化工原理傳熱課上例題

[例4-1]現(xiàn)有一厚度為370mm的平壁面，內(nèi)壁溫度為1650℃，外壁溫度為300℃。平壁材料的平均導熱系數(shù)λ=0.815+0.00076t（t的單位為℃，λ的單位為W

/（m·℃）。若將導熱系數(shù)分別按常量（取平均導熱系數(shù)）和變量計算時，試求平壁的溫度分布關系式和導熱熱通量。1化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!解：（1）導熱系數(shù)按常量計算平壁的平均溫度為：平壁材料的平均導熱系數(shù)為：導熱通量為：設壁厚x處的溫度為t，則2[W

/（m·℃）]化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!（2）導熱系數(shù)按變量計算3化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!4例4-2某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為12cm，中間夾層厚10cm，填以絕緣材料。磚墻的熱導率為0.70w/m·k，絕緣材料的熱導率為0.04w/m·k，墻外表面溫度為10℃

，內(nèi)表面為-5℃

，試計算進入冷庫的熱流密度及絕緣材料與磚墻的兩接觸面上的溫度。解：根據(jù)題意，已知t1=10℃

，t4=-5℃,b1=b3=0.12m，b2=0.10mλ1=λ3=0.70w/m·k,λ2=0.04w/m·k。Qxt1t4t3t2λ1λ2λ3b1b2b3化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁![例4-3]為保證安全并減少熱損蒸汽管外徑d1=140mm，其外有保溫層。已知d1處T1=390℃，若保溫層外T2≤40℃，保溫層的要求Q/L≤450W/m，試求（1）保溫層的厚度（2）保溫層中溫度分布。5T1T2r1r2化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!T分布：半徑為r處，溫度為T。6由結(jié)果可見：即使為常數(shù)，T分布呈曲線。T1T2r1r2化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!7(2)保溫層界面溫度t3解得t3=131.2℃化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!Re=duρ/μ=(0.053×15×0.746)/(0.6×10-5)=2.28×104>104(湍流)Pr=cpμ/λ=(1.026×103

×26.0×10-5)/0.03928=0.68W/m2·℃本題中空氣被加熱，n=0.4代入Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023×(22800)0.8×(0.68)0.4=60.4化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!Pr=cpμ/λ=(4.179×103×90.27×10-5)/60.8×10-2=6.2l/d=2/0.02=100a可按式Nu=0.023Re0.8Prn

進行計算,水被加熱,n=0.4。校正系數(shù)f：化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!以內(nèi)、外表面計時，內(nèi)、外表面分別用下標1、2表示。

化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!解：?25mm2.5mm冷水t1鋼管=45W·m-1

·

K-11=4000W·m-2

·

K

-1管外空氣側(cè)的2T1T2t2化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!原：K1=49.1W·m-2

·

K

-1

，

2提高一倍時：K2=96.97W·m-2

·

K

-1

，

1提高一倍時：K3=49.6W·m-2

·

K

-1結(jié)論：要想提高K值，必須分析各熱阻的大小，減小控制步驟的熱阻，則可明顯提高K值，加大傳熱速率。化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!解：乙醇冷凝放熱：乙醇冷卻放熱：總放熱：Q1+Q2=1.41105W化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!冷凝段兩段分界處水溫：t'=35-17.3=17.7℃78.5℃78.5℃35℃30℃15℃化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!冷卻段換熱器傳熱面積S=S1+S2=3.04+1.40=4.44[m2]78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!原流量下：新流量下：（2）傳熱速率原流量下，式中05~25(1)熱量恒算6000~2000030000~100000T2T1t1t2化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!原流量下新流量下只有提高飽和蒸氣的壓力才能滿足要求。T1=116.3℃T2=T1t1=20℃t2=80℃P=1.765105PaT1’=？qm,c’=1.2qm,c化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!(c)計算單位面積傳熱量

(d)管壁溫度

Q/S1=K1Δtm

=242×271=65580W/m2T----熱流體的平均溫度，取進、出口溫度的平均值

T=(500+400)/2=450℃管內(nèi)壁溫度

(b)平均溫度差在p=981kN/m2，水的飽和溫度為179℃℃化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!平壁的溫度分布關系式：當b=x時，19化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!20按溫度差分配計算t2、t3:℃解：按熱流密度公式計算q：化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!21保溫層厚度T1T2r1r2化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!22例4-4在一60×3.5mm的鋼管外層包有兩層絕熱材料，里層為40mm的氧化鎂粉，平均導熱系數(shù)λ=0.07W/m·℃，外層為20mm的石棉層，其平均導熱系數(shù)λ=0.15W/m·℃?，F(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁溫度為500℃，最外層表面溫度為80℃，管壁的導熱系數(shù)λ=45W/m·℃。試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。解：(1)每米管長的熱損失:此處，r1=0.053/2=0.0265mr2=0.0265+0.0035=0.03mr3=0.03+0.04=0.07mr4=0.07+0.02=0.09m化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁![例4-5]常壓下，空氣以15m/s的流速在長為4m，φ60×3.5mm的鋼管中流動，溫度由150℃升到250℃。試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。解：此題為空氣在圓形直管內(nèi)作強制對流定性溫度t=（150+250）/2=200℃查200℃時空氣的物性數(shù)據(jù)（附錄）如下

Cp=1.026×103J/kg.℃λ=0.03928W/m.℃μ=26.0×10-6N.s/m2ρ=0.746kg/m3

Pr=0.68特性尺寸d=0.060-2×0.0035=0.053ml/d=4/0.053=75.5>60化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁![例4-6]一套管換熱器，套管為φ89×3.5mm鋼管，內(nèi)管為φ25×2.5mm鋼管。環(huán)隙中為p=100kPa的飽和水蒸氣冷凝，冷卻水在內(nèi)管中渡過，進口溫度為15℃，出口為35℃。冷卻水流速為0.4m/s，試求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。解：此題為水在圓形直管內(nèi)流動定性溫度t=（15+35）/2=25℃查25℃時水的物性數(shù)據(jù)（見附錄）如下：Cp=4.179×103J/kg·℃λ=0.608W/m·℃μ=90.27×10-3N·s/m2ρ=997kg/m3

Re=duρ/μ=(0.02×0.4×997)/(90.27×10-5）=8836Re在2300~10000之間，為過渡流區(qū).化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁![例4-7]

一列管式換熱器，由?25×2.5mm的鋼管組成。管內(nèi)為CO2，流量為6000kg/h，由55℃冷卻到30℃。管外為冷卻水，流量為2700kg/h，進口溫度為20℃。CO2與冷卻水呈逆流流動。已知水側(cè)的對流傳熱系數(shù)為3000W/m2·K，CO2

側(cè)的對流傳熱系數(shù)為40W/m2·K。試求總傳熱系數(shù)K（考慮污垢熱阻），分別用內(nèi)表面積S1，外表面積S2表示。解：查鋼的導熱系數(shù)λ=45W/m·K

取CO2側(cè)污垢熱阻Rd1=0.53×10-3m2·K/W

取水側(cè)污垢熱阻Rd2=0.21×10-3m2·K/W化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁![例4-8]一列管換熱器由?25mm2.5mm的鋼管組成試求：（1）總傳熱系數(shù)K；（2）若將管外2提高一倍，其他不變，K值如何變化？（3）若將管外1提高一倍，其他不變，K值如何變化？空氣T1冷水t1t2T2鋼管=45W·m-1

·

K-1

。1=4000W·m-2

·

K

-1管外空氣側(cè)的2=50W·m-2

·

K

-1化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!（2）2提高一倍時：（3）1提高一倍時：化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁![例4-9]現(xiàn)要求每小時將500kg的乙醇飽和蒸氣（Tb=78.5℃

）在換熱器內(nèi)冷凝并冷卻至30℃,已知其傳熱系數(shù)在冷凝和冷卻時分別為1=3500W·m-2

·K-1，2=700W·m-2

·K-1，t1=15℃，t2=35℃。已知水的傳熱系數(shù)3=1000W·m-2

·K-1，cp,c=4.2kJ·kg-1·K-1,忽略管壁和污垢熱阻,求換熱器的傳熱面積?；ぴ韨鳠嵴n上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!冷卻水流量用傳熱速率方程求傳熱面積，既有相變傳熱，也有無相變的變溫傳熱，因此將傳熱面積分段求解，分為冷凝段和冷卻段，求得兩段分界處的水溫，再求其他。78.5℃78.5℃35℃30℃15℃化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!冷凝段：78.5℃78.5℃35℃30℃15℃17.7℃化工原理傳熱課上例題共34頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!3.換熱器的操作型計算若qm,c’=1.2qm,c，t1、