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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录第一章 流体流动与输送机械(2)第二章 非均相物系分离(32)第三章 传热(42)第四章 蒸发(69)第五章 气体吸收(73)第六章 蒸馏(95)第七章 固体干燥(119) 第三章 传热1、某加热器外面包了一层厚为300mm的绝缘材料,该材料的导热系数为0.16W/(m),已测得该绝缘层外缘温度为30,距加热器外壁250mm处为75,试求加热器外壁面温度为多少?解:2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成;耐火砖 b1=230mm, l1=1.05 W/(m)绝热砖 b2=230mm, l2=0.151W/(m)建筑砖 b3=240mm, l3=0.93W/(m)
2、 已知耐火砖内侧温度为1000,耐火砖与绝热砖界面处的温度为940,要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138,试求:(1) 绝热层需几块绝热砖; (2) 普通砖外侧温度为多少?解:(1)b2=?230mmb2=442mm2302mm则:绝热层需两块绝热砖。校核t2=?(2)t4=?习题3-3 附图3、505的不锈钢管,导热系数116(),外面包裹厚度为30mm导热系数0.2W/()的石棉保温层。若钢管的内表面温度为623,保温层外表面温度为373,试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。解:已知钢管的内半径钢管的外半径保温层的外半径根据式(3-12a),每米管长的热损失 由于是定态热传导,
3、故各层传导的热量应该相等,可得到钢管外表面的温度t2。4、603的铝合金管(导热系数近似按钢管选取),外面依次包有一层30mm的石棉和30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.16()和0.04()(管外涂防水胶,以免水汽渗入后发生冷凝及冻结)。(1)已知管内壁温度为-110,软木外侧温度为10,求每米管长上损失的冷量; (2)计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数; (3)若将两层保温材料互换(各层厚度仍为30mm),钢管内壁面温度仍为 -110,作为近似计算,假设最外层的石棉层表面温度仍为10。求此时每米管长损失的冷量。 提示:保温层互换后,保温层外壁面与空气间的对流传热
4、膜系数与互换前相同。解:(1) 每米管长损失的冷量: (2)各层热阻在总热阻中所占的分数:由以上计算可知钢管热阻很小,且。(3) 若将互换,厚度不变,且认为不变。以上计算可以看出,将保温性能好的材料放在里层,保温或保冷效果好。但此计算不严格,因为保冷好,则t4应增大,即。习题5附图5、欲测某绝缘材料的导热系数,将此材料装入附图所示的同心套管间隙内。已知管长l=1.0m. r1=10mm, r2=13mm, r3=23mm, r4=27mm。在管内用热电偶加热,当电热功率为1.0kW时,测得内管的内壁温度为900,外管的外壁温度为100,金属管壁的导热系数为50W/(),试求绝缘材料的导热系数。
5、若忽略壁阻,会引起多大的误差?解:按题意求得:内管壁的热阻为:外管壁的热阻为:通过多层管壁的热流量为:则:l2=0.114 W/()。若忽略两侧金属壁的热阻,则则:l2=0.114 W/()。由于金属壁的热阻远小于绝缘材料的热阻,在实验精度范围内,金属壁的热阻可以忽略。6、冷却水在252.5,长为2m的钢管中以1m/s的流速通过。冷却水的进、出口温度为20和50,求管壁对水的对流传热系数? 解:定性温度 查得水在35时的物性参数:管内径为:d=25-22.5=20mm=0.02m 湍流水被加热,k=0.4,得:7、一列管式换热器,由38根252.5的无缝钢管组成,苯在管内以8.32kg/s的流
6、速通过,从80冷却至20。求苯对管壁的对流传热系数;若流速增加一倍,其他条件不变,对流传热系数又有何变化?解:定性温度 查得苯在50时的物性参数:管内径为:d=25-22.5=20mm=0.2m 湍流苯被冷却,k=0.3,则:(2)流速增加一倍,u=2u,其他条件不变由于 所以 8、质量分数为98%,密度r=1800kg/m3的硫酸,以1m/s的流速在套管换热器的内管中被冷却,进、出口温度分别为90和50,内管直径为252.5。管内壁平均温度为60。试求硫酸对管壁的对流传热系数。已知70硫酸的物性参数如下:壁温60时的硫酸黏度 (1267 W/(m2)解:定性温度 查得硫酸在70时的物性参数:
7、壁温60时的硫酸黏度因为黏度较大,故用式(3-16)计算 过渡流过渡流校正9、原油在896的管式炉对流段的管内以0.5m/s的流速流过而被加热,管长6m。已知管内壁温度为150,原油的平均温度为40。试求原油在管内的对流传热系数。已知原油的物性参数为:原油150时的黏度 解:原油在管内流动的Re (层流) (0.6Pr6700)所以原油在管内的对流传热系数用式(3-19)计算由于所以对流传热系数需校正10、铜氨溶液在由四根453.5 钢管并联的蛇管中由38冷却至8,蛇管的平均曲率半径为0.285 m。已知铜氨溶液的流量为2.7m3/h,黏度为2.210-3Pas,密度为1200km/m3,其余
8、物性常数可按水的0.9倍选用,试求铜氨溶液的对流传热系数。解定性温度 查得水在23时的物性参数,并折算为铜氨液的物性: 四组蛇管并联的横截面积: 过渡区铜氨液被冷却,k=0.3,则:过渡流需校正弯管校正11、有一列管式换热器,外壳内径为190mm,内含37根192 的钢管。温度为12,压力为101.3kPa的空气,以10m/s的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动,空气出口温度为30。试求空气对管壁的对流传热系数。解:定性温度 查得空气在21时的物性参数: 湍流空气被加热,k=0.4,则:12、在接触氧化法生产硫酸的过程中,用反应后高温的SO3混合气预热反应前气体。常压SO3混合气在一由383
9、 钢管组成、壳程装有圆缺型挡板的列管换热器壳程流过。已知管子成三角形排列,中心距为51mm,挡板间距为1.45m,换热器壳径为2800;又SO3混合气的流量为4104m3/h,其平均温度为145.若混合气的物性可近似按同温度下的空气查取,试求混合气的对流传热系数(考虑部分流体在挡板与壳体之间短路,取系数为0.8)解:本题为列管式换热器管外强制对流传热,对流传热系数按式3-25计算管子正三角形排列时, 管外流体流过的最大截面积Smax计算: 管外流体的流速定性温度 下查得空气的物性参数: 因气体黏度变化较小,故,由因部分流体在单板与壳体之间隙短路,取实际对流传热系数为计算值的0.8倍13、在油罐
10、中装有水平放置的水蒸气管,以加热罐中的重油。重油的平均温度为20,水蒸气管外壁的平均温度为120,管外径为60mm。已知70时的重油物性数据如下:=900kg/m3 =0.175W/(m)cp=1.88kJ/(kg) =210-3m2/s=310-4 -1试求水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量kJ/(m2h)? 解:则 查表3-4, 得C=0.54, n=1/4,于是所以水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量14、压强为4.76105Pa的饱和水蒸气,在外径为100mm,长度为0.75m的单根直立圆管外冷凝。管外壁温度为110。试求(1)圆管垂直放置时的对流传热系数;(2)管子水平放置时的对流
11、传热系数;(3)若管长增加一倍,其他条件均不变,圆管垂直放置时的平均对流传热系数。解:压强为4.76105Pa的饱和蒸汽温度为150,此时水蒸气的汽化潜热r=2119kJ/kg冷凝液定性温度膜温,查130时水的物性参数 (1)管垂直放置时假设液膜中的液体作层流流动,由式3-31计算平均对流传热系数验证Re:所以假设层流是正确的。(3)管水平放置由式(3-29)和式(3-31)可得单管水平放置和垂直放置时的对流传热系数a和a的比值为所以单根管水平放置时的对流传热系数为:(3)管长为0.75m时,液膜流动的Re=1608,故管长增加一倍后,液膜成湍流状态。此时的对流传热系数为:所以因此当液膜从层流
12、转变为湍流时,冷凝对流传热系数急剧增加。15、载热体流量为1500kg/h,试计算以下各过程中载热体放出或得到的热量。 (1)100的饱和水蒸气冷凝成100的水; (2)110的苯胺降温至10; (3)比热为3.77kJ/(kgK)的NaOH溶液从370K冷却到290K; (4)常压下150的空气冷却至20; (5)压力为147.1kPa的饱和水蒸气冷凝后并降温至50。解:(1) 查饱和水蒸气 汽化潜热r=2258kJ/kg (2) 定性温度,查60时苯胺的物性参数(3)(4)定性温度,查85时空气的物性参数(5)压力为147.1kPa的水的饱和温度为 汽化潜热r=2230.1kJ/kg定性温度,查80.4时水的物性参数16、每小时8000m3(标准状况)的空气在蒸汽加热器中从12被加热到42,压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。若设备的热损失估计为热负荷的5%,试求该换热器的热负荷和蒸气用量。解:热量衡算:查得标准状况下的空气物性参数