传热习题解答.docx
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tUh«'iMttM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i>i0.05由此可求耐火材料和一般材料的导热系数：q'b11474x0.25.w.v"7eii“三1.34WmKV(f2-'3)690-415.q'bi1474×O.I3,v,=#一J=1.47WmK(f1.-'2)820-690加增石棉前热损失速率：=2564Wm2«20-115O.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.<1>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(1><z=(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=60'Ca0.75-Aa0.253-31在外径为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0.06WmKf<10.25WmK1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？<2>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,-72rf-2×1202-60i-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(160-281,120I1158.710000×0.060.06600.2512016x0.1、=63.45WfmEtIg=2叫”=6WWm可得管壁温度:/1.air1.G三-2J1.160-122m63.452×3.14×1.(X)O.O6159.981.-1.÷±1.n311.r1.,2j1.+_1.|nH=3a(T+J-1.nW=43.3C2M1a访4J2x314UoooOXO.060.066()；由&¾9.!可得外保温层外壁温度；/-1.+±1.nZi+±na>r1.ArI1.r2(2)在以上计算中,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=4.174k(kgK),y1.-0.6473W(mK>,p-988,1.kg>'m,.“=54.92K1.OTPa5杳褥60C时，苯的物性：<；=1.851k*'(kgK),Z=O.I36W(mK).p'=836kg,mju'=0.4×10,Pa-sn4.I74×1O3×54.92×1Os.Pr=-1.-=3.5410.6473=0023J*3=03丛J.444,0.136岂.Cf丝I也1(836x05492门b0.2s,4a')IP1.j0.6473k988.1x0.4；3.541；,=0281.4×100O=281.4W(m2K)3-33用试验来探讨污垢对传热的影响,采纳4>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：=0.02+K50对于结垢的管：=0.0007+!K5(X'8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-KNW«23X某套管式换热器由48X3mm和025X25mm的钢管制成，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«32×2.5mm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J"P，式中.d2=0.02m.<1.c=(48-2×3)-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=(48-2×3)-32=IOmm=O.O1.m环隙流速与环隙流通截面枳成反比，即±1.=00420025.=1.539«10.042*-0.032'=<(三I×1.539u*=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=0.845×105Pas换热管管材等热系数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/4-36x9963×3.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.O23×i×1898*×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.J62204.18×1.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：<1该换热器热负荷：0-47m1.cf,(-7；)=×10×1.0,×(205-105)三6.941.04W冷却水的出口瓢度为：2=r,+-»12+-694：10，7=663C7m2c1.cO100/3600)4.18x1.(r=1143P(205-663)-(105-12)1(205-66.3)In-4.54×1.05m2K.AV;222wm2K1_1_2_生_1_125K"07+0rf7-26O*1.8三I=急=器温=2；-3m-所以该换热器合用(2)以李水的初温达到28C,则r=28+6.94x10“(1.0036)×4.!8x1.0,=823C=98.1T(205-82.3)-(105-28)-1(205-82.3)-In-：-(105-28)NWt)=3.2Im2>A=Jnr,所以夏季时该换热器不合用。KAtrn220.2×98.13-37一列管冷凝涔.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.8OI×IO,Pas冷凝放热量Q=<m1.r=舞/310×10'=3.96×1.O5W3.96×10Cp2O2-Zi)4J7×1.'x(40-20)4.75kg每程的管数可由水的总流M和每管中水的
