第四章 传热题.ppt

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1、例例4-1 某某平平壁壁厚厚度度为为0.37m，内内表表面面温温度度t1为为1650，外外表表面面 温温 度度 t2为为 300，平平 壁壁 材材 料料 的的 热热 传传 导导 系系 数数=0.815(1+0.00093t),的的单单位位为为W/m.，t 的的单单位位为为。求求单单位位面积的传热量及平壁内温度分布。面积的传热量及平壁内温度分布。解：由傅立叶定律：解：由傅立叶定律：积分积分同理，由傅立叶定律同理，由傅立叶定律上式的积分限将上式的积分限将b换成换成x，t2换成换成t，可得温度分布，可得温度分布例例4-2 某某燃燃烧烧炉炉的的炉炉壁壁由由500mm厚厚的的耐耐火火砖砖、380mm厚厚

2、的的绝绝热热砖砖及及250mm厚厚的的普普通通砖砖砌砌成成。其其值值依依次次为为1.4 W/m.，0.10 W/m.及及0.92 W/m.。传传热热面面积积为为1m2，现现操操作作时时耐耐火火砖砖内内壁壁温温度度为为1000，普普通通砖砖外外壁壁温温度度为为50，要要求求绝绝热热温温度度不不超超过过940，普普通通砖砖温温度度不不超超过过138，求求单单位位面面积积的的热热传导速率及层与层之间温度？传导速率及层与层之间温度？解：设耐火砖两侧温度为解：设耐火砖两侧温度为t1和和t2，普通砖两侧温度为普通砖两侧温度为t3和和t4 ，则则又又解得解得均未超过温度限。均未超过温度限。例例4-34-3有

3、一玻璃管，内外直径分别为有一玻璃管，内外直径分别为5mm5mm和和6mm6mm，用来输送，用来输送流体，若管内壁温度为流体，若管内壁温度为7575，外壁温度为，外壁温度为3030，玻璃的，玻璃的平均热传导系数平均热传导系数为为1.09W/m.1.09W/m.。求单位管长的热传。求单位管长的热传导速率？若外包扎一层厚为导速率？若外包扎一层厚为2mm2mm的绝热材料，绝热材料的绝热材料，绝热材料外表面温度为外表面温度为2525，热传导系数为，热传导系数为0.09W/m.0.09W/m.，这时，这时单位管长的热传导速率又为多少？单位管长的热传导速率又为多少？解：由圆筒壁一维稳态热传导公式所以包有绝热

4、层时由多层圆筒壁热传导公式例例4-4 在在一一60603.5mm3.5mm的的钢钢管管外外包包有有两两层层绝绝热热材材料料，里里层层为为40mm40mm的的氧氧化化镁镁粉粉，平平均均导导热热系系数数=7=7 0.0W/(m0.0W/(mK)K)，外外层层为为20mm20mm的的石石棉棉层层，其其平平均均导导热热系系数数=0.15=0.15 W/(W/(m mK K)，现现用用热热电电偶偶测测得得管管内内壁壁温温度度为为500 500，最最外外层层表表面面温温度度为为80 80，管管壁壁导导热热系系数数=45=45 W/(W/(m mK K)，试试求求（1 1）每每米米管长的热损失（管长的热损失

5、（2 2）保温层界面温度。）保温层界面温度。解（1）每米管长的热损失。（2）界面温度 或 解得：【例例1】套管换热器外管内径60mm，内管规格404.0mm，用水将为2500kg/h的某液体有机物从100冷却至40，水走管内，有机物走环隙，逆流流动，操作温度下，有机物密度860kg/m3,粘度2.810-3Pa.S，比热2.26kJ/(kg.)，导热系数0.452W/(m.),水的进、出口温度分别为15和45，热损失忽略不计。试求：(1)水对管内壁的给热系数；(2)有机溶液对管外壁的给热系数；(3)若将水流量增加20%，其他条件不变，重求水对管内壁的给热系数。解：解：水的定性温度：水的定性温度

6、：查得查得2=995.7kg/m3,2=0.0008Ns/m2,2=0.618W/(mK)Cp2=4.174kJ/(kg)根据热量衡算式求得水流量 管内流速：水侧给热系数：套管环隙当量直径de=d2-d1=0.060-0.04=0.02mm,环隙流速 根据过渡流给热系数的计算方法，有 故得溶液侧给热系数：水流量增加后的给热系数【例【例 2】一列管式换热器，由38根252.5mm的无缝钢管组成，苯在管内流动，由20加热到80，苯的流量为8.32kg/s，外壳中通入水蒸气进行加热，求：（1）管壁对苯的对流传热系数；（2）管子换192mm，管壁对苯的对流传热系数；（3）当苯的流量提高一倍，对流传热系

7、数变化如何？已知：苯的物性解:(1)(2)(3)【例【例 3】在200kPa、20下，流量为60 m3/h的空气进入套管换热器的内管，并被加热到80，内管直径为 573.5mm，管长3m。试求管壁对空气的对流传热系数。解：定性温度为(2080)/2=50查附录空气的物性为 1.9610-5 Pas =2.8810-2 W/(m)Pr=0.698空气的流速 u=qV/(di2/4)=460/(3600 0.052)=8.49 m/s空气入口处密度为 所以，雷诺数 Re=du/=0.058.49 2.379/1.9610-5=51530且 L/di=3/0.05=60所以代入数据得 66.3(W/

8、m2)【例【例 4】5的冷冻盐水(25CaCl2溶液)以0.3m/s的流速流经一套管换热器内管，已知内管的内径为21mm、长度为3.0m。假设管壁的平均温度为65，试求盐水的出口温度。解：假设定性温度为5，查附录25CaCl2的物性为：1230 kg/m3,cp2.85 kJ/(kg),410-3 Pas,w 0.6510-3 Pas,0.57 W/(m)判断流型：Re=du/=1940 Pr=cp/=20 RePr(d/L)=272 100符合圆管内强制层流情况代入各数据得 421 W/(m2)作热量衡算：Q=Wcp(t2-t1)=S t其中：S=diL t=tw-(t1+t2)/2 W=r

9、i2u 将上述数据代入热量衡算式得：t2=9.37【例【例 5】有一列管换热器有一列管换热器,由由60根根 252.5mm的钢管组的钢管组成。成。通过该换热器，用饱和蒸汽加热苯。苯在管内流动，由通过该换热器，用饱和蒸汽加热苯。苯在管内流动，由20加热到加热到80，苯流量为，苯流量为13kg/s。试求苯在管内的对试求苯在管内的对流传热系数。若苯的流量提高流传热系数。若苯的流量提高80%，假设仍维持原来的，假设仍维持原来的出口温度，问此时的对流传热系数又为多少？出口温度，问此时的对流传热系数又为多少？解：解：定性温度为定性温度为(2080)/2=50 查附录苯的物性为查附录苯的物性为 860 kg

10、/m3,cp=1.8 kJ/(kgK),0.4510-3 Pa s =0.14 W/(m )管内苯的流速管内苯的流速 u=qm/n(di2/4)=13/860 60(3600 0.052)=8.49 m/s流动雷诺数流动雷诺数 普兰特准数普兰特准数一般列管式换热器一般列管式换热器 L/di=60所以可用所以可用代入数据得代入数据得 1260(W/m2)流量增加时：流量增加时：所以所以【例【例 6】压力为压力为0.1MPa的空气在内径为的空气在内径为50mm，长，长0.5m的水平管内流过。入口温度为的水平管内流过。入口温度为15，出口温度为出口温度为39，其平均流速为其平均流速为0.6m/s。管

11、壁温度维持在管壁温度维持在120。试试求空气在管内求空气在管内流动时的对流传热系数流动时的对流传热系数解解：定性温度为定性温度为(1539)/2=27,查附录空气的物性为查附录空气的物性为 1.18 kg/m3,cp=1.013 kJ/(kgK),1.8410-5 Pa s =0.0265 W/(m )，w 2.2910-5 Pa s判断流型：判断流型：Re=du/=1924，Pr=cp /=0.703 RePr(d/L)=272 135，Gr=(di3 2avg t)/2=1.56106符合园管内强制滞流情况，但需校正符合园管内强制滞流情况，但需校正代入各数据得代入各数据得 4.9 W/(m

12、2)而而 f=0.8(1+0.015Gr1/3)=2.19则则例：有一列管换热器，由252.5mm的钢管组成。CO2在管内流动，冷却水在管外流动。已知管外的o=2500W/m2K，管内的i=50W/m2K。（1）试求传热系数K；（2）若o增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大的百分率；（3）若i增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增大的百分率。取钢管的导热系数=45W/mK，冷却水测的污垢热阻Rso=0.5810-3 m2K/WCO2侧污垢热阻Rsi=0.510-3 m2K/W解：（1）求以外表面积为基准时的传热系数则：(2)o增大一倍，即o=5000W/m2K时的传热系数KK值增加

13、的百分率（3）i增大一倍，即i=100W/m2K时的传热系数K值增加的百分率四、传热的平均温度差四、传热的平均温度差 恒温差传热：变温差传热：传热温度差不随位置而变的传热 传热温度差随位置而改变的传热 传热流动形式 并流：逆流：错流：折流：两流体平行而同向的流动 两流体平行而反向的流动 两流体垂直交叉的流动 一流体只沿一个方向流动，而另一流体反复折流 例：在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却水将热流体由100冷却至40，冷却水进口温度15，出口温度30，试求在这种温度条件下，逆流和并流的平均温度差。解解：逆流时：热流体：冷流体：70 25并流时：热流体：冷流体：85 10【例【例1

14、】在套管换热器中用在套管换热器中用20的冷却水将某溶液从的冷却水将某溶液从100冷却至冷却至60，溶液流量为，溶液流量为1500kg/h，溶液比热为溶液比热为 3.5kJ/(kg)，已测得水出口温度为，已测得水出口温度为40，试分别计算并流，试分别计算并流与逆流操作时的对数平均温差。若已知并流和逆流时总传与逆流操作时的对数平均温差。若已知并流和逆流时总传热系数热系数K=1000W/(m2)，求并流操作和逆流操作所需的求并流操作和逆流操作所需的传热面积。传热面积。解：逆流和并流的平均温差分别是：解：逆流和并流的平均温差分别是：传热负荷为：逆流操作和并流操作时换热器的面积分别是：【例例2】在内管为

15、在内管为 的套管换热器中，流量的套管换热器中，流量为为 的盐水从的盐水从 加热到加热到 ，采用常压蒸汽，采用常压蒸汽在管外加热，蒸汽温度在管外加热，蒸汽温度 ,内管的导热系数内管的导热系数 ，盐水给热系数为盐水给热系数为 ，蒸汽在管外给热系数蒸汽在管外给热系数 ，求加热套管的长度应为多少米？盐水比热，求加热套管的长度应为多少米？盐水比热 。解：解：基于内表面为基准基于外表面为基准结果完全一致。例：车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门，其温度为227，室内温度为27。为了减少热损失，在炉门前50mm处设置一块尺寸和炉门相同的而黑度为0.11的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。解解：(1)放置铝板前因辐射损失的热量取铸铁的黑度为（2）放置铝板后因辐射损失的热量用下标1、2和i分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的温度为TiK，则铝板向房间辐射的热量为：式中：炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热，故放置铝板后因辐射损失的热量为：式中：当传热达到稳定时，放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为：结结论论：设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法，而且挡板材料的黑度愈低，挡板的层数愈多，则热损失愈少。