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1、例题例1. 蒸汽管外面包扎有两层厚度相等的绝缘材料，第二层的对数平均直径相当于第一 层的对数平均直径的两倍，而第二层的导热系数则为第一层的1/2。若将两层材料互换位置 而其它情况均保持不变，问每米蒸气管保温层的总热阻改变多少？是增加还是减少？并说明 哪一种绝热层材料包在内层更为有效？解：(1)原工况：d =2d，九=1/2九m,2 m,1 2 1设内保温层热阻为R,外保温层热阻为R,两层总热阻为R，贝V：1 2 1+28 8R = R + R =+1+212 九 A 九 A1 m ，12 m ，288= +(2九)Kd L 九兀(2d )L2m ，12m ，1= 8九Kd L2 m ，1(2)
2、新工况：将两层互换位置后，设内保温层热阻为R,外保温层热阻为R,两1288 层总热阻为艮,贝y：R = R + R =+11+212 九 A 九 A2 m ，11 m ，288= +九 nd L X Kd L2 m ，11 m ，2=1.25-X nd L2 m ，1即： R =1.25R1+2 1+2可见，将绝热材料好的(即X小的)放在内层，可以减少热损失。例2.每小时500kg的常压苯蒸汽，用直立管壳式换热器加以冷凝，并冷却至30C，冷却介质为20C的冷水，冷却水的出口温度不超过45C,冷热流体呈逆流流动。已知苯蒸汽的冷 凝温度为80C，汽化潜热为390kJkg_1,平均比热容为1.86灯
3、应小瓦，并估算出冷凝段的传热2)冷凝段热流量为：系数为500Wm-2K-1,冷却段的传热系数为100Wm-2K-1,试 求所需的传热面积及冷却水用量为多少？解：如图所示为流体流经换热器的换热过程(1)冷却段热流量为：=q C (T -T ) =x1.86x103 x (80-30)1n,h p,h 123600=1.29x104W例2 附图 =q r =兰0 x 390 x 103 = 5.42 x 104 W2n,h3600冷却水用量为：=0.639kgs-13）冷却段：T / = i + T /q C 2n ,c p ,c1.29 x 1040.639 x 4.2 x 103+ 20 =
4、24.8 o C=26.5 o C(80 - 24.8) - (30 - 20),80-24.8In30-20A1 = = = 4.88m24)冷凝段：ATm,80 - 24.8) - (80 - 45)C 80 - 24.8In80-45A2 = = = 2.45m2所需总传热面积为：A = A A = 4.88 + 2.44 = 7.33m21 2 2例3.有一换热器，热流体为100C的热水，冷流体为20C的冷水。在某一工况下，两侧 给热系数皆为1000Wm-2K-i,并测得冷、热水出口温度分别为50C、30C。若保持热流体 流量不变，冷却水用量增加一倍。问此时冷、热水出口温度分别为多少？
5、（近似按平壁处理）。解：原工况下：K 二 1 1+ - aa121r+1000 1000=500Wm-2K-1=24.85 o C(100 - 50) - (30 - 20)i 100 50 In30-20热量衡算式：q C (T-T) = q C (T2/ -Tj )即：n,h p,h 21 n,c p,c 21= = = 2.33又：q C (Tj -Tj) = KATn,c p,c 21m= = = 1.21新工况下,冷水流量加倍, a = 2 0.8a22K/2o.8 a11+10002o.8 X1000635Wm-2K-i= = = 0.768设冷、热流体出口温度为T22/、T ,则
6、:2,2 2,2qn,cCp,c(T2,2/-T1/) = qn,hCp,h(T1-T2,2)n,c p,c n,h p,h 1 2,2= 2 X 2.33 = 4.661）=KA(T - T / ) - (T - T/)12,2 221q C (T - T1/)n,c p,c 2,2 12,2 1T T/K/A 卅 C 、ln 12 =(n,c pc1)T -T/q/ C q C2,21n,c p,cn,h n,h整理得:100-T/ln 22 二 0.768 x (4.661 1) T 202,22）100T/吐=16.62T 202,2联立（1）、（2）式解得：T = 23.8T 尸36
7、.42,2 2,2问：当冷水流量增加后，传热推动力及传热速率如何变化？例4在间歇搅拌釜内装有外表面积为lm2的沉浸式蛇管换热器，釜内装有1000kg比定 压比热容为3.8x103 J.kg-i.C-i的反应物溶液，蛇管内通入120C的饱和蒸汽加热溶液。若蛇管 总传热系数为600 Wm-2K-1,试计算将物料由25C加热至90C所需的时间。解：该过程为不定常传热过程设加热蒸汽温度为T,某瞬间釜内物料温度为tC,在微分段时间de内，温度升高dt,贝 ydO = mc dT = KS (T T /)d0pfme 90 dT me 120 25d0 =p= p InKS T T / KS 120 90
8、 025。=I。x 38 8103 m95 = 730s = 0.203h6000x130习题1. 如图，有一加热器，为了减少热损失，在壁外面包一层绝热材料厚度为300mm,导热系数为0.16WmK-i。已测得绝热层外侧温度为30,在插入绝热层 50mm处测得温度为75 C。试求加热器外壁面温度为若干？2. 红砖平壁墙,厚度为500mm, 一侧温度为200C,另一侧为30C, 设红砖的平均导热系数九=0.81WmK-1。试求：(1) 单位时间，单位面积上导过的热量；(2) 距离高温侧370m m处的温度。习 题 1 附 图3. 用平板法测定材料的导热系数。其主要设备为在平板的一侧用电热器加热,
9、另一侧 用冷水冷却,同时在板之两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为 0.02m2, 材料的厚度为20mm,现测得电流表的读数为2.8A,伏特计的读数为140V,两侧温度分别为 280 C和100C，试求该材料的导热系数。4. 燃烧炉的平壁从里到外依次由下列三种砖砌成：耐火砖 b = 230mm,九=1.05 WmK-1111绝热砖 b = 230mm,九=0.151 WmK-122普通砖b = 240mm,九=0.93 WmK-133若已知耐火砖内侧温度为1000C，耐火砖与绝热砖接触处的温度为940C，而绝热砖与 普通砖接触处的温度不得超过138C。试问：( 1)绝热层需用几块
10、绝热砖？( 2)普通砖外侧温度为若干？5. 某炉壁由200mm厚的耐火砖，100mm厚的绝热砖和6mm厚的钢板组成，耐火砖火层 侧的温度为1150C,钢板的外侧为30Co对炉子进行精确的热量衡算得出从炉壁向外的热损 失为900Wm-2,已知在耐火砖与绝热砖之间以及绝热砖与钢板之间可能存在薄的空气层，试 问这些空气层相当于多少 mm厚的绝热砖。已知耐火砖与绝热砖的导热系数分别为 1.52WmK-1与0.138WmK-1。6. 某工厂用0170x5mm的无缝钢管输送水蒸汽。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，其导热系数为0.065WmK-1,第二层厚为30mm
11、的石灰棉，其导热系数为）.21WmK-i。管内壁温度为300C，保温层外表面温度为40C，管 道长为50m。试求该管道的散热量。7. 平面炉壁由内层为120mm厚的某种耐火材料和外层为230mm厚的某种普通建筑材料 砌成。二种材料的导热系数均未知。测定已知炉内壁温度为00C,外侧面温度为113C，后 来在普通建筑材料外面又包扎一层厚50mm的石棉，九=0.1512WmK-1,以减少热量损失， 包扎后测得各层壁温为：炉内壁温度 = 800C；耐火材料外表面温度 = 686C； 普通建筑材料外表面温度= 405C； 石棉外侧温度 = 77C。问包扎石棉后热损失比原来减少百分之几？若是圆壁炉，热损失
12、比原来减少百分之几？8. 一个尺寸为060x3mm的铝合金钢管，外包一层30mm厚的软木及一层30mm厚的保温 材料（85%MgO），管壁温度110C,保温材料外表面温度为10C。（1）求每米每小时损失的热量。（ 2）若将两绝热层物互换，设互换后，管内壁温度和保温材料外表面温度不变，则传 热量为若干？（已知九=45Wm-1K-1,九=0.043Wm-1K-1,九=0.07 Wm-1K-1）。1239. 冷却水在019x2mm、长为2m的钢管中以1ms-1的流速通过。水温由288K升至298K。 试求管壁对水的给热系数。10. 在长为3m,内径53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg（
13、m2s）-1。苯在定 性温度下的物性数据如下：卩=4.9x10-4Pas,九=0.14 Wm-1K-1, Cp =1.8kJkg-1K1。试求苯 对管壁的给热系数。11. 压强为18atm （表），温度为120C的空气经一水蒸汽转化炉对流段预热到510C， 已知该予热器由038x3mm管子25根并连而成，空气流量为6040m3h-1 （标），试计算空气在管 内流动的给热系数。12. 将50kg10C的饱和水蒸汽通入温度为20C的1000kg水中，求混合后的温度。13. 2000kgh-1的硝基苯由355K冷却至300K，冷却水初温为15C，终温为30C，求冷 却水用量。又如将冷却水的流量增加到
14、3.5m3h-1,求冷却水的终温。14. 将4200kgh-1的苯，从27C加热到50C，苯在038x2.5mmm的管中流动。管外套以 057x3mm的管子，甲苯由环隙间流过，温度由72C冷却到38C。求甲苯对壁的给热系数。习题 15 附图习题 14 附图15. 如图在一列管式换热器中，用水来冷却油，冷却水走管内。试求两种流体的传热平 均温度差。16. 换热器，管内走热机油，管外走原油，进口温度分别为23 C、128 C，已知逆流 操作时，热机器油出口温度降为 155C，原油被加热至162C，试求平均温度差。又设机油和 原油的进口温度不变，流量和传热系数不变，并采用并流，其平均温度差为多少？17. 现测定套管换热器的总传热系数。数据如下：甲苯在内管中流动，流量为5000kgh-1 进口温度为80C，出口温度为50C ；水在环隙中流动，进、出口温度分别为5C和30 C。逆 流流动，冷却面积为2.5m2。问所测得的总传热系数为若干？18. 用不同的水流速度
