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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

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IP屬地：天津 上傳時(shí)間：2021-05-01 格式：DOCX 頁(yè)數(shù)：14 大小：99.78KB 積分：18 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、第六章傳熱習(xí)題熱傳導(dǎo)6-1.如圖所示，某工業(yè)爐的爐壁由耐火磚 治1.3W/(m K)、絕熱層 0.18W/(m K)及普通 磚k= 0.93W/(mK)三層組成。爐膛壁內(nèi)壁溫度1100C,普通磚層厚12cm,其外表面溫度為50C 通過(guò)爐壁的熱損失為1200W/m2,絕熱材料的耐熱溫度為900C。求耐火磚層的最小厚度及此時(shí)絕熱 層厚度。1* 1|OOCQ得0設(shè)各層間接觸良好，接觸熱阻可以忽略。解：qtt = t2 -t = t34-1-2-3t3 =155 C1200 二 0.93 t3 -500.126-2.如圖所示，為測(cè)量爐壁內(nèi)壁的溫度，在爐外壁及距外壁 t2=300C , t3 =50C。

2、求內(nèi)壁溫度t1。設(shè)爐壁由單層均質(zhì)材料組成解：q =匕一上2 二t _t3-1；2t, =800 C6-3.某火爐通過(guò)金屬平壁傳熱使另一側(cè)的液體蒸發(fā)，單位面積的蒸發(fā)速率為0.348kg/(m2 與液體交界的金屬壁的溫度為110C。時(shí)間久后，液體一側(cè)的壁面上形成一層2mb；厚的污垢，污垢導(dǎo)熱系數(shù) 啟0.65W/(m K)設(shè)垢層與液面交界處的溫度仍為110C，且蒸發(fā)速率需維持不變，求與垢層交界處的金屬壁面 的溫度。液體的汽化熱r=2000kJ/kg。解：q =0.048 2000 =96kW/m21 =405.38 C6-4.為減少熱損失，在外徑 150mm的飽和蒸汽管道外復(fù)蓋保溫層。已知保溫材料的

3、導(dǎo)熱系 數(shù)啟0.103+0.00019&(式中t為C),蒸汽管外壁溫度為180C，要求保溫層外壁溫度不超過(guò)50C ,每米管道由于熱損失而造成蒸汽冷凝的量控制在1 x 10-4kg/(m s)以下，問(wèn)保溫層厚度應(yīng)為多少？解：查 180C水蒸汽 r：2019.3kJ/kgI I =0.1030.000198卜0.!26W/(m.C )*6-5.如圖所示，用定態(tài)平壁導(dǎo)熱以測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)。將待測(cè)材料制成厚3、直徑120mm的圓形平板，置于冷、熱兩表面之間。熱側(cè)表面用電熱器維持表面溫度 t1 =200C。冷側(cè)表面用水夾 套冷卻，使表面溫度維持在t2 =80C。電加熱器的功率為40.0W。由于安裝不當(dāng)

4、，待測(cè)材料的兩邊各有一層0.1mm的靜止氣2層入氣=0.030W/(m K)，使測(cè)得的材料熱導(dǎo)率入與真實(shí)值入不同。不計(jì)熱損失，求測(cè)量的相對(duì)誤差，即(X - ；)/九*6-6.通過(guò)中空球壁導(dǎo)熱的熱流量Q可寫成Q=形式。試證：入=、2(式中Ai、A2分別為球壁的內(nèi)、外表面積。)解：q一 竺一 dtA dr4r定態(tài)傳熱Q為恒值*6-7.有一蒸汽管外徑25mm,管外包以兩層保溫材料，每層厚均為25mm。外層與內(nèi)層保溫材 料的熱導(dǎo)率之比為 匕.=5,此時(shí)的熱損失為Q。今將內(nèi)、外兩層材料互換位置，且設(shè)管外壁與外層保溫層外表面的溫度均不變，則熱損失為Q。求Q /Q，說(shuō)明何種材料放在里層為好解：互換前:2 二

5、 l.：t1 , r21 , r32二 l. ：tIn In r12r2Q1 . r21 . r3 2l t互換后：一In 2 In 3 二 為r1人r2QH依據(jù)計(jì)算可知熱導(dǎo)率小的材料在里層熱損失小。對(duì)流給熱6-8.在長(zhǎng)為3m,內(nèi)徑為53mm的管內(nèi)加熱苯溶液。苯的質(zhì)量流速為 172kg/(s m2)。苯在定性 溫度下的物性數(shù)據(jù)如下： 0.49mPas；啟0.14W/(m K) ； Cp=1.8kJ/(kgC)。試求苯對(duì)管壁的給 熱系數(shù)。譏 172 .。53 “86 104解.艮_一 0.49 10加熱苯溶液，b=0.4F 匯6.30.4 = 330.31 W/(m2 K)扎 08040.14$

6、4：-0.023dRe.Pr. 023 0.0531 106-9.在常壓下用列管換熱器將空氣由200C冷卻至120C，空氣以3kg/s的流量在管外殼體中 平行于管束流動(dòng)。換熱器外殼的內(nèi)徑為 260mm，內(nèi)有25X 2.5mm鋼管38根。求空氣對(duì)管壁的給 熱系數(shù)。解：空氣定性溫度為：Tm J T2 - 200 12160 C,查常壓下160C物性數(shù)據(jù)，m 2 23-5-2P =0.815 kg/m3;廳2.45X 10 Pa s； 2=3.637x 10 W/(m K); Cp=1.017kJ/(kg K); Pr=0.682 gH-87.15 kg/(s m2)A0.262 -0.0252 3

7、84空氣由200C冷卻至120C，b=0.3幾 08 0 33 63710 丿5 0.80 32,=0.023R08P =0.0231.29 1050.682 =252.56 W/(m K)de0.03626-10.油罐中裝有水平蒸汽管以加熱罐內(nèi)重油，重油的平均溫度tm=20C，蒸汽管外壁溫度tw=120C，管外徑為60mm。已知在定性溫度70C下重油的物性數(shù)據(jù)如下：尸900kg/m3;Cp=1.88kJ/(kg C )；啟0.174W/(m C )。運(yùn)動(dòng)粘度 尸2x 10-3 m2 /s, 3=3x 10-4 K-1。試問(wèn)蒸汽對(duì)重油 的熱傳遞速率 W/m2為多少？解：大容積自然對(duì)流：Nu =

8、AGF b查表得：A=0.54; b=0.25a =A(GrPr b =0.54漢0174漢(3.08d05 0.25 =36.89 W/(m2C )l0.062q =Gtw tm =36.89 120 - 20 =3689 W/m6-11.室內(nèi)水平放置兩根表面溫度相同的蒸汽管，由于自然對(duì)流兩管都向周圍空氣散失熱量。 已知大管的直徑為小管直徑的10倍，小管的(Gr Pr)=109。試問(wèn)兩管道單位時(shí)間、單位面積的熱 損失比值為多少？解：大容積自然對(duì)流：Nu =AGF b兩管直徑不同，與特征尺寸管徑有關(guān)，Gr二d3依據(jù)大管和小管 Gr Pr查表：A=0.135; b=1/3冷凝給熱6-12.飽和溫

9、度為100C的水蒸氣在長(zhǎng)3m、外徑為0.03m的單根黃銅管表面上冷凝。銅管豎直 放置，管外壁的溫度維持96C，試求：(1)每小時(shí)冷凝的蒸汽量；(2)又若將管子水平放，冷凝 的蒸汽量又為多少？解：(1)飽和溫度為100C的水蒸氣，r=2258.4kJ/kg,定性溫度為98C，查水：p=960kg/m3; 尸0.290mPa s；啟0.682W/(m C )。231 4= 7422.072W/(m2 K)J960 漢9.8仆22584000.682= 1.13 0.00029 x3匯(10096 ) 丿f 7422.07 3100 一96 =543亦 2000,為層流。H2258400 0.000

10、29(2)將管子水平放置，特征尺寸為直徑。14= 0.725 x-0.725/n 3、嚴(yán)grk/23960 江9.8仆 22584000.682、 0.00029 匯 0.03 漢(10096 )20.8： 2 =2.8 1750 =3.05 103 W/(m2 K)二 L dn丄12002d22 九 d2 a1R垢-7.58 10 m2 K/ W*6-22. 一內(nèi)徑為0.34m的空心球形鋼殼容器，其內(nèi)壁表面溫度為 38C，外壁外面用100C熱 水加熱。鋼殼的熱導(dǎo)率為45W/(m C)，熱水對(duì)外壁的給熱系數(shù)0=500 W/(m2 C)，試計(jì)算鋼殼厚 度是多少mm時(shí)傳熱速率達(dá)最大值？最大傳熱速率

11、為多少？解：Q 二4 2，Tw -tw =4：r； T -Tw傳熱速率達(dá)最大時(shí)，R最小。對(duì)R求導(dǎo)數(shù):取導(dǎo)數(shù)R二14兀J=02 2 二 ot2450.18m500、=r2 - h = 180 二 170 = 10mmQmaxT _twA14r1r4 兀 r22a100-380.011( 1 * 1 :4 漢 3.14 10.18 漢 0.17 匯 450.182 漢 500 丿= 1.13 104W解：定性溫度:tmqm1Cp1 t2 t12.5 4.179 30 20K 二A tm16.5 55= 115.122W/(m C)“tm 二t屯 80-2080-26=57 C2 2K =11512

12、 二 66.54 W/(m2 C )1.73c1 c1c111R R垢R垢 -KKK K 66.54 115.126-24.某列管式加熱器由多根 25X 2.5mm的鋼管所組成，將苯由20C加熱到55C，苯在管中 流動(dòng)，其流量為每小時(shí)15噸，流速為0.5m/so加熱劑為130C的飽和水蒸汽，在管外冷凝。苯的1326.34 10 m2 C / W6-23.某列管冷凝器內(nèi)流冷卻水，管外為有機(jī)蒸汽冷凝。在新使用時(shí)冷卻水的進(jìn)、出口溫度分 別為20C與30C。使用一段時(shí)期后，在冷卻水進(jìn)口溫度與流量相同的條件下，冷卻水出口溫度降 為26C。求此時(shí)的垢層熱阻。已知換熱器的傳熱面為16.5m2，有機(jī)蒸汽的冷凝

13、溫度80C，冷卻水流量為2.5kg/s。20+30t25 C，Cp1=4.179 kJ/(kg C )80-2080-30 =55 C定性溫度 tm25 c, 30-50r, Cp2=4.174kj/(kg K)。比熱Cp=1.76kJ/（kgC ），密度為858kg/m3。已知加熱器的傳熱系數(shù)為700 W/（m2C ），試求此加 熱器所需管數(shù)n及單管長(zhǎng)度I。解:一根鋼管中流量：qm單=4二d2：、u3.14 0.022 0.5 858= 0.135 kg/ s_ 也匕-血 (130 -20 )-(130 -55) _91 39 C.：t2In!30130 -55qmCp t2 - t1K 二

14、dn .:tm15000 1760 353600 700 3.14 0.025 31 91.39=1.65 m*6-25.某氣體混合物（比熱及熱導(dǎo)率均未知）以90kg/h的流量流過(guò)套管換熱器的內(nèi)管，氣體的 溫度由38C被加熱到138C。內(nèi)管內(nèi)徑為53mm,外管內(nèi)徑為78mm,壁厚均為2.5mm,管外為蒸 汽冷凝使管內(nèi)壁溫度維持在150C。已知混合氣體粘度為0.027mPas,其普朗特?cái)?shù)Pr=1，試求套 管換熱器的管長(zhǎng)。解：Q =2人=qm2Cp2 t _ t111 I , I :*6-26.如圖所示，傳熱面相等的兩臺(tái)換熱器,用冷水將油從138C冷卻至93C，冷水進(jìn)入第- 換熱器的流量為2.5k

15、g/s，溫度t1=25C，出口 t2=50C。將此股水流中抽出0.62kg/s水移作它用， 余下的水進(jìn)入第二個(gè)換熱器，冷水出口 t3=65C。設(shè)兩個(gè)換熱器的傳熱系數(shù)均為 450 W/（m2C ）， 油的比熱Cp=2.1 kJ/（kg C）。求兩換熱器的傳熱面積，及油的流量。解：第一換熱器，定性溫度為 37.5C，Cp21=4.174kJ/（kg C）第二個(gè)換熱器，定性溫度為 57.5C，Cp22=4.177 kJ/（kg C）qm22Cp22 03 t? )+qm21Cp21 02 1 ) 260875 + 117791.4 qm1 =Cp1 T -T出口)2100138 93 _4.01 k

16、g/s傳熱面相等2.215 123 -T2113 -百4.29 -1n T2 - 504.48 -1n T1 - 25(1)12423.56.09=4.01138 -T1138-T2(2)聯(lián)立(1)、( 2)，T 99.7 C，T2 =64.4 Cqm11 =3.244 kg/s，qm12 =0.762 kg/s換熱器的傳熱面積 2A=2 7.25 = 14.5 m2油的流量qm1 =4.01 kg/s*6-27.用一單程列管換熱器以冷凝1.5kg/s的有機(jī)蒸汽，蒸汽在管外冷凝的熱阻可以忽略，冷 凝溫度60C，汽化熱為395kJ/kg。管束有n根25X 2.5mm的鋼管組成，管內(nèi)通入t1=25

17、C的河水 作冷卻劑,不計(jì)垢層及管壁熱阻，試計(jì)算：（1）冷卻水用量（選擇冷水出口溫度）；2）管數(shù)n與管長(zhǎng)L（水 在管內(nèi)的流速可取1m/s左右）;（3）若保持上述計(jì)算所得的總管數(shù)不變，將上述換熱器制成雙管程投入使用，冷卻水流量及進(jìn)口溫度仍維持設(shè)計(jì)值，求操作時(shí)有機(jī)蒸汽的冷凝量。解：(1) Q 二qmJ =qm2Cp2 t2 JA %t2 C30333538404345qm2 kg/s28.3917.74：14.2010.929.467.89P 7.09 冷水出口溫度取 40C,qm2 =9.46 kg/s，定性溫度 t 32.5 C, p=995.1kg/m3;尸0.764mPas；=0.6131W

18、/(m K)。a =0.023仝螢泊嚴(yán)=0.023 漢 0.6131 匯(2.60 04漢5.2O04 = 4.64I03 W/(m2 K) d0.02(3)雙管程，n=31/2=16，流量不變，流速增加一倍。:-20 -1.74 4.64 108.07 103 W/(m2 K).I r -1 I t2 = 46.8 Cqm2Cp2(t2 11 ) 9.46X4.174 汽(46.825),qm12.18 kg/sr395傳熱操作型計(jì)算6-28.某冷凝器傳熱面積為20m2，用來(lái)冷凝100C的飽和水蒸汽。冷液進(jìn)口溫度為40C，流量0.917kg/s,比熱為4000J/(kg C )。換熱器的傳熱

19、系數(shù) K=125W/(m2 C )，求水蒸汽冷凝量。解：100C的飽和水蒸汽，r=2258.4kJ/kg。t2 =69.7 Cqm2Cp2(t2 匕)qm1 :r0.917400069.7 -40r _32258.4 10三4.8210kg/s6-29.有一套管換熱器，內(nèi)管為 19X 3mm,管長(zhǎng)為2m,管隙的油與管內(nèi)的水的流向相反。 油的流量為270kg/h,進(jìn)口溫度為100C，水的流量為360kg/h,入口溫度為10C。若忽略熱損失， 且知以管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)K=374 W/(m2 C)，油的比熱Cp=1.88kJ/(kg C )，試求油和水的出口溫度分別為多少？解：水的定性溫度取

20、10C, Cp2=4.191kJ/(kg C )TT0.260T2 =76.6 C7冷 .336 7.9 C水的定性溫度 tm -14 C, cp2=4.188kJ/(kgC),與 10C水的 cp2=4.191kJ/(kg C)相差很小，計(jì)算有效。6-30.某列管換熱器用110C飽和蒸汽加熱甲苯，可使甲苯由 30C加熱至100C。今甲苯流量 增加50%，試求：(1)甲苯出口溫度； 在不變動(dòng)設(shè)備條件下，采用何種措施以使甲苯出口溫度仍維持100C ?作定量計(jì)算。解：(1) Q 二 qm2Cp2 t2 -t A =tmt2 二 98.23 C(2) A.提高飽和蒸汽的溫度(加壓)t =112.1

21、rB.提高飽和蒸汽冷凝量，增加50%。*6-31.某套管換熱器有傳熱面積0.4m2，油在內(nèi)管從75C被冷卻至65C。冷卻水在環(huán)隙中逆 流流動(dòng)，從30C加熱至45C，給熱系數(shù) a =4000W/(m2 C )。內(nèi)管直徑 程5mm,管壁較薄，熱 阻可略去不計(jì)。求該換熱器能冷卻的最大油量。已知油在平均溫度下的物性為2=0.56W/(m C)；尸1.8mPas； Cp=2070J/(kg C )。解：Q = qm1cp1 t2 - t1 - qm2Cp2 T1 - T2 - K tm75 -45 - 65 -30J55= 32.44 C6530*6-32.今有一套管換熱器，冷、熱流體的進(jìn)口溫度分別為4

22、0C和100C。已知并流操作時(shí)冷流體出口溫度為60C，熱流體為80C。試問(wèn)逆流操作時(shí)熱流體、冷流體的出口溫度各為多少？設(shè) 傳熱系數(shù)K均為定值。100C r 80C解：并流操作時(shí)：qm1cp1T2100-80 d140Ct 60Cqm2Cp2t2 - t160-40lj : fl逆流操作時(shí)：100C 2qm1Cp1T1 fljdv-,i |j |40Cqm2Cp2t2 _t1T2 =78.73 Ct2 =61.27 C*6-33.由A、B兩臺(tái)換熱器組成的換熱系統(tǒng)中，冷與熱流體的流向及流量等均如圖所示。已 知：A、B兩臺(tái)換熱器的傳熱面積，傳熱系數(shù)均相等。冷流體流量等量分配。且T1=150C，T2 =40C； t1=30C，t2 =90C。試求：溫度T, ta、tb的值分別為多少？解: Qa 二孕Cp1 ta 7 二 qm2Cp2T1-T 二 KA.%a 二 KATT1 -taInT -t1T1 -ta _ T -tbT -11T2 I1150 - ta 二 T -tbT -3040 30(1)ta 30 _ 150 Ttb -30T -40+ta tbt2 =聯(lián)立(1)-90(2)(3)(2)(3)T =64.6 C，ta =123 C，t 57 C換熱器6-36.今欲于下列各列管換熱器中，將某種溶液從20C加熱到50C。加熱劑進(jìn)口溫度為100C， 出口溫