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第一部分概念题3-2保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施?3-4换热器的热负荷与传热速率有何不同?3-6何谓换热器的控制热阻?3-10工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽,为什么?3-11“为了节省冷却介质的用量,在设计换热器的过程中,应尽量提高冷却介质的出口温度。”这种说法是否正确?第二部分计算题3-77某流体通过内径为100mm圆管时的流传热系数为120W/(Cm02),流体流动的雷诺数5102.1Re,此时的对流传热系数关联式为4.08.0PrRe023.0Nu。今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1:3的矩形扁管,而保持流速不变,试问对流传热系数有何变化?3-84某固体壁厚b=500mm,其导热系数mW/(0.1℃)。已知壁的一侧流体温度T=230C,其对流传热系数a1=50W/(m.℃);另一侧流体温度t=30℃,对流传热系数/(1002Wm2℃).若忽略污垢热阻,试求:(1)热通量q;(2)距热壁面25mm处的壁温tx。解:方法一先求热通量,然后以(T-tx)为传热推动力,?xt(ba11)为对应热阻,求出xt。即将热流体与壁b面对流传热与xb厚壁面的导热综合考虑。(1)热通量q图3-33-84附图3-85一立式换热器规格如下:管长3m,管数30根,管径为φ5.225mm,管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却2CS饱和蒸气,使之从饱和温度46℃降至10℃,走管外,其流量W=0.07kg/s,其冷凝潜热为356kJ/kg,比热容为1.05kW/(kg℃)。水走管内,且与2CS呈逆流流动。冷却水进出口温度为5℃和30℃。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为/2001wK(2m℃)和/1002wK(2m℃)。问此换热器是否合用?T2a1a3-92废热锅炉由25mm2。5mm的锅炉钢管组成。管外为水沸腾,绝对压强为2.8Mpa,管内走合成转化气,温度由550℃降至450℃。已知转化气一侧,21/(250mW℃)水侧20/(10000mW℃)。若忽略污垢热阻,求换热管的壁温wT及wt。3-96平均温度为270℃的机油从一φ108mm×6mm的钢管中流过。已知油对管壁的对流传热系数为340W/(m2·℃),大气温度为12℃。试求:(1)每米管长的热损失:(2)若管外包以导热系数为0.045W/(m·℃),厚度为20mm的玻璃棉作保护层,此时的热损失又为多少?假设管壁及污垢热阻可以忽略不计,外壁对空气的对流-辐射联合传热系数可用aT=8+0.05tW来计算。其中tW表示壁温,℃;αT的单位为W/(m2·℃)。3-98在管道中心装有热电偶以测量管内空气的温度。由于热电偶温度上升后对管壁进行辐射传热,测温元件的温度t1低于空气的真实温度ta。(1)试推导计算测量误差的关系式。(2)已知热偶的指示温度t1=220℃,管道内壁温度tW=120℃,热偶的黑度为0.8,空气对流传热系数α=40W/(m2·℃)·。试求真实的空气温度。3-100拟在列管式换热器中用120C的饱和蒸气将存放在常压贮槽中的温度为20C﹑比热容为2.09kJ/(kg·C)﹑质量为kJ4102的重油进行加热。采用输油能力为6000kg/h的油泵将油从贮槽送往换热器,经加热后再返回,油循环流动。若要求经4h后油温升至80C,试计算所需换热器的传热面积。假定整个加热过程中0K均可取作350W/(2m℃),而且任一瞬间槽内温度总是均匀的。3-101将一铜球投入T=350C的恒温油槽中。已知铜球的初始温1t=20C,质量m=1kg,表面积01.0A2m,比热容c=0.406CkgkJ/,油与球外表面的对流传热系数=60W/(2m)C。设可忽略铜球内部的导热热阻,求6min后铜球的温度2t。分析:铜球投入油中后,随即开始吸热升温过程。由于油温不变,随着球温上升,传热推动力即温差减小,传热速率下降。而传热速率下降反过来又影响铜球的吸热,使得球温上升速度渐减。所以铜球与油品之间的传热为一非定态传热过程。3-102用传热面积1A=21m的蛇管加热器加热容器中的某油品,拟将油温从201tC升至Ct802。已知加热器的总传热系数)/(2002CmWK,油品质量kgm500,比热容)/(2.2CkgkJcp。容器外表面散热面积2212mS,空气温度20t℃,空气与器壁的对流传热系数)/(102CmW,加热蒸汽的压强为kPa250。试求:(1)所需加热时间;(2)油品能否升至C90。不考虑管壁热阻及油与壁面的对流传热热阻。3-104:求电热器中电热丝的表面温度。已知电热丝直径0.5mm,全长2.5m,表面黑度9.0,周围反射器的温度为15℃,电热器的功耗为kw4.0。不计对流传热。(导热油、石英电加热器加热塔釜溶液的稳定时间及电热丝的表面最高温度)3-106有一列管式热换器,列管由薄壁钢管制成。壳方通入温度为720℃的饱和水蒸汽。管内走空气,空气流量为hKg/105.24,呈湍流流动,进口温度为30℃,出口温度为80℃。现加大空气流量为原来的1.5倍,进口温度不变。问此时的换热量为多少?(若保持出口温度不变,怎样处理?若载热体为导热油且保持出空气口温度不变,并已知导热油侧及空气侧的传热分系数,忽略污垢热阻,能否完成任务?)空气比热KKgJCP./1005,假设空气的物性保持不变。3-107一列管式换热器,由mm225的136根不锈钢管组成。平均比热为./4187KgJ℃的某溶液在管内作湍流流动,其流量为hkg/15000,并由15℃加热到100℃。温度为110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的给热系数2/520mWi为℃,蒸汽对管壁的给热系数./1016.1240mW为℃,不锈钢管的导热系数./17mW℃,忽略垢层热阻和热损失。试求:A)管程为单程时的列管长度(有效长度,下同);B)管程为4程时的列管长度(总管数不变,仍为136根)。3-112有一套管换热器,内管为mm254,套管为mm4116的钢管,内管中苯被加热,苯进口温度为50℃,出口温度为80℃,流量为hKg/4000。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝,其汽化热为KgKJ/1.2168,冷凝传热膜系数为KmW2/11630。苯在50℃~80℃之间的物性参数平均值为密度3/880mKJ,比热KgKJcp/86.1℃,粘度23/1039.0mNs,导热系数KmW/134.0,管内壁垢阻为Wcm/000265.02,管壁及管外侧热阻不计。试求:(A)加热蒸汽消耗量;(B)所需的传热面积(以内管外表面计)。(C)当苯的流量增加50%,要求苯的进出口温度不变,加热蒸汽的温度应为多少?3-117某一列管式换热器,将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动,饱和水蒸气在管外冷凝。今因生产任务加大一倍,除用原换热器外,尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用,且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。原换热器列管数为1n,管径为1d,管长为1l,而新换热器管数为2n21(2)nn,管径为)5.0(122ddd。试问新换热器管长2l为原换热器管长1l的几倍。3-121在一传热面积为290m的再沸器中,用95℃热水加热某有机液体,使之沸腾以产生一定量的蒸汽。有机液体沸点45℃,已知热水在管程流速sm/5.0(质量流量hKg/1026.15)。出口水温75℃,再沸器中列管管径mm5.225。A.计算该再沸器在上述操作情况下的传热系数K,热水侧给热系数2,沸腾侧给热系数1。B.若管程中热水流速增为sm/5.1,热水入口温度不变,试估算上升蒸汽量增大的百分率。(假定热水物性与沸腾侧给热系数可视为不变)以上计算,热水物性:243/103.3,/6.968mNsmkg,08.2Pr,/677.0,/2.4KmWKKgKJCP污垢热阻:,/2.0221KWKmRRss管壁热阻可忽略不计并不考虑热损失。3-123有一套管式换热器,甲流体(走管间)和乙流体(走管内)在其中逆流换热。生产要求将流量为810hkg/的甲流体(0.8/PCKcalkg℃)从120℃冷却至70℃,管壁的对流膜系数hmKcal21/2000℃,并可视作不变。乙流体由20℃被加热至50℃。乙流体35℃时的粘度为0.72Cp,已知内管内径为0.0508m,乙流体的平均流速为0.15sm/,管内壁对乙流体的对流传热膜系数hmKcal22/627℃,内管两端压强差为P。如果管壁及污垢热阻不计,流体的物性常数及摩擦力系数均可视为常数。求当此换热器内管两端压强差经调节增至3P时,完成这一传热过程所需的传热面积。3-133在套管换热器中,用117℃的饱和水蒸汽在环隙间冷凝,加热管内湍流流动(410Re)的水溶液kgkJCmkgpm/1.4,/1050(3℃),当溶液流量为hm/637.03时,可从20℃加热至102℃,而当流量增加到hm/2.13时,只能从20℃加热至97℃,试求换热器传热面积0s和流量为hm/2.13时的传热系数0k值。计算时可忽略管壁热阻,污垢热阻,并可当平壁处理,两种情况下,蒸汽冷凝系数0均可取82/(mkw℃)。
本文标题:化工原理第四章作业
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