(05)第五章 传习题热答案10页word.doc

如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流(05)第五章 传习题热答案【精品文档】第 9 页第五章 传热 1用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m2，厚度为0.02 m，实验测得电流表读数为0.5 A，伏特表读数为100 V，两侧表面温度分别为200 和50 ，试求该材料的导热系数。 解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即式中 将上述数据代入，可得 2某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ，外表面温度为100 ，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为，绝缘砖的导热系数为，。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 （5-32）或 （5-32a）式中 代入1、2得解之得则 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： A、B两层互换位置后，热损失为 4直径为mm的钢管用40 mm厚的软木包扎，其外又包扎100 mm厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为，绝热层外表面温度为10 。软木和保温灰的导热系数分别为)和)，试求每米管长的冷损失量。 解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则5在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为25 mm×2.5 mm的钢管，其导热系数为45 W/(m·)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600 W/(m2·)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2·)。试求基于管外表面积的总传热系数，以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。 解：由查得钢的导热系数 mm mm 壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为管程对流传热热阻占总热阻的百分数为管壁热阻占总热阻的百分数为 6在一传热面积为40 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·)；（2）两种情况下，分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。 解：求清洗前总传热系数K求清洗后传热系数由热量衡算 清洗前两侧的总传热热阻 7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·) 求 有机物 110 65 水 38 25 72 408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14 000 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： 冷却水的出口温度为逆流时并流时 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 解出 求 苯 80.1 80.1 水 31.6 20 48.5 60.110在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30 ，出口温度为65 。油在管程流动，进口温度为120 。出口温度为75 ，试求其传热平均温度差。 解：先求逆流时平均温度差 油 120 75 水 65 30 55 45计算P及R查图5-11（a）得11某生产过程中需用冷却水将油从105 冷却至70 。已知油的流量为6 000 kg/h，水的初温为22 ，流量为2 000 kg/h。现有一传热面积为10 m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求： （1） 两流体呈逆流流动； （2） 两流体呈并流流动。 设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/(m2·)；油的平均比热容为1.9 kJ/(kg·)，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·)。热损失可忽略。 解：本题采用法计算 （1）逆流时 查图得 能满足要求 （2）并流时查图得 不能满足要求12在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为5 m2，总传热系数为1 400 W/(m2·)；热水的初温为100 ，流量为5 000 kg/h；冷水的初温为20 ，流量为10 000 kg/h。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为4.18 kJ/(kg·)，热损失可忽略不计。 解： 查图得 传热量 解出 解出 13水以1.5 m/s的流速在长为3 m、直径为的管内由20 加热至40 ，试求水与管壁之间的对流传热系数。 解：水的定性温度为由附录六查得30时水的物性为 995.7 kg/m3，=80.07×105 Pa·s，=0.6176，Pr=5.42则 （湍流）Re、Pr及值均在式5-59a的应用范围内，故可采用式5-76a近似计算。 水被加热，取n=0.4，于是得 14温度为90 的甲苯以1500 kg/h的流量流过直径为mm，弯曲半径为0.6 m的蛇管换热器而被冷却至30 ，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。 解：甲苯的定性温度为由附录查得60时甲苯的物性为 830 kg/m3，Cp1840 J/(kg·)，=0.4×103 Pa·s，=0.1205，则 （湍流） 流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时可用下式计算对流传热系数，即式中 弯管中的对流传热系数，； 直管中的对流传热系数，； di管内径，m； R管子的弯曲半径，m。 15压力为101.3 kPa，温度为20 的空气以60 m3/h的流量流过直径为，长度为3 m的套管换热器管内而被加热至80 ，试求管壁对空气的对流传热系数。 解：空气的定性温度为由附录五查得50 °C时空气的物性为 1.093 kg/m3，Cp1005 J/(kg·)，=1.96×105 Pa·s，=0.0283，Pr=0.698则 （湍流） 16常压空气在装有圆缺形挡板的列管换热器壳程流过。已知管子尺寸为mm，正方形排列，中心距为51 mm，挡板距离为1.45 m，换热器外壳内径为 m，空气流量为，平均温度为140 ，试求空气的对流传热系数。 解：由附录五查得°C时空气的物性为 0.854 kg/m3，Cp1013 J/(kg·)，=2.37×105 Pa·s，=0.0349，Pr=0.694 采用凯恩（Kern）法，即 （5-63）或 （5-63a）传热当量直径可根据管子排列情况进行计算。管子为正方形排列，则式中 t相邻两管的中心距，m； Do管外径，m。代入和do得式5-63及式5-63a中的流速u可根据流体流过管间最大截面积A计算，即式中 z两挡板间的距离，m； D换热器的外壳内径，m。代入z、D、t和do得上述式中的对气体可取为1.0。 17将长和宽均为0.4 m的垂直平板置于常压的饱和水蒸气中，板面温度为98 ，试计算平板与蒸汽之间的传热速率及蒸汽冷凝速率。 解：水的定性温度为由附录六查得99 °C时水的物性为 958.5 kg/m3，Cp4220 J/(kg·)，=28.41×105 Pa·s，=0.683oC)，Pr=1.762由附录八查得100 °C时饱和蒸气的物性为 kJ/kg，kg/m对于此类问题，由于流型未知，故需迭代求解。首先假定冷凝液膜为层流，由式5-135得核算冷凝液流型，由对流传热速率方程计算传热速率，即冷凝液的质量流率为单位长度润湿周边上的凝液质量流率为则 故假定冷凝液膜为层流是正确的。18常压水蒸气在一mm，长为3 m，水平放置的钢管外冷凝。钢管外壁的温度为96 ，试计算水蒸气冷凝时的对流传热系数。若此钢管改为垂直放置，其对流传热系数又为多少？由此说明工业上的冷凝器应如何放置？ 解：由附录查得，常压水蒸气的温度为100 。 定性温度由附录查得在98 下，水的物性为： 水平放置垂直放置 通过上述计算可知，工业上的冷凝器应水平放置。 19两平行的大平板，在空气中相距10 mm，一平板的黑度为0.1，温度为400 K；另一平板的黑度为0.05，温度为300 K。若将第一板加涂层，使其黑度为0.025，试计算由此引起的传热通量改变的百分数。假设两板间对流传热可以忽略。 解：第一板加涂层前因是两平行的大平板，则； ；于是 第一板加涂层后 空气导热的热通量，查得时，空气的导热系数加涂层前后传热通量减少的百分率为20用压力为300 kPa（绝对压力）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为5 000 W/(m2·)，水侧的污垢热阻为6×10-4 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）在50 下，水的物理性质如下：应用公式5-58a进行计算（2） （a） （b）（b）式÷（a）式，得21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mm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：苯的定性温度时苯的定压热容为1.824 kJ/（kg·）水的定性温度时水的定压热容为4.176 kJ/（kg·）冷却水的消耗量管长22某炼油厂拟采用管壳式换热器将柴油从176冷却至65。柴油的流量为9800kg/h。冷却介质采用35的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于30kPa，试选择适宜型号的管壳式换热器。解：略