化工原理：4傳熱計(jì)算題

1、計(jì)算題1有無保溫層的熱損失平壁爐爐壁是用內(nèi)層為120mm厚的某種耐火材料和外層為230mm厚的某種建筑材料砌成，兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)均未知。已測得爐內(nèi)壁壁溫為800，外側(cè)壁面溫度為113。為減少熱損失，在普通建筑材料外面又包砌一層為50mm的石棉，包砌石棉后測得的各層溫度為：爐內(nèi)壁溫度800、耐火材料與建筑材料交界面溫度為686、建筑材料與石棉交界面溫度為405，石棉層外側(cè)溫度為77。問包砌后熱損失比原來減少百分之幾？答：42.5%2導(dǎo)熱系數(shù)為變量時(shí)的熱損失有一水蒸汽管道，其外徑為426mm，長為50m，管外覆蓋一層厚為400mm的保溫層，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化，其關(guān)系為?，F(xiàn)已測得水蒸氣管

2、道的外表面溫度為150C，保溫層外表面溫度為40C，試計(jì)算該管道的散熱量。答：19.1kW3導(dǎo)熱總溫差在多層壁內(nèi)的分配及保溫材料的合理使用603mm鋼管外包一層30mm石棉層（導(dǎo)熱系數(shù)為0.16W/(m.K)）后，再包一層30mm軟木（導(dǎo)熱系數(shù)為0.04 W/(m.K)），已測得管內(nèi)壁溫度為-110，軟木外側(cè)溫度為10。又已知大氣溫度為20。(1) 求每米管長所損失的冷量及軟木層外壁面與空氣間的對流傳熱膜系數(shù)。(2) 計(jì)算出鋼、石棉及軟木層各層熱阻在總熱阻中所占的百分?jǐn)?shù)。若忽略鋼管壁熱阻，重新計(jì)算每米管長損失的冷量。(3) 若將兩層保溫材料互換（各層厚度仍為30mm），鋼管內(nèi)壁面溫度仍為-11

3、0，作為近似計(jì)算，假設(shè)最外層的石棉層表面溫度仍為10。求此時(shí)每米管長損失的冷量。(4) 若將兩層保溫材料互換，鋼管內(nèi)壁溫度仍為-110，計(jì)算每米管長實(shí)際損失的冷量及最外層的石棉層表面的實(shí)際溫度。提示：保溫層互換后，保溫層外壁面與空氣間的對流傳熱膜系數(shù)與互換前相同。(5) 由以上各題的計(jì)算結(jié)果，您將得到哪些有用的結(jié)論？答：(1)-52.1W/m, 9.21W/(m2.K)；(2)0.01%,29.94%,70.05%,-52.1W/m；(3)-38.1W/m；(4)-38.74W/m,12.6C4保溫層的臨界半徑在252.5mm的蒸氣管道外包一層厚度為37.5mm、導(dǎo)熱系數(shù)為0.8W/(m.K)

4、的保溫層。管內(nèi)飽和蒸氣溫度為130，大氣溫度為30。試求：(1) 保溫層的表面溫度并計(jì)算分析此保溫層能否起到減小熱損失的作用。(2) 若采用=0.8W/(m.K)的保溫材料，其他不變，再計(jì)算保溫效果。以上計(jì)算可忽略壁阻及蒸氣側(cè)熱阻。裸管或保溫層外表面對大氣的聯(lián)合給熱系數(shù)可取為12W/(m2.K)。答：(1)tw=79C,r2r臨界=67mm，可減少熱損失5球形壁內(nèi)的一維穩(wěn)定熱傳導(dǎo)有一球形容器，內(nèi)外壁半徑分別為r1和r2，內(nèi)外壁溫度分別為t1和t2，容器壁的導(dǎo)熱系數(shù)為，試推導(dǎo)此球形壁內(nèi)的傳熱速率Q的計(jì)算式。答：6流速增大對管內(nèi)對流傳熱系數(shù)的影響有一蒸氣冷凝器，蒸氣側(cè)給熱系數(shù)2為10000W/(m

5、2.K)，冷卻水側(cè)給熱系數(shù)2為1000W/(m2.K)，已測得冷卻水進(jìn)、出口溫度分別為t1=30，t2=35，如將冷卻水流量增加一倍，蒸氣冷凝量將增加多少？已知蒸氣在飽和溫度100下冷凝。答：G/G=1.647管徑對管內(nèi)對流傳熱系數(shù)的影響套管換熱器由483mm和252.5mm鋼管制成，兩種流體分別在內(nèi)管和環(huán)隙中流動(dòng)，分別測得傳熱膜系數(shù)1和2。若兩流體流量保持不變并忽略出口溫度變化對物性的影響，試求將內(nèi)管改為322.5mm后兩側(cè)的傳膜系數(shù)有何變化？（設(shè)流動(dòng)為湍流）答：i=0.583i；o=1.57o8物性對對流傳熱系數(shù)的影響水在一定流量下通過某套管換熱器的內(nèi)管，溫度可以從20升至80，并測得傳熱

6、膜系數(shù)為，試求同樣體積流量的苯通過換熱器內(nèi)管時(shí)的傳熱膜系數(shù)為多少？已知在兩種情況下流動(dòng)皆為湍流，苯進(jìn)、出口的平均溫度為60。答：281.4W/(m2.K)9氣體溫度的測量誤差如圖所示，用一帶保護(hù)管的熱電偶測量管道中空氣溫度，設(shè)內(nèi)管壁溫度為230，保護(hù)管外壁溫度為300，黑度=0.3。試計(jì)算保護(hù)套管與管壁間的輻射熱負(fù)荷。又設(shè)空氣對保護(hù)套管壁的傳熱膜系數(shù)，試求空氣的真實(shí)溫度，并提出減小測量誤差的辦法。答：q1-2=745W/m2；T=343C10熱輻射的熱損失計(jì)算在一大車間內(nèi)有一圓柱形焙燒爐，爐高6m，外徑6m，爐壁內(nèi)層為300mm的耐火磚，外層包有20mm的鋼板，已測得爐內(nèi)壁溫度為320，車間內(nèi)

7、溫度為23，假設(shè)由爐內(nèi)傳出的熱量全部從爐外壁以輻射的方式散失。試求此爐每小時(shí)由爐壁散失的熱量為若干？已知耐火磚，鋼板熱阻可以不計(jì)。提示：可用試差法求解，爐外壁溫度在110120之間。答：Q106kW11并流與逆流操作時(shí)的對數(shù)平均溫差的計(jì)算在一列管換熱器中，用熱柴油與原油換熱。(1) 當(dāng)柴油與原油逆流流動(dòng)時(shí)測得柴油進(jìn)、出口溫度分別為243和155，原油進(jìn)、出口溫度分別為128和162。求傳熱平均溫度差。(2) 保持原油、柴油流量及進(jìn)口溫度不變，但該換熱器改用并流操作，計(jì)算并流時(shí)的。在上述兩種情況下，換熱器K值及兩流體比熱容均可認(rèn)為不變。答：(1)49.2C；(2)42.5C12逆流與并流操作時(shí)最

8、小載熱體用量的比較用90C熱水將流量為10000kg/h的原油從20C預(yù)熱至70C，已知原油的比熱容為2400J/(kg.K)，試分別計(jì)算逆流與并流操作時(shí)所需要的加熱劑用量。答：4082kg/h；14280kg/h13管內(nèi)流速對傳熱的影響有一單管程列管式換熱器,殼程為116飽和水蒸氣冷凝，空氣在管程湍流流動(dòng)，流量為Gkg/h，由20加熱到80。(1) 若設(shè)計(jì)時(shí)將此換熱器管程改為雙程，為完成相同任務(wù)，換熱器面積可減少多少？（管徑及總管數(shù)均不變）。(2) 若管程仍為單程，將空氣流量增加至20%，為保持空氣出口溫度不變，問此時(shí)加熱蒸氣的溫度必須為多少度？答：(1)42.6%；(2)118C14計(jì)算冷

9、卻水用量及出口溫度某氣體冷卻器總傳熱面積為20m2，用以將流量為1.4kg/s的某種氣體從50冷卻至35，使用的冷卻水初溫為25，與氣體作逆流流動(dòng)，換熱器的總傳熱系數(shù)為，氣體的平均比熱，試求冷卻水用量及水的出口溫度。答：0.21kg/s；48.4C15熱阻較小側(cè)流體的流量變化對傳熱過程的影響一套管換熱器逆流操作時(shí)，管間通空氣，流量為2.52kg/s，進(jìn)出口溫度分別為130C和70C；管內(nèi)通冷水，流量為0.6kg/s，冷水的進(jìn)口溫度為30C。已知空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù)為50W/(m2.K)，水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為2000W/(m2.K)，空氣和水的平均比熱分別為1.0kJ/(kg.K)和4.2kJ/

10、(kg.K)，試計(jì)算水量增加一倍后換熱器的傳熱量與原工況的比值。答：Q/Q=1.15616熱阻較大側(cè)流體的流量變化對傳熱過程的影響一套管換熱器逆流操作時(shí)，管間通空氣，流量為2.52kg/s，進(jìn)出口溫度分別為130C和70C；管內(nèi)通冷水，流量為0.6kg/s，冷水的進(jìn)口溫度為30C。已知空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù)為50W/(m2.K)，水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為2000W/(m2.K)，空氣和水的平均比熱分別為1.0kJ/(kg.K)和4.2kJ/(kg.K)，試計(jì)算空氣流量增加一倍后換熱器的傳熱量與原工況的比值。答：Q/Q=1.417冷凝冷卻器所需傳熱面積的計(jì)算有一單管程列管換熱器，其規(guī)程如下：管徑為25

11、2.5mm，管長3m，管子數(shù)n=37。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS2飽和蒸氣，自飽和溫度46冷卻到10。CS2在殼程冷凝，其流量為300kg/h，冷凝潛熱為352kJ/kg，冷卻水在管程流動(dòng)，進(jìn)口溫度為5，出口溫度為32，逆流流動(dòng)。已知CS2在冷凝和冷卻時(shí)的傳熱系數(shù)分別在及。問此換熱器是否適用？（傳熱面積A及傳熱系數(shù)均以外表面積計(jì)）答：A需=5.16m2A實(shí)際，符合要求18復(fù)雜流型傳熱過程的計(jì)算有一單殼程4管程列管換熱器，傳熱面積為21m2，殼程通入溫度為120C的熱油冷卻至40C，管程通冷卻水，冷卻水的進(jìn)出口溫度分別為10C和32C。已知油的流量為6000kg/h，熱油的比熱容為2000J

12、/(kg.K)，試計(jì)算該換熱器的平均傳熱推動(dòng)力及總傳熱系數(shù)為多少？ 答：48C，265W/(m2.K)19污垢對傳熱的影響用一實(shí)驗(yàn)來研究污垢對傳熱的影響，采用281mm的銅管，水在管內(nèi)流動(dòng)，水蒸氣在管外冷凝。傳熱系數(shù)K在很寬的水流速范圍內(nèi)可用如下方程表示：對于清潔管：對于結(jié)垢的管：其中=500u0.8是水與管壁間的對流傳熱膜系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式，單位是kcal/(m2.h.K)；u為水的流速m/s。試求污垢熱阻和蒸氣冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)。答：R1=0.0005(m2.K.h)/kcal；2=5000kcal/(m2.h.K)20換熱器總傳熱系數(shù)及污垢熱阻的計(jì)算有一列管換熱器，列管規(guī)格為鋼管。表壓為196

13、kPa的飽和水蒸汽在殼程冷凝加熱管程內(nèi)的冷水。冷水進(jìn)口溫度為20、出口溫度為80。水的流速為0.6m/s，水側(cè)垢阻為。蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)為，蒸汽側(cè)垢阻及壁阻可忽略。求：(1) 以外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K1；(2) 一年后，由于管內(nèi)壁結(jié)垢，冷卻水出口溫度降為70，求此時(shí)的總傳熱系數(shù)及水側(cè)垢阻。答：(1)837W/(m2.K)；(2)K1=646W/(m2.K),R2=8.8210-4(m2.K)/W21換熱器的操作計(jì)算有一傳熱面積為15m2的列管換熱器，用管程的冷卻水使殼程110的飽和水蒸汽冷凝。已知冷卻水進(jìn)口溫度為20、出口溫度為80，冷卻水流量為2.5104kg/h、比熱為4kJ/(kg.K)。試求：(1) 總傳熱系數(shù)K；(2) 一年后，由于結(jié)垢，在冷卻水流量及進(jìn)口溫度、蒸汽溫度維持原值的條件下，冷卻水的出口溫度降至72。若要維持冷卻水出口溫度仍為80，飽和水蒸汽應(yīng)為多少度？答：(1)2035