传热习题解答.docx

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1、第三章习趣解答29平壁炉炉壁由两种材料构成,内层为130mm4的某种耐火材料，外层为250mm皿的某种一般筑材料.此条件下测得炉内壁温度为82OC,外覆温度为IIST:.为削减热损失，在一般建筑材料外面又包一层厚度为Somm的石棉,其导热系数为022W11C,包石棉后测得的各层温度为：炉内壁820C、耐火材料与,殷建筑材料交界面为690C,慑建筑材料与石棉交界面为415C.石棉层外侧为80X?.问包石棉层的后单位传热面积的热损失分别为多少？悌：加增石棉前后各界面处的温僮符号如本应附图所示.加堵行棉层之前扣地石棉层之后tUhiMttM火i三火M材MHHH习题3-29的图导热过程达到定态时，加增石

2、棉后热损失等于池过石棉的导热速率堂也)纱!5二期一.4做而ii0.05由此可求耐火材料和一般材料的导热系数：qb11474x0.25.w.v7eii“三1.34WmKV(f2-3)690-415.qbi1474O.I3,v,=#一J=1.47WmK(f1.-2)820-690加增石棉前热损失速率：=2564Wm220-115O.13/I.47+O.25/I.343-30如冏图所示，炉壁出绝热1.A和一般1.B祖成.己知绝热时导热系数心=O.25WmK,其厚度为210mm：一股破导热系数1,=0.75Wm-K,当绝热砖放在里层时,各处温度如下：A未知，介=210,/,=60r,fh=15r.其中

3、指内壁温度，m指外界大气温度，外壁与大气的对流传热系数为a=1.()WnK.求此时单位面枳炉壁的热损失和淑度小(2)如将两种破的位置互换，假定互换前后A、及均保持不变.求此时的单位面积热损失及匕和小解(1z=(j-b)=0(60-15)=450Wm2习3-30BB(2)利用互换前的数据将B的厚度求出：=-J=fr=6=0.25mbf1.i”&450/0.75互换后，W=-f，bA“a澧450W/m1bB/A0+bA/AA+1./a0.25/0.75+0.21/0.25+1/10,三-,-=588-450=438-Cf=r,-4z-1.-=438-45O=60Ca0.75-Aa0.253-31在

4、外径为12Omm的蒸汽管道外面包两层不同材料的保温层包在里面的保温层J9度为60mm.两层保温材料的体积相等.已知管内蒸汽温度为160C,对流传热系数为If1.o(X)WnfK:保温层外大气温僮为28匕，保温层外表面与大气的自然对流传热系数为16WWK,两种保淞材料的导热系数分别为0.06WmKf10.25WmK1网管管壁热阻忽视不计。求(1)导热系数较小的材料放在里层,该管道的米管长的热损失为多少？此时两保温层表面处的温度各是多少？等热系数较大的材料放在里层，该管道俅米管长的热损失为多少？此时的保制层表面的温度各是多少？解：n=60mm.11=120mm,因两层保温材料体积相等，r,-72r

5、f-21202-60i-15X7mm导热系数小的材料放在里层,由2=j叫，3)可得内保温层外壁温度：2x3.14x(160-281,120I1158.7100000.060.06600.2512016x0.1、=63.45WfmEtIg=2叫”=6WWm可得管壁温度:/1.air1.G三-2J1.160-122m63.4523.141.(X)O.O6159.981.-1.1.n311.r1.,2j1.+_1.|nH=3a(T+J-1.nW=43.3C2M1a访4J2x314UoooOXO.060.066()；由&9.!可得外保温层外壁温度；/-1.+1.nZi+nar1.ArI1.r2(2)在

6、以上计算中,将却和江位置互换,可得导热系数技大材料放在里层的计算结果，,=IO5.9Wmsn=159.98C,d3.21.C:=34.7C3-32水在肯定流房下流过某套管换热器的内管，温度可从20C升至80C,此时测得其对流f热系数为1000Wm2C。试求同样体积流俄的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种状况下流淌皆为洲流.笨进、出口的平均甜度为60C.解：由担等S=S(TC杳得水物性；,p-988,1.kgm,.“=54.92K1.OTPa5杳褥60C时，苯的物性：28xmm的铜管，水在管内流淌，水蒸汽在管外冷凝,总传热系数K在很窗的流速范国内可用如下方程表示；对于清洁管：=0.

7、02+K50对于结垢的管：=0.0007+!K5(X8其中=5OQj为水与管壁间而流传热系数的阅历式，单位是W(11K),U为水的流速，mk试求污垢热阻和蒸汽冷凝传热系数，(换热管壁很常，可近似按平空处理。且钢的导热系数很大，管壁拄眼忽视不计)解：洞管很大，所以管里热阻可忽视.又因为管联很薄.可近似按平壁:计算Atft:+=0.0002+-1a2SOajX由跖=500wft可知-=0.0002.Wa2=5OOOW(m2K)Gf2管子结垢后：I=J-+明显-!-+心=0.0007a2由于=O.()2所以&、=0.0005(m2-KNW23X某套管式换热器由48X3mm和025X25mm的钢管制成

8、，两种流体分别在环隙和内管中流淌，分别测得时流传热系数为和若两流体流量保持不变并忽视出口温度改变对物性的影响口两种流体的流淌总保持湍流，试求格内管改为322.5mm的管了后两仰的对流传热系数分别变为晚来的多少倍，解：因为管内及管外均为浣流,所以5=。脸(华广?=。2*(鬻JP，式中.d2=0.02m.1.c=(48-23)-25=1.7mm=0.017m将内皆改为於2X25mm后，(f,0.027m,则-()i(s-警啸r调乙即管内对流传热系数变为原来的0.583倍.(e=(48-23)-32=IOmm=O.O1.m环隙流速与环隙流通截面枳成反比，即1.=00420025.=1.53910.0

9、42*-0.032=(三I1.539u*=1.57即管外（环隰）财流传热系数变为原来的157倍3-35某套替换热器由37X3.5mm的内管和489x45mm的外管构成（均为钢制甲醉以500Okg的流理在内管流淌，温度由60C降至30C,其与内管管壁的对流传热系数为ISOoW/m2-C.冷却水在环隙流淌,其进、出口温度分别为20C和353甲醇和冷却水逆流流淌.忽视热损失和污垢热阻。试求（1）冷却水用收（履小）：2所须要套管长度，平静物性数据：中=2.6kJkgK:水的物性数据：r2=4.18kJ.,kgK;-996.3kg.,m3:=0.603WmK：j=0.845105Pas换热管管材等热系数

10、7=45WmK解：（1）冷却水用出由热量海算式求得：%2di；，=50：）；盘券2.6“as对数平均传热程差.=赢为=儒聋靛瑞=Mc环陈当Ift直径：Je=D-/=O.O8-O.O57=O.O23m水在环隙内流速:0.7ns6220.MD2_啊/4-36x99633.I4x(o.O8j-0.057i)4水的对流传热系数：心智=（喘潸卜您3PT=A4100.450?0.603a.=0.023(Re),sPr,u=O.O23i1898*5.9,r,=3246W.n2K1d.0.023总传热系数：+1.+=3+x=,5x1.m2zwK=869WnrK所现要传热面枳A=Qy/1.J62204.181.

11、O5(35-20)=/.OIT1.KZm3600x869x16.4所需套管长度人寄而短r425m3-列管换热器由25X2.5mm的换热管组成,总传热面枳为3nF,须要在此换热零中用初温为12C的水将某油品由205C冷却至105C,且水走管内，己如水和油的侦求流果分别为!1.kg/h和125OkWh,比热分别为4.18kJkgC和2.0口水gC,对流传热系数分别为1800W/11匕和260WfnF1C.两流体逆流流淌忽视管壁和污垢热阻.(1)计算说明该换热器是否合用？(2)在更季，当水的初温达到28C时，该换热潞是否仍旧合用？(假设传热系数不变.解：A=Jnr,所以夏季时该换热器不合用。KAtr

12、n220.298.13-37一列管冷凝涔.换热管规格为K5X25mm.其有效长度为3.0m一水以0.65W$的流速在管内流过，其温度由20C升至的。流吊为460Okgh温度为75C的饱和有机蒸汽在光程冷凝为同温度的液体后排出,冷凝潜热为31.()kJ,，kw已知蒸汽冷凝传热系数为820W/m-C.水刑污垢热阻为0000711KW.蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻忽视不计.试核号该换热器中换热管的总根数及湃程数。解：定性温度下水的物性如下：ep1.=4.1.7kMgK,p=995.7kgm,.不=0.61.8WmK,y2=O.8OIIO,Pas冷凝放热量Q=,O.785O.O2X0.65X995.7=2

13、3.37,取为=24根每管程的传热面积为：A1=r,1.=24X3.140.025x3.0=5.65m-RC=赞=喘滑=M*1,4.I7IOO.8OIxIO3f1.o1741IO4a；+aJ1741由于水景加倍,应降低，设新工况下为4,则MI二岁!OO二4=r-31)T。=5)小k-30),Q=MpzRS-SO)=0.4(/；-30),SP0.4(/；-30)KM1.1483用-30)M909J7()n(100-Zi67.5解得4-34.nc况=2=0.4(八-30)=0.4X(34.1-30)=1.649Q蒸汽冷凝量增大64%3-42用黄管换热器旬小时冷凝甲茶蒸汽100okg,冷糠i度为IK

14、）T,冷凝潜热为363kJkg,冷数传热系数4=1000。Wm2.C.换热的内管尺寸为尚7x3.5mm.外管尺寸为施935mm,有效长度为5m.冷却水初ifi为16C,以300OkgJh的流显进入内管，其比热为4.1745kgC.粘度为1.1.1.CP,密度为995也佃，忽视管壁热B1.污垢热阻及热损失.求：（1）冷却水出口温度；（2）管内水的对流传热系数如；（3）若将内管改为8735mm的钢管,长度不变，冷却水的流量及进口温度不变，问茂汽冷凝埴变为原来的多少倍？解：（Q=.湍流1.1.1.10I=285(Wm2Ccf2=esa，2=a：()=907(1.,5625g)K-a1.,2K=195

15、2Wm2,Ce-Arm=7m2ep2(f1-1.)得：I952,0.0475(io-i6)-(1.o2)sMK)g41.74io5f,-1.3600.I110-16InI952O.O475-In1110-16,、In=0.414110-f2IIo一4=)4.174x1.0,I1.O-I63600IIO-三=1.1.3r,=47.9rI1O-又由热平衡:Q=qm3cta(t2-1.1.)=-r心产5=3000皿：；47.9T6)=n(WhI=U=.1,即冷凝量为原来的I倍。tIm1I43单壳程双管程列管式换热器中，JIJ130C的饱和水蒸汽将36000kgh的乙醉水溶液从25C加热到80C。列管

16、换热器由90根Q25X2.5mm,长3m的钢管管束组成，乙醇水溶液走管程，饱和水蒸汽走光程，已知钢的导热系数为45WmK乙群水溶液在定性温度下的密度为880kgm*粘度为1.2xOPas，比热为4.02kMgK,导热系数为0.42WmK,水蒸汽的冷凝传热系数为10w,11K,忽视污垢热阻及热损失.试何：(D此换热器能否完成任务？(2)若乙酹水溶液流以剂加20%,而溶液进11溺度、饱和水蒸汽压力不变的条件下，仍用原换热器，乙醉水溶液的出口制度变为多少？(乙解水溶液的物性可视为不变解：C?A-i=*36000/36004.021Oj(80-25)=2.211106WArin=(2：；”：；)YO)

17、=741-C,4=903.14x0.025x3=21.2m21130-23In130-8036000o.dO,O2O.8O88Oii1i4,.u=0.8Om太Re=：I.I7IOIOmhn1.360OX88O().785x450.0221.21O3Pr=402-1.*21q1=11,49在0.7160之间,0.420.42a、=().()23：0.02-15050所以可用下式:d0.02(1.171O4P11.49u4=2305Wr.m1C1IbdI141250.0025I251.rt.4，i,rt.,=+1.+-=-+X+=7.O4IOmK/WKa1.J1.de2d、IO4215452305

18、20所以K=I42OWWK.(?=M,V-=142021.274.13=2.23IOhW0,ie所以能完成任务=1.ro5p2(6-G)=m(I)aj=1.2naj-1.2ft1.*23O5三2667WZm2.X?II0.0250.00250.025Itrc,八T5,1.z一=-+=630101.KT586W11rK3IO42667x0.0245x0.022rm=(130-25)-(130-)r-25In-I3O-将K4、frn均代回(1)式得：J.2X4.0210-(f2-25)=158621.2360013。一5In30-m,130-25_例”丽711三=2,43-44两台完全相同的单管程

19、列管式换热器，用水蒸汽在光程冷凝以加热管程内的空气.若加热蒸汽压力相同,空气进、出口温度A和，2也分别相同.问（I）将两台换热器串联操作及并联操作（地本题附图），哪种方案生产实力大，相差多少倍？（并联时空气匀称安排于两换热器中）：（2）由以上求出的生产实力之比，计算两方案由于流淌阻力引起的总压降比为多大（注：蒸汽冷凝传热系数远大于空气的对流传热系数：不计换热器进、出11及联接首跋所引起的压降：空气在换热管内流淌均按湍流考虑；直管摩擦阻力系数同柏拉修斯方程计兑）QC1.)i（b）并联方案申联方案习JS373的图（1）以下标T表示申岷，下标表示并联，张卜饷分别指申联马并联时空气的质证流状Q1.m1

20、.cp（FT1.）nIQ4mfTj2在Q=KW,u公式中，两种状况卜A=A?,m=m21.=1.,1.（式中外,如分别表示H；联与并联时.管内空气侧的值）/_Q81)-8三fe)=fe)由U1=0.785rf22rpO.785J2p可得：卜2I川=揩卜代入（*式三fe2-2j幺口=更=2，=16.所以.从提高生产实力看,串联优于并联.2。2世上“M=?2_=AAjjf1.1.,:人=2p?,Ap22?jM1JI1/cO25/O,25)m=佟小但）】2x件广MaIJU包1.=2x32JS=861i1.1.(1)已知：曳=2(也=21.6=32u2Um1.J结论：尽管从传热的角度看，串联有利于提高

21、生产实力，但输送消耗的能琉太大，所以在生产上若要提高生产实力,常采纳并联方案.3-45在单管程逆流列管式换热器中用水冷却空气.水和空气的进口湿度分别为25C及H51C.在换热器运用的初期,水和空气的出口温度分别为48C和42C：运用一年后，由于污垢热阻的影响，在水的流量和入口温度不变的状况下，其出口温度降至40C。不计热投失,求（1）空气出口温度变为多少？（2）总传热系数变为原来的多少倍：若使水流量增大一倍，而空气流址及两流体入口温度格保持不变，则两流体的出口温度变为多少？（提示：水的对流传热系数远大于空气）解：箸三3“田T舒2=67.4r(115-48)-(42-25)1.n(1.15-48

22、)/(42-25)=3646C：(.15-40)-(67.4-25)7|6r；/C=115-6743646=04531.n(1.15-40)/(67.4-25)K115-4857.16T1.-f1.GKp1.1.Zm5p2)T,2-1.4,/1(,.2p241.4上工所以1.1._9mCpi1.92Cp2y1._1-05x0315InnFKA1.-cpi)Ic1-0.3152F9mCp9m将式物弋入式消去a、可得：=/(O=159;Ka2(+1.62)将勺=3.4kW.jK代入式可咕a2=0.144kWm2K-M三O.138kW11K+20.144+3.4代人式可求掰传热面积：A=0.138x

23、49.71.76x1.X1.1.OoX4.0x80QCa,-2usm3-47在传热而枳为5m?的换热涔中用冷却水冷却某溶液.冷却水流及为1.5kgs,人口温度为20。比热为4.17kMgK:溶液的流,为1.kgs,入口温度为78C,比热为2.451WkgiG已知溶液与冷却水逆流流涌，两流体的对流传热系数均为1800WnK1)试分别求两流体的出IT温度？现溶液流kt增加30%,欲通过提高冷却水流盘的方法使溶液出11温度仍维持原值，试求冷却水流曜应达到多少？(设冷却水和溶液的时流性热系数均与各白流量的0.8次方成正比,忽视管壁热阻和污垢热皿解：I)总传热系数近似用下式计匏：=1.f-+1.=1.f

24、-1.-+-1.-,=90(7m2K八%J1.8001800；InjM3=qf*.1.-（八）Ti-t,T1-20qatcptg.2cj1.jJ1.245(1.417)热平衡方植篙-娥.鬻(b)（八）式(b)式联立求解得：弓=3319C:2=37,56,C(2)新工况下的总传然系数：新工况下:InnT2=-1.)m*1.r21.(1/13。+1网二2,2片心qISm2,2院鼻将己知数据代入上式:h78t,2_29005(_1.3x24501133.19-20=(1./W+M-J”3x245oI-(M4110新工况下热平衡方程：miCpi=1.324S0=-20(m22fem2p2=(.2i)5

25、x41.70=T1-F1:78-33.19试差求解上述关于4m2g111.2和r2的方程组,可为：9-/9.2=318:/2=38099所以，冷却水流必须要提高至心2=1,418*I.S=2.127kgs3-48两无限大平行平面进行辐射传殃，已知两平面材料的黑度分别为0.32和0.78.若在这两个平面间放词一个攘度为0.04的无限大拗光铝板以削减辐射传热网，试求在原两平面温度不变的状况下由干插入甘;板而使幅射传热状削减的Iri分数.解：两无限大平面间的辐射传热.用系数为I.设尔X、。分别代表板1、板2和铝板的肯定温度。没有插入铝板3时，辅射传热通量为：S-2=Gc(X1.Xz)其中X1.G)X1.儒)%=阖插入3后：g1.,-C1JX1-X3)-cv2(x,-X2)三g5.2由此解过：X、=Cy+M,2c-J*c3-2将该式代入5.何得：人=6一人笔呼=#吟2-(为-2)c1.-3+t2)cI-J+c3-2所以4-3CTg-2(71-2(GT+g)c7C1.2=C0(1.r1.+2-1)=O.294CO!CM=C1.)/(1/勺+1.r,-1.)=0.0369C,1：CT=C0小/q+1/6T)=OO396C.：r00369x0.0396_.。侬%_2(00369+0.0396)x0.294即相射热损失减小了93.5%1130-25In130-