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1、1传热学计算练习题1某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为 100mm，其导热系数分别为 0.9W/（m ）及 0.7W/（m） 。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700，外表面温度为 130。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为 0.06W/（m）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740，外表面温度为 90。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？( )%5.682在外径为 140mm 的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390，保温层外表面温度不大于 40。保温材料的
2、 与 t 的关系为 =0.1+0.0002t（t 的单位为 ， 的单位为 W/（m） ） 。若要求每米管长的热损失 Q/L 不大于 450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布(b= 71mm)( t=501lnr942)。 3有一列管式换热器，由 38 根 25mm2.5mm 的无缝钢管组成。苯在管内流动，由 20被加热至 80，苯的流量为 8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数(1272 W/（m 2）)。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化 (2215 W/（m 2）)。4在预热器内将压强为 101.3kPa 的空气从 10加热到 50。预热器由一束长度
3、为 1.5m，直径为 861.5mm 的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有 15 行(对流传热核准系数为 1.02)，每行有管子 20 列，行间与列间管子的中心距为 110mm。空气通过管间最狭处的流速为 8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数(56W/ （m 2）)。注：( 空气流过 15 排管束时，对流传热核准系数为 1.02)5热空气在冷却管管外流过， 2=90W/（m 2） ，冷却水在管内流过， 1=1000W/（m 2） 。冷却管外径 do=16mm，壁厚 b=1.5mm，管壁的 =40W/（m ） 。试求：总传热系数 Ko；(80.8W/
4、 （m 2）)管外对流传热系数 2 增加一倍，总传热系数有何变化？(增加了 82.4%)管内对流传热系数 1 增加一倍，总传热系数有何变化？(增加了 6%)6有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为 89mm3.5mm，流量为 2000kg/h 的苯在内管中从 80冷却到 50。冷却水在环隙从 15升到 35。 苯 的 对 流 传 热 系 数h=230W/（m 2K） ，水的对流传热系数 c=290W/（m 2K） 。忽略污垢热阻。试求：冷却水消耗量；(1335 kg/h)并流和逆流操作时所需传热面积(并流 6.81 m2，逆流 5.83 m2)；如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算
5、冷却水出口温度与消耗量(46.6，846 kg/h)，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。7有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由 120降至 80，其对流传热系数 1=50W/（m 2K） 。壳程的冷却水从 15升至 90，其对流传热系数2=2000W/（m 2K） ，管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求水和空气的出口温度 t2 和 T2，忽略流体物性参数随温度的变化；(t 2=61.9，T 2=69.9)传热速率 Q比原来增加了多少？(25%)8为了得到热水，0.361 MPa (ts=140) 的水蒸气在管外凝结（如图 3 所示） ，其表面传热2系数 。冷却
6、水在盘管内流动，流速为 ，黄铜管外径为 ，壁厚为2950W/(mK)goh 0.8m/s18m，导热系数为 ，盘管的弯曲半径为 。冷水进换热器时的温度为 ，1.13/()9o25C加热到 。试求所需的换热面积( )及盘管长度(3.25m) 。不计管内入口效应修正及C2184.0温差修正。附注：(1)管内湍流强制对流换热实验关联式为：(流体被加热 n=0.4；流体被冷却 n=0.3)nffPrReNu8.023.(2)60oC 时水的物性：983.1 kg/m 3, cp=4.179 kJ/(kg K)，=65.910 -2 W/(m K)， =0.47810-6 m2/s， Pr=2.99；弯
7、管修正系数： 3)(.10RdR9一个壳侧为一程的壳管式换热器用来冷凝 7 355Pa 的饱和水蒸气，要求每小时内冷凝18kg 蒸汽。进入换热器的冷却水的温度为 250C，离开时为 350C。设传热系数为)/(842KWk，问所需的传热面积是多少？(0.74m 2).10已知：在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度 1,t出口温度为 80,t，管外流过冷水，进口温度 20,t，出口温度 70,2t，总换热量 KW35，共有 53根内径为 16mm、壁厚为 1mm 的管子。管壁导热系数 kmw*/4，管外流体的表面传热系数 kmwh*/150，管内流体为一个流程。管子内、外表面都是洁净的
8、。求：所需的管子长度。(2.80m)11如下图所示，有一稳定导热的平壁炉墙，墙厚 240mm ，导热系数 0.2W/m，若炉墙外壁温度 345，为测得炉墙内壁温度 1，在墙深 100mm 处插入温度计，测得该处温度 2 100，试求炉墙内壁温度 1。(177 )12水在一圆形直管内呈强制湍流时，若流量及物性均不变。现将管内径减半，则管内对流传热系数为原来的多少倍？(3.482 倍)13平壁炉的炉壁由三种材料所组成，其厚度和导热系数列于附表中。序 号 材 料 厚度 bmm 导热系数 W/m21（内层）23耐火砖绝缘砖钢20010061.070.14453若耐火砖层内表面的温度 t1 为 1150
9、，钢板外表面温度 t4 为 30，计算导热的热通量。实际测得通过炉壁的热损失为 300 W/m2，分析原因并计算附加热阻(2.83m 2/W)。14直径为 603 mm 的钢管用 30 mm 厚的软木包扎，其外又用 100 mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为 110，绝热层外表面温度 10。已知软木和保温灰的导热系数分别为 0.043 和 0.07 W/（m） ，求每米管长的冷量损失量(25 W/m)。15在内管为 18910mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从 100冷却到 60，其平均比热 CP 烃=2.38kJ/kg.， 环隙走冷却水，其
10、进出口温度分别为 40和50，平均比热p 水4.17kJ/kg.，基于传热外面积的总传热系数 K0=2000W/m2, 设其值恒定, 忽略热损失。试求： A)冷却水用量(7990Kg/h)；B)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长( 逆 =32.75, 并 27.93, L 逆 2.5 m, L 并 2.93 m)。 16在并流换热器中, 用水冷却油。水的进、出口温度分别为 15和 40, 油的进、出口温度分别为 150和 100。现因生产任务要求油的出口温度降至 80, 设油和水的流量、进口温度及物性均不变, 若原换热器的管长为 1m, 求将此换热器的管长增加多少米才能满足要
11、求(0.855 m)。换热器的热损失可忽略。17一单程列管式换热器, 由直径为 252.5 mm 的钢管束组成。苯在换热器的管内流动, 流量为 1.25 kg/s，由 80冷却到 30，冷却水在管间和苯呈逆流流动, 进口水温为 20, 出口不超过 50。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为 1.70 和 0.85 kW( 2)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积(13.8 m2)。苯的平均比热为 1.9 kJ/(kg), 管壁材料的导热系数为 45 W/(m)。18在列管式换热器中用水冷却油，水在管内流动。已知管内水侧对流传热系数 为 i349 W/（m 2） ，管外油侧对流传热
12、系数 为 258 W/（m 2） 。换热器在使用一段时间后，o管壁面两侧均有污垢形成，水侧的污垢热阻 Rsi 为 0.00026 （m 2）/W，油侧的污垢热阻Rso 为 0.000176 （m 2）/W。若此换热器可按薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。求：（1）产生污垢后热阻增加的百分数；(6.48%)（2）总传热系数 K。(139.33 W/（m 2）)19一单壳程单管程列管换热器, 由多根 252.5mm 的钢管组成管束, 管程走某有机溶液, 流速为 0.5m/s，流量为 15T/h,比热为 1.76kJ/kg.K,密度为 858kg/m3,温度由 20加热至 50。壳程为 130的饱和
13、水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为 700W/m2K 和10000W/(m2K)。钢导热系数为 45W/m.K。垢层热阻忽略不计。 求:A)此换热器的总传热系数; (以外表面积为基准) (513W/(Km2) B)此换热器的管子根数及有效管长;( 31 根, 1.85m) C)在冷流体温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要采取什么措施？20拟设计由 252的 136 根不锈钢管组成的列管换热器。平均比热为 4187J/kg.的某溶液在管内作湍流流动，其流量为 15000kg/h，并由 15加热到 100。温度为 110的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数 i = 520W/m2, 蒸汽冷凝时的对流传热系数 =1.16104W/m2,不锈钢管的导热系数 =17W/m., 忽略垢层热4阻和热损失。试求： A)管程为单程时的列管长度（有效长度，下同） ； (9.20 m) B)管程为 4 程时的列管长度（总管数不变，仍为 136 根） 。(3.56 m)
