.4 =1.1740.2310.11494.5171.050.608=0.08986 a油=20000.08986=179.7W/(m2.

7、K) 4-13 在果汁預(yù)熱器中，參加換熱的熱水進(jìn)口溫度為98，出口溫度為75。果汁的進(jìn)口溫度為5，出口溫度為65。求兩種流體順流和逆流時(shí)的平均溫度差，并將兩者作比較。解：（1）逆流時(shí) Dt1=T1-t2=98-65=33 Dt2=T2-t1=75-5=70 Dtm=(Dt1-Dt2)/ln(Dt1/Dt2)=(33-70)/ln(33/70)=49.20 （2）順流時(shí) Dt1=T1-t1=98-5=93 Dt2=T2-t2=75-65=10 Dtm=(93-10)/ln(Dt1/Dt2)=37.224-15某列管式換熱器的傳熱面積為60m2（近似認(rèn)為換熱管的內(nèi)外表面積相等），用80的飽和水蒸汽

8、每小時(shí)將60噸的糖汁從25升溫到50，若糖汁的比熱容cp為4.0kJ/(kg.K)，問(wèn)：換熱器的總傳熱系數(shù)是多少？若運(yùn)行了一段時(shí)間之后，管程壁面上產(chǎn)生了污垢，使總傳熱系數(shù)下降為500W/(m2.K)，問(wèn)這時(shí)污垢的熱阻Rf=b/的數(shù)值是多少？ 解：（1） K=Q/SDtm=1.667106/(6041.24)=673.5W/(m2.K) （2）Rf=b/l=1/K-1/K=1/500-1/673.5=5.15210-4m2.K/W4-16牛奶在f32mm3.5mm的不銹鋼管中流過(guò)，外面用蒸汽加熱。不銹鋼的熱導(dǎo)率為17.5W/(m.K)，管內(nèi)牛奶的對(duì)流傳熱系數(shù)為500W/(m2.K)，管外蒸汽的表

9、面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為8000W/(m2.K)。試求總熱阻和傳熱系數(shù)K。如管內(nèi)有0.5mm的有機(jī)污垢層，其導(dǎo)熱系數(shù)為1.5W/(m.K)，求熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。解：以管外壁為基準(zhǔn)，總阻力： 1/Ko=do/aidi+bdo/ldm+1/ao=32/(50025)+0.003532/(17.528.5)+1/8000=0.00291m2K/W 總傳熱系數(shù) Ko=343.7W/(m2.K)若管內(nèi)有0.5mm的有機(jī)垢層，則污垢熱阻為：Rf=0.0005/1.51/Ko=1/Ko+0.000532/(1.525)=0.m2K/W熱阻增加的百分?jǐn)?shù)為：(0.-0.00291)/0.00291=14.64% 或：0.0

10、00532/(1.525)/0.00291=14.64%4-17一列管換熱器由40根f25mm2.5mm的管子組成。用飽和蒸汽加熱糖汁，溶液在管內(nèi)流動(dòng)，已知蒸汽冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)為10000W/(m2.K)，管內(nèi)糖汁的對(duì)流傳熱系數(shù)為2000W/(m2.K)，忽略管壁及污垢熱阻，求基于外表面的傳熱系數(shù)。若采取措施使：（1）冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)增加20%；（2）管內(nèi)糖汁對(duì)流傳熱系數(shù)增加20%。求兩種情況下總傳熱系數(shù)分別增加多少？解： Ko=1379 W/(m2.K) （1）當(dāng)冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加20%，即ao=12000W/(m2.K)， Ko=1412W/(m2.K) (Ko-Ko)/Ko=(141

11、2-1379)/1379100%=2.39 % （2）管內(nèi)糖汁表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加20%，即ai=2400 W/(m2.K)， Ko= 1611W/m2K (Ko-Ko)/Ko=(1611-1379)/1379100%=16.82 % 由計(jì)算可知，增加熱阻較大側(cè)流體的a，能有效地提高Ko。4-18 一單程列管換熱器由25根f19mm2mm，長(zhǎng)4 m的管子組成。溫度為120的飽和蒸汽在殼側(cè)冷凝（冷凝液為飽和液體），以加熱管內(nèi)的植物油，將油從20加熱至85，若換熱器的傳熱負(fù)荷為125kW，蒸汽冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)為10000W/(m2.K)，油側(cè)垢層熱阻為0.0005m2.K/W，管壁熱阻和蒸汽側(cè)垢層熱阻

12、可忽略，試求管內(nèi)油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)。若將油的流速加倍，此時(shí)換熱器的總傳熱系數(shù)為原來(lái)的1.75倍，油的物性不變，試求油的出口溫度。解：（1）Dt1=120-20=100 Dt2=120-85=35 Si=25p0.0154=4.71m2 Ki=Q/SiDtm=/(4.7161.92)=428.6W/(m2.K) 解得 ai=570W/(m2.K) （2）Ki=1.75Ki=1.75428.6=750 W/(m2.K)， Wc=2Wc Q=Wccpc(t2-t1)=2Wccpc(t2-20) Q =Wccpc(t2-t1)=Wccpc(85-20)=W Wccpc=/(85-20)=/65 Q=KiSiDtm 聯(lián)立和： 100/(120-t2)=2.5 t2=80.1 注：本題宜用內(nèi)表面作基準(zhǔn) 4-21 水在列管式換熱器的管內(nèi)被加熱，設(shè)Re104。若忽略物性變化，試估算下列情況下對(duì)流傳熱系數(shù)a的變化：（1）管徑不變，流量加倍；（2）管徑減為原來(lái)的一半，流量不變；（3）管徑、流量均不變，管程數(shù)加倍。解：因?yàn)镽e104，則 a=0.023(dur/m)0.8(cpm/l)0.4l