1、第四章 传热习题3外径为 159 mm 的钢管,其外依次包扎 A、B 两层保温材料, A 层保温材料的厚度为 50 mm,导热系数为 0.1 W /(m),B 层保温材料的厚度为 100 mm,导热系数为 1.0 W /(m),设 A 的内层温度和 B 的外层温度分别为 170 和 40 ,试求每米管长的热损失;若将两层材料互换并假设温度不变,每米管长的热损失又为多少? 解: mW15010592ln0.15921ln.0473ll221 rrtLQA、B 两层互换位置后,热损失为 mW5.1310592ln1.05921ln0. 473ll221 rrtLQ6在 一 传 热 面 积 为 40
2、 m2的 平 板 式 换 热 器 中 , 用 水 冷 却 某 种 溶 液 , 两 流 体 呈 逆 流 流 动 。冷 却 水 的 流 量 为 30 000kg/h, 其 温 度 由 22 升 高 到 36 。 溶 液 温 度 由 115 降 至 55 。若 换 热 器 清 洗 后 , 在 冷 、 热 流 体 流 量 和 进 口 温 度 不 变 的 情 况 下 , 冷 却 水 的 出 口 温 度 升 至40 , 试 估 算 换 热 器 在 清 洗 前 壁 面 两 侧 的 总 污 垢 热 阻 。 假 设 : (1)两种情况下,冷、热流体的物性可视为不变,水的平均比热容为4.174 kJ/(kg);(
3、2)两种情况下,分别相同;(3)忽略壁面热阻和热损失。io、解:求清洗前总传热系数KC7.5225361lnmtCmW231.40. 223m tSQ求清洗后传热系数 K由热量衡算 hp,12cp,21()()WCTt, ,cp,2121h,()WCTtC9.37240365121 ttC1.89.37405lnmtCmW8.410.6210 223 K清洗前两侧的总传热热阻9.Cm8.41023232S R7在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中,用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h,其温度由25 升至38 ,平均比热容为4.17 kJ/(kg) 。有机溶液的温度由
4、110 降至65 ,平均比热容为1.72 kJ/(kg) 。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略,试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。解: kJ/(kg ) p,c4.17Cp,c21(QWtW102.45380.3685求 mt有机物 110 65水 38 2572 40tC4.5072lnmCmW3.10.14225 Khkg10963.skg452.s61072.4 43521h KTcQWp8在一单程管壳式换热器中,用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h,其初始温度为30 ,平均比热容为4.174 kJ/(kg)。有机溶剂的流量为14
5、000 kg/h,温度由180 降至 120 ,平均比热容为1.72 kJ/(kg )。设换热器的总传热系数为500 W/(m2),试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积,设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。解: kW3.401hJ48.1hkJ20187.140621h TWcQp冷却水的出口温度为 C6.3174.0.61c2 ttp逆流时 102.93.5ln230126.8ln4m t 22mm84.7.5tKQS、并流时 C97.1503.ln69C30186.42lnt 22mm.897.5tKQS、9在一单程管壳式换热器中,用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的
6、体积流量为1 600 m3/h,常压下苯的沸点为 80.1 ,气化热为394 kJ/kg。冷却水的入口温度为20 ,流量为35 000 kg/h,水的平均比热容为4.17 kJ/(kg)。总传热系数为450 W/(m2)。设换热器的热损失可忽略,试计算所需的传热面积。解:苯蒸气的密度为 33mkg692.kg1.8027306. RTPMh4hkg91hWW107.4J.J.4 56Qcp,21()Ct235350.7(0).16t解出 2.t求 m苯 80.1 80.1水 31.6 2048.5 60.1tC1.54.860ln1m225mm3.9.7tKQS20用压力为 300 kPa(绝
7、对压力)的饱和水蒸气将 20 的水预热至 80 ,水在mm 水平放置的钢管内以 0.6 m/s 的速度流过。设水蒸气冷凝的对流传热系数25.为 5 000 W/(m2),水侧的污垢热阻为 610-4 m2/W,蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求(1)换热器的总传热系数;(2)设操作半年后,由于水垢积累,换热能力下降,出口水温只能升至 70 ,试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。解:查附录得,300 kPa 的饱和水蒸气温度为 133.3 水的定性温度为(1) 12m805Ct在 50 下,水的物理性质如下: 2 364.7810Wm98.1kgmPas4.17kJgCpCC-5; ;
8、=540; 4i 2.6.e4.1703.5.8pduRcPr-5-91应用公式 5-58a 进行计算 CmW3627C53.2180.64723.PrRe. 224.0.04.8.0i d 4.7051671 24ioSio dRK(2) mc21()pQtWCt(a)c21()pKStt(b)(b)式(a)式,得 m21Ktt CmW2.596 CmW4.72803.1ln.lnlnl2 221212112m12 KtTtttttt Cm2.5960362705112siioSio RdRK21在一套管换热器中,用冷却水将 4 500 kg/h 的苯由 80 冷却至 35 , ;冷却水在m
9、m 的内管中流动,其进、出口温度分别为 17 和 47 。已知水和苯的对5.2m流传热系数分别为 850 W/(m2)和 1 700 W/(m2),试求所需的管长和冷却水的消耗量。解:苯的定性温度 C5.723801mtt时苯的定压热容为 1.824 kJ/(kg)57.C水的定性温度 273121mtt时水的定压热容为 4.176 kJ/(kg)7冷却水的消耗量 h12c21()()ppQWCTthkg2948746.35805012cc tp管长 21hmTWtKSQp32si.0CCmW7.485C85021722io dK7.435480lnmt 223m21h m53.875.4860012. tKTcWSp