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1、细心整理第三章习题解答3-29 平壁炉炉壁由两种材料构成。内层为130mm厚的某种耐火材料，外层为250mm厚的某种平凡建筑材料。此条件下测得炉内壁温度为820，外壁温度为115。为削减热损失，在平凡建筑材料外面又包一层厚度为50mm的石棉，其导热系数为0.22W/m。包石棉后测得的各层温度为：炉内壁820、耐火材料与平凡建筑材料交界面为690，平凡建筑材料与石棉交界面为415，石棉层外侧为80。问包石棉层前后单位传热面积的热损失分别为多少？解：加增石棉前后各界面处的温度符号如此题附图所示。习题3-29附图导热过程到达定态时，加增石棉后热损失等于通过石棉的导热速率由此可求耐火材料和平凡材料的导
2、热系数：加增石棉前热损失速率：3-30 如附图所示，炉壁由绝热砖A和平凡砖B组成。确定绝热砖导热系数lA=0.25W/mK，其厚度为210mm；平凡砖导热系数lB =0.75W/mK。当绝热砖放在里层时，各处温度如下：t1未知，t2=210, t3=60, tb=15。其中t1指内壁温度，tb指外界大气温度。外壁与大气的对流传热系数为a10W/mK。1求此时单位面积炉壁的热损失和温度t1；2如将两种砖的位置互换，假定互换前后t1、tb及a均保持不变，求此时的单位面积热损失及t2和t3。解m2习题3-30附图利用互换前的数据将的厚度求出：m互换后，m23-31 在外径为120mm的蒸汽管道外面包
3、两层不同材料的保温层。包在里面的保温层厚度为60mm,两层保温材料的体积相等。确定管内蒸汽温度为160，对流传热系数为10000W/m2K；保温层外大气温度为28，保温层外外表与大气的自然对流传热系数为16 W/m2K。两种保温材料的导热系数分别为0.06 W/mK和0.25W/mK。钢管管壁热阻忽视不计。求1导热系数较小的材料放在里层，该管道每米管长的热损失为多少？此时两保温层外表处的温度各是多少？2导热系数较大的材料放在里层，该管道每米管长的热损失为多少？此时两保温层外表的温度各是多少？解：r1=60mm，r2=120mm。因两层保温材料体积相等，mm1导热系数小的材料放在里层：由可得管壁
4、温度：由可得内保温层外壁温度：由 可得外保温层外壁温度：2在以上计算中，将l1和l2位置互换，可得导热系数较大材料放在里层的计算结果：Q/l=105.9W/m；t2=159.98，t3=113.21；t4=34.73-32 水在必需流量下流过某套管换热器的内管，温度可从20升至80，此时测得其对流传热系数为1000W/m2。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？确定两种状况下流淌皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60。解： 由查得水物性：，。查得时，苯的物性：，3-33 用试验来探究污垢对传热的影响。接受f281mm的铜管，水在管内流淌，水蒸汽在管外冷凝。总传热系数K在很宽的
5、流速范围内可用如下方程表示：对于清洁管：对于结垢的管：其中为水与管壁间对流传热系数的经验式，单位是W/(m2K)，u为水的流速，m/s。试求污垢热阻和蒸汽冷凝传热系数。换热管壁很薄，可近似按平壁处理。且铜的导热系数很大，管壁热阻忽视不计解：铜管值很大，所以管壁热阻可忽视。又因为管壁很薄，可近似按平壁计算K值：由可知，得管子结垢后：明显由于 所以 3-34 某套管式换热器由f483mm和f252.5mm的钢管制成。两种流体分别在环隙和内管中流淌，分别测得对流传热系数为a1和a2。假设两流体流量保持不变并忽视出口温度变更对物性的影响，且两种流体的流淌总保持湍流，试求将内管改为f322.5mm的管子
6、后两侧的对流传热系数分别变为原来的多少倍。解：因为管内及管外均为湍流，所以式中，将内管改为f322.5mm后，那么 即管内对流传热系数变为原来的0.583倍。环隙流速与环隙流通截面积成反比，即即管外环隙对流传热系数变为原来的1.57倍3-35 某套管换热器由f573.5mm的内管和f894.5mm的外管构成均为钢制，甲醇以5000kg/h的流量在内管流淌，温度由60降至30，其与内管管壁的对流传热系数为1500 W/ m2。冷却水在环隙流淌，其进、出口温度分别为20和35。甲醇和冷却水逆流流淌，忽视热损失和污垢热阻。试求1冷却水用量kg/h；2所须要套管长度。甲醇物性数据：cp1=2.6kJ/
7、kgK；水的物性数据：cp2=4.18kJ/kgK；r2=996.3kg/m3；l2=0.603W/mK；m2=0.84510-3Pas换热管管材导热系数l=45W/mK。解：1冷却水用量由热量衡算式求得：2对数平均传热温差环隙当量直径：水在环隙内流速：水的对流传热系数：总传热系数：所须要传热面积所需套管长度3-36 一列管换热器由f252.5mm的换热管组成，总传热面积为3m2。须要在此换热器中用初温为12的水将某油品由205冷却至105，且水走管内。确定水和油的质量流量分别为1100 kg/h和1250kg/h，比热分别为4.18kJ/kg和2.0kJ/kg，对流传热系数分别为1800W/
8、 m2和260 W/ m2。两流体逆流流淌，忽视管壁和污垢热阻。1计算说明该换热器是否合用？2在夏季，当水的初温到达28时，该换热器是否照旧合用？假设传热系数不变。解：1该换热器热负荷：W冷却水的出口温度为：； A=3m2，所以夏季时该换热器不合用。3-37 一列管冷凝器，换热管规格为f252.5mm，其有效长度为3.0m。水以0.65m/s的流速在管内流过，其温度由20升至40。流量为4600kg/h、温度为75的饱和有机蒸汽在壳程冷凝为同温度的液体后排出，冷凝潜热为310kJ/kg。确定蒸汽冷凝传热系数为820 W/ m2，水侧污垢热阻为0.0007m2K/W。蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻忽视
9、不计。试核算该换热器中换热管的总根数及管程数。解：定性温度下水的物性如下：cp2=4.17kJ/kgK，r2=995.7kg/m3，l2=0.618W/mK，m2=0.80110-3Pas冷凝放热量那么冷却水用量每程的管数可由水的总流量和每管中水的流速求出：，取为ni=24根每管程的传热面积为： W/ m2； W/ m2m2管程数取管程数N=4总管数：n=N ni=96根3-38 某套管换热器由f252.5mm的内管和f483mm的外管构成，长2m。管间通入120的饱和水蒸汽加热管内空气，使空气温度由25升至85。确定空气质量流量为48kgh，换热器外界环境温度为20。求该换热器空气侧的对流传
10、热系数；加热蒸汽的用量。空气比热取cp=1.0kJ/kgK。外管外壁与四周环境的对流传热系数可按下式计算：W/m2K其中：tW外管壁温，；ta四周环境温度。饱和蒸汽冷凝潜热取为r=2232kJ/kg。提示：蒸汽冷凝传热系数远大于管内空气强制对流和环境中空气自然对流传热系数解：1空气的对流传热系数远小于蒸汽冷凝之值，所以Ka空气。；所以 2蒸汽冷凝传热系数远高于外管外壁与四周大气的对流传热系数，所以通过外管外壁的热损失速率：那么蒸汽耗量为：3-39 116的饱和水蒸汽在一单管程列管式换热器的壳程冷凝，必需流量的空气在管程湍流流淌，其温度由20升至80。设总传热系数近似等于空气对流传热系数。1操作
11、中假设空气流量增加20%，为保持空气出口温度不变，问加热蒸汽温度应提高至多少度？2假设接受一双管程的换热器，其换热管管径和总管数与原换热器一样，那么为完成一样的换热任务，所须要换热管长度为原换热器的多少倍？忽视气体温度变更对其物性的影响。解：1，且保持空气出口温度不变，所以，解此式得T=118.12原工况：改为双管程，完成一样的换热任务，Q= Q, Dtm=Dtm。而u=2u管程湍流：由可得：，即所需换热管长度为原来的0.574倍。3-40 在某四管程的列管式换热器中，接受120的饱和水蒸汽加热初温为20的某种溶液。溶液走管程，流量为70000kg/h，在定性温度下其物性为：粘度3.010-3
12、Pas，比热1.8kJ/kgK，导热系数0.16W/mK。溶液侧污垢热阻估计为610-4 m2/ W，蒸汽冷传热系数为10000 W/m2，管壁热阻忽视不计。换热器的有关数据为：换热管直径，管数120，换热管长6米。试求溶液的出口温度。解：四管程，每一程的流通截面积：溶液在管内流淌的雷诺数：普朗特准数：管程对流传热系数：W/m2K总传热系数 m2/ W W/m2K总传热面积：饱和蒸汽加热，由式3-22：即解得：3-41 有一蒸汽冷凝器，蒸汽在其壳程中冷凝传热系数为10000W/m2K，冷却水在其管程中的对流传热系数为1000W/m2K。已测得冷却水进、出口温度分别为t1=30、t2=35。现将
13、冷却水流量增加一倍，问蒸汽冷凝量将增加多少？确定蒸汽在饱和温度100下冷凝，且水在管程中流淌均到达湍流。忽视污垢热阻和管壁热阻解：由于汽化潜热r为定值，所以原工况：忽视壁阻、垢阻，近似按平壁计算：新工况：，得：。由于水量加倍， 应降低，设新工况下为，那么，式中：， ，即 解得 蒸汽冷凝量增大64%3-42 用套管换热器每小时冷凝甲苯蒸汽1000kg，冷凝温度为110，冷凝潜热为363 kJ/kg，冷凝传热系数。换热器的内管尺寸为，外管尺寸为，有效长度为5m。冷却水初温为16，以3000kg/h的流量进入内管，其比热为4.174kJ/kg，粘度为1.11cP，密度为995kg/m3。忽视管壁热阻
14、、污垢热阻及热损失。求：1冷却水出口温度；2管内水的对流传热系数；3假设将内管改为的钢管，长度不变，冷却水的流量及进口温度不变，问蒸汽冷凝量变为原来的多少倍？解：1由热平衡方程式 可得 2由 可得由 可得 由 可得m2K/W=19073原管：湍流现管：，湍流；=(m2K/W)=1952由=得： 又由热平衡：，即冷凝量为原来的1.1倍。3-43 一单壳程双管程列管式换热器中，用130的饱和水蒸汽将36000kg/h的乙醇水溶液从25加热到80。列管换热器由90根，长3m的钢管管束组成，乙醇水溶液走管程，饱和水蒸汽走壳程。确定钢的导热系数为45W/mK，乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m3，粘度为1.210-3Pas，比热为4.02kJ/kgK，导热系数为0.42W/mK，水蒸汽的冷凝传热系数为10000W/m2K，忽视污垢热阻及热损失。试问：1此换热器能否完成任
