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1、1.锅炉钢板壁厚3 =20mm ,其导热系数儿=46.5W/(m K )。若粘附在锅炉内 壁上的水垢层厚度为62=1mm ，其导热系数入2=1.162W/(m K )0已知锅炉钢板外表面温度为L=523K ,水垢内表面温度为t3 =473K ,求锅炉每平方米表面积的传热速率，并求钢板内表面的温度t2。(原题1)解：该题为圆筒壁的热传导问题，如果设锅炉的半径为r ,则产+0.02,2 = r ,=r -0.001 ,根据题意，可以得到1定2左3 ,所以Sm1之Sm2由圆筒壁的导热速率方程：Q =t1-t3bibi,i Smi B1S +m1b2,2Sm2其中，t = 523K , t3 = 47
2、3K ,加=46.5W/(m K ), M =1.162W/(m K ), b = 0.02m ,b2= 0.001m, Sm1Sm2 = S oQt1-t3523 -47322所以 q = - = :=W/m = 3.874W/mS b1b20.02 0.001 T - 十46.51.162根据圆筒壁的导热速率方程:tn 1t1-t2bi,iSmi1Sm1可以得到：t2寸-曲=523 113.874 0.00246.5= 506.3(K)2.在一小60 x 3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为 40mm的氧化镁粉,平均导热系数九=0.07W/(m , )；外层为20mm的石棉层，平均导
3、热系数九=0.15W/(m )。现用热电偶测得管内壁温度为 500C ,最外层表面温度为80 Co已知钢管的平均导热系数 人=45W/(m),试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。（原题2）解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式:t1 -tn 1t1 -t4biiSmib1b2b31.2 -11 Sm11 2Sm2 3$m3=2 ntt1 - t4b1b2b3_. -11rm11 2rm2 1 3rm3式中：t1=500C, t4=80C, r1=60/2-3.5=26.5(mm),2=60/2=30(mm),r3=30+40=70(mm), r4=70+20=90(mm), b1=3.
4、5mm, b2=40mm, b3=30mm,4=45W/( m C), %=0.07W/( m C), ；3=0.15W/( m C)。r1 r226.5 30rm1 = 12 = 28.3(mm)22m270-30i 70 In 30=47.2(mm)m3=80(mm)所以每米管长的热损失为:Q =2tt4L -+ b2 + b31rm1 2rm2 3rm3=2 3.142 3.142 3.545 M 28.3500 - 8040200.07 47.2 0.15 80W/m= 191.6W/m因为Q=1七1 =2L、bii 1 i i Smit1 -t4t 3-42 冗 L 34b313rm
5、3所以 t3=t4 +QMb3 =80 +191.6M20= 130.8 ( C)L 2冗人3132M 3.142 父 0.15 父 803 .有一列管式换热器，由38根（|）25X 2.5mm的无缝钢管组成，苯在管程流动， 由20c加热至ij 80C,苯的流量为10.2 kg/s,饱和蒸汽在壳程冷凝。试求：（1） 管壁对苯的对流传热系数？ （ 2）若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变化？（原题4）解：（1）苯的定性温度20+80 = 50 C,此状况下的物性为：23N=0.45mPas, P=860kg/m , Cp = 1.80kJ/（kg，C ）,九=0.14W/（m，C ）根据公式
6、：=0.023Re.8Pr.4didi=0.020m,=1.0m/s10.2只2860 38 0.0224Re 二du Pv0.020 1.0 86030.45 10= 38222(湍流)Pr =Cp1.80 0.45=5.7860.14：i -0.023Re0.8 Pr04di= 0.023 0.14 382220.8 5.7860.4W/m2 C 0.020= 1505W/ m2 C(12)苯的流量增加1倍后，%=叫父20.8 11505X20.8W/(m2 C )=2620W/(m2 )44 .苯流过一套管换热器的环隙，自 20c升高至80C,该换热器的内管规格为小19 mmX 2.5m
7、m,外管规格为 小38 mmX3 mm。苯的流量为 1800 kg/h,求苯 对内管壁的对流传热系数。解：苯的定性温度20+80 = 50 ,此状况下的物性为：20 o 0.45mPa s , P= 860kg/m3, cp = 1.80kJ/（kg , C ）,九=0.14W/（mC ）Wsp A苯的流速为:=1.12m/s1800JT3600 860 0.0322 -0.01924套管的当量直径为:4d12 -d2de =4=d1 -d2 = 32-19 mm = 13mm二 d1二d2流体的雷诺数为:Re 二deU-0.013 1.12 86030.45 10= 27826 (湍流)Pr
8、=1.80 0.45 广”5.790.14d1321 =1.68 1.65d219由此可得对流传热系数为:1,二0.02 上 Re0.8 Pr3 de1/、0.530.14083322 三=0.02父父27826 .父5.793 父 一 W/(m C )0.013192= 1832W/(m C )与书上答案1794W /(m2 C畸有不同。5.常压下温度为120c的甲烷以10 m/s的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。离开换热器时甲烷温度为 30C,换热器外壳内径为190 mm,管束由37根小19 mmx2mm的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。解：甲烷的平均温度120 +30 =
9、75此状况下的物性为2N=0.012mPa s, P=0.562kg/m3, Cp = 2.48kJ/(kg C ),九=0.04W/(m，C )列管换热器的当量直径为:224 - d1 37d2. 2222,4 12dl - 37d2190 -37 19de = = =mm = 25.47mma 37：d2a 37 a 190 37 19流体的雷诺数为:RedeU P0.02547 10 0.5620.012 10学11928 （湍流）由此可得甲烷对管的对流传热系数为:二二0.023Re0%3de0.04 一 0.8= 0.023119280.02547= 60.3W/（m2 ）0.32.4
10、8x0.012）、八/ 2 W/（m C）10.04；6.温度为90c的甲苯以1500kg/h的流量通过蛇管而被冷却至 30 Co蛇管的直 径为小57 mmx 3.5mm,弯曲半径为0.6m,试求甲苯对蛇管的对流传热系数。90 30解：甲苯的平均温度 丝=60C,此状况下的物性为：2N =0.3864mPa s ,= 831.8kg/m3, Cp =1.853kJ/(kg C ),九=0.1238W/(m , C )流体的流速为：Vs Ums1500u -m/s = 0.255m/s12 12r1_2二d2二d2：36003.142 0.0502 831.8444流体的雷诺数为：Redu P0
11、.05 0.255 831.830.3864 10= 27447（湍流）湍流时甲苯对直管的对流传热系数为:=0.023Re0.8Pr0.3d0.3一。磔父山必，?。乂1.853，0.3864W/屁。0.0500.1238 J-2162.3W/ m2 C过渡流的校正系数:_ 5_ 56 1056 105二1 - D 1.8= 1 一/I #8 = 0.612Re 2744.7圆形弯管的校正系数为:di0.050=1 1.77=1 1.77-1.1475R0.6甲苯对蛇管的对流传热系数为:2 c2 c”=豆 m0.612 m 1.1475= 342.7 m 0.612 x1.1475W/（m -C
12、 ）=240.7W/（m ，C ）7 . 120C的饱和水蒸气在一根 425M 2.5mm、长1m的管外冷凝，已知管外壁温度为80Co分别求该管垂直和水平放置时的蒸气冷凝传热系数。解：(1)当管垂直放置时，冷凝传热系数的计算方法取决于冷凝液在管外沿壁面向下流动时的流动型态。采用试差法，假定冷凝液为层流流动，则:疗垂直=1.13液膜温度为 180 =100 C ,该温度下水的物性为N = 0.283mPa s , 2P=958.4kg/m3,九= 0.683W/（m ）冷凝温度为120C,此温度下水的相变始为:r =2205.2kJ / kg 。所以可以计算仪垂直=1.131r：2g3 4l.：
13、t= 1.133232205.2 10958.4 9.81 0.6830.283 10 1 120 -8014W/（m2 ）= 5495.3W/(m2 C )根据此计算结果校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数为:Re =doUP doG _ （4S/巩/m/S）_4Q/（r 叼。）_ 竺垂直 jQ /（叼。）= 4a 垂直 lt代入相关数据后可以求得二14092205.2 1 03 0.283 1 0，4:垂直l . ：t4 5495.3 1 120 -80层流假定成立，以上计算有效。（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数:a水平= 0.725W/ m2 Cc c
14、 2205.2X10 X 958.4 父 9.81 父 0.683 4= 0.725 飞0.283x10 X0.025 x (120-80)2 .= 8866.7W/m C88 .实验室内有一高为1m,宽为0.5m的铸铁炉门，其表面温度为 600C ,室温 为20Co试计算每小时通过炉门辐射而散失的热量。如果在炉门前 50mm处放 置一块同等大小同样材料的平板作为隔热板，则散热量为多少？如果将隔热板更换为同等大小材料为已经氧化了的铝板，则散热量有何变化？解：（1）不加隔热板时，铸铁炉门被四壁所包围，铸铁黑度为7 =0.78, C-= wQ0 ,角系数中-=1 ,根据Q1，=c，”T%）一岛）= 0.78 5.669 1 1 0.5600 273.15 一 30 273.15 wI 100）1100 川=12664W
