传热习题课

第四章传热习题3．外径为159mm的钢管，其外依次包扎A、B两层保温材料，A层保温材料的厚度为50mm，导热系数为0.1W/(m·℃)，B层保温材料的厚度为100mm，导热系数为1.0W/(m·℃)，设A的内层温度和B的外层温度分别为170℃和40℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？解：mW150mW100159100502159ln0.11159502159ln1.014017014.32ln21ln2123212121rrrrttLQA、B两层互换位置后，热损失为mW5.131mW100159100502159ln1.01159502159ln0.114017014.32ln21ln2123212121rrrrttLQ6．在一传热面积为40m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30000kg/h，其温度由22℃升高到36℃。溶液温度由115℃降至55℃。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，io、分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。解：求清洗前总传热系数KC7.52C225536115ln225536115mtCmW231CmW7.52403600223610174.430000223mtSQK求清洗后传热系数K由热量衡算hp,h12cp,c21()()WCTTWCtthp,h12cp,c21()()WCTTWCttcp,c2121hp,h()WCTTttWCC9.37C22402236551151151212211ttttTTTC1.38C229.3740115ln229.3740115mtCmW8.410CmW1.38403600224010174.430000223K清洗前两侧的总传热热阻WCm109.1WCm8.4101231111232SKKR7．在一传热面积为25m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28000kg/h，其温度由25℃升至38℃，平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。有机溶液的温度由110℃降至65℃，平均比热容为1.72kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。解：p,c4.17CkJ/(kg·℃)cp,c21()QWCttW1022.4W25381017.436002800053求mt有机物110→65水38←25————————————————t7240C4.54C4072ln4072mtCmW3.310CmW4.54251022.4225Khkg10963.1skg452.5skg651101072.11022.443521hhKTTcQWp8．在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10000kg/h，其初始温度为30℃，平均比热容为4.174kJ/（kg·℃）。有机溶剂的流量为14000kg/h，温度由180℃降至120℃，平均比热容为1.72kJ/（kg·℃）。设换热器的总传热系数为500W/(m2·℃)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。解：kW3.401hkJ104448.1hkJ12018072.114000621hTTWcQp冷却水的出口温度为C61.64C30174.410000104448.161cc2tcWQtp逆流时C102.2C9039.115ln39.25C3012061.64180ln3012061.64180mt223mm854.7m2.102500103.401tKQS逆并流时C97.94C15039.55ln61.94C3018061.64120ln3018061.64120mt223mm452.8m97.94500103.401tKQS逆9．在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1600m3/h，常压下苯的沸点为80.1℃，气化热为394kJ/kg。冷却水的入口温度为20℃，流量为35000kg/h，水的平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。总传热系数为450W/(m2·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。解：苯蒸气的密度为33mkg692.2mkg1.8027308206.0781RTPMhkg2.4307hkg692.21600hWW1071.4hkJ10697.1hkJ3942.430756hWQcp,c21()QWCtt235350004.1710(20)4.71103600t解出231.6t℃求mt苯80.1→80.1水31.620————————————————t48.560.1C1.54C5.481.60ln5.481.60mt225mm3.19m1.544501071.4tKQS20．用压力为300kPa（绝对压力）的饱和水蒸气将20℃的水预热至80℃，水在25mm2.5mm水平放置的钢管内以0.6m/s的速度流过。设水蒸气冷凝的对流传热系数为5000W/(m2·℃)，水侧的污垢热阻为6×10-4m2·℃/W，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求（1）换热器的总传热系数；（2）设操作半年后，由于水垢积累，换热能力下降，出口水温只能升至70℃，试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。解：查附录得，300kPa的饱和水蒸气温度为133.3℃水的定性温度为（1）12m802050C22ttt在50℃下，水的物理性质如下：2364.7810Wm988.1kgmPas4.174kJkgCpCC-5；；=54.9410；4i20.020.6988.1e21582104.17410003.5464.7810pduRcPr-5-554.941054.9410应用公式5-58a进行计算CmW3627CmW53.32158202.06478.0023.0PrRe023.0224.08.04.08.0idCmW4.772CmW20251063627202550001111224ioSiiiooddRddK（2）mcc21()pQKStWCtt（a）mcc21()pQKStWCtt（b）（b）式÷（a）式，得m21m21KtttKtttCmW2.596CmW4.772803.133203.133ln703.133203.133lnlnlnlnln222121211221121212mm1212KtTtTtTtTKtTtTtttTtTttttttKttttttKCmW2.596202536272025500011112siioSiiiooRddRddK21．在一套管换热器中，用冷却水将4500kg/h的苯由80℃冷却至35℃，；冷却水在5.2mm25mm的内管中流动，其进、出口温度分别为17℃和47℃。已知水和苯的对流传热系数分别为850W/(m2·℃)和1700W/(m2·℃)，试求所需的管长和冷却水的消耗量。解：苯的定性温度C5.57C23580221m1ttt57.5C时苯的定压热容为1.824kJ/（kg·℃）水的定性温度C27C23717221m2ttt27C时水的定压热容为4.176kJ/（kg·℃）冷却水的消耗量hh12cc21()()ppQWCTTWCtthkg2948hkg1747176.43580824.1450012c21hhcttcTTcWWpp管长21hhmTTcWtKSQpCmW7.485CmW85020251700111122iiooddK32si1.210mCWRC75.24C17354780ln17354780mt223m21hhm535.8m75.247.4853600358010824.14500tKTTcWSp