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1、化工原理 第四章 重点习题【4-6】某工厂用1705mm mm 的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm 的矿渣棉，其热导率为./()W m K 0065；第二层为厚30mm 的石棉灰，其热导率为./()W m K 021。管内壁温度为300，保温层外表面温度为40。管路长50m 。试求该管路的散热量。解 ()ln ln ln 142341122332111l t t q r r r r r r -=+ ()ln ln ln .230040185111511454580006585021115-=+ /W m =284.42845014210l Q
2、q l W =.kW =142【4-7】水蒸气管路外径为108mm ，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度/t 的变化关系为./()0033000023t W m K =+。水蒸气管路外表面温度为150，希望保温层外表面温度不超过50，且每米管路的热量损失不超过/160W m 。试确定所需保温层厚度。解 保温层厚度以b 表示(.)220033000023l dt dt q rt r dr dr =-=-+ (.)221120033000023r t l r t dr q t dt r=-+ .ln .()()2221212100023200332l r q t t t t r =-+-
3、已知/12150,50 160t t q W m =,.12100540054r m r r b b =+=+.().()ln .220066314150500000233141505016010054b -+-=+ .ln .2073144510054160b += 解得保温层厚度为.00133133b m mm =保温层厚度应不小于13.3mm 【4-9】空气以4m s 的流速通过.755375mm mm 的钢管，管长5m 。空气入口温度为32，出口温度为68。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热
4、量为578W ，钢管内壁的平均温度为多少。解 已知/,.,124 0068 5 32 68u m s d m l m t t =(1)对流传热系数计算空气的平均温度 3268502m t +=欢迎下载 2 查得空气在50时的物性数据./31093kg m =，.,./(),./()p Pa s W m c kJ kg -=5219610 28310 1005Pr 0698=，空气被加热，Pr 的指数04n =雷诺数.Re .450068410931521019610du -= 湍流 .5735600068l d = 对流传热系数 . .Re Pr 08040023d= .(.)(.)./().
5、W m -=2408042283100023152100698184 0068 (2)空气流速增加一倍，对流传热系数为./()u W m u = 08082218432 1(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，计算钢管内壁平均温度用式w m Q A t t =-（）计算钢管内壁的平均温度w t 。 已知空气进出口平均温度 50m t =在第(1)项中已计算出对流传热系数 ./()2184W m =钢管内表面积为 .200685107A dl m =钢管内壁平均温度 (57850794184107)w w Q t t A =+=+= 【4-10】温度为10、压力为101.3kPa 的空气，以
6、/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。列管式换热器的外壳内径为190mm ，其中装有37根的192mm mm 钢管，钢管长度为2m 。试求钢管外表面对空气的对流传热系数。解 已知空气压力.1013kPa =，温度,1210 30t t =，空气的平均温度 1030202m t += 查得空气在20的物性数据为：密度./31128kg m =，比热容./(3100510)p c J kg =，热导率22.7610()W m -=，黏度.519110Pa s -=，普朗特数Pr .0699=，空气被加热，Pr 的指数.04n =空气流动的截面积 ().22021
7、3700194- 湿润周边 (.)019370019+ 当量直径 (.).(.)224019370019400255019370019e d -=+欢迎下载 3 .27846000255e l d = 已知空气的流速 /10u m s = 雷诺数 .Re .450.025*=1511019110e d u -= 湍流 对流传热系数 ().Re Pr .( (2040804)40827610=0.023*）069900255e d -= ./()2475 W m =【4-11】有一套管式换热器，内管为.3825mm mm ，外管为573mm mm 的钢管，内管的传热管长为2m 。质量流量为/25
8、30kg h 的甲苯在环隙中流动，进口温度为72，出口温度为38。试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。解甲苯的温度 ,1272 38T T =，平均温度1272385522m T T T += 甲苯在55的物性数据有：密度/3830kg m =，比热容./()318310p c J kg =，热导率=0.128W/(m)，黏度.44310Pa s -=甲苯的质量流量 /12530 m q kg h =体积流量 /./v m q q m h =3112530830305 甲苯在环隙中的流速u 计算 套管的内管外径10038d m =，外管内径.20051d m =， 流速 ./(.)u m s
9、=-223050933 3600005100384 甲苯对内管外表面的对流传热系数计算 套管环隙的当量直径 21005100380013e d d d m =-=-=.2154600013l d = .Re .4400130933830234104310e d u -= 湍流 .Pr .341831043106150128p c -= 甲苯被冷却 .03n =.Re Pr 08030023de =欢迎下载 4 ()()./(W m =080342012800232341061500131222 ) 【4-27】欲将体积流量为33000m h （标准状况.101325，27315p kPa T
10、K =）的常压空气，用绝对压力为200kPa 的饱和水蒸气加热，空气从10加热到90。现有一列管式换热器，其规格如下：钢管直径.2525mm mm ，管长1.6m ，管数271根。如用此换热器，使空气在管内流动，水蒸气在管外冷凝，试验算此换热器面积是否够用？水蒸气冷凝时的对流传热系数可取为/()W m K 210000。解 空气的平均温度1210905022m t t t += 空气的物性参数 ./.361093，19610kg m Pa s -=()()./,.2328310 100510 p W m K c J kg K -=， Pr .0698=空气流量 /.3000293884 224
11、m q kg h = /.3388410933554 V m q q m h =热负荷 ()().321388410051090103600m p Q q c t t =-=一.W =486710 水蒸气 .2001202p kPa T =，平均温度差 .111202101102t T t =-=-=.22120290302t T t =-=-=.ln ln .m t t t t t -=12121102302621102302 空气流速 ./(.)223554116 3600360000227144vq u m s d n = .Re .4600211610931291019610du -=
12、 湍流 ().Re Pr (.).2040840828310=0.023=0.023129100698002nd - ./()W m K =2548 ./()2548K W m K =【4-29】 在一传热面积为20m 2的列管式换热器中，壳程用110的饱和水蒸汽冷凝以加热管程中的某溶液。溶液的处理量为2.5104kg/h ，比热容为4kJ/(kg K)。换热器初始使用时可将溶液由20加热至80。（1）该换热器使用一段时间后，由于溶液结垢，其出口温度只能达到75，试求污垢热阻值；（2）若要使溶液出口温度仍维持在80，在不变动设备的条件下可采取何种措施？做定量计算。解：原工况条件下的对数平均温差
13、：2112802054.611020ln ln 11080m t t t T t T t -=-欢迎下载 5 此操作条件下的总传热系数： ()()212500040008020/360015262054.6m2p2m m q c t t Q K A t A t -=W/ (m 2K) （1）使用一年后，溶液出口温度下降至75，此时的对数平均温差为2.587511020110ln 2075ln 2112m =-=-=t T t T t t t 总传热系数 ()()212500040007520/360013132058.2m2p2m m q c t t Q K A t A t -= W/(m 2K) 污垢热阻 41111 1.0631013131526d R K K -=-=-= m 2K/W （2）在不变动设备的条件下，可通过提高加热蒸汽的温度使溶液出口温度仍然维持在80。 此时传热温差为()()212500040008020/360063.5201313m2p2m q c t t Q t K A K A -= 即 2112802063.520ln ln 80m t t t T t T T T t -=- 由此解得 118.2T =【4-30】有一单管程的列管式换热器，其规格如下：管径为.2525mm mm ，管长为3m ，管数为37根。今拟采用此换热器冷凝并
