第六章 热传导 1.某工业炉的炉壁由耐火砖A1=1.3W/m·K)、绝热层A2=0.18Wm·K)及普通砖λ3=0.93W/m·K)三层组成。炉膛 壁内壁温度100℃普通砖层厚12cm,其外表面温度为50℃。通过炉壁的热损失为1200W/m,绝热材料的耐热温度为900 ℃。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好,接触热阻可以忽略。 t=11oo℃ r·50℃ 习题1附图 习题2附图 2.为测量炉壁内壁的温度,在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶,测得t2=300℃,t=50。求内壁温度t1。设炉壁由 单层均质材料组成。 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发,单位面积的蒸发速率为0048kg/(m2·s,与液体交界的金属壁的温度 为110℃。时间久后,液体一侧的壁面上形成一层2mm厚的污垢,污垢导热系数λ=065W(m·K) 设垢层与液面交界处的温度仍为110℃,且蒸发速率需维持不变,求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热 =2000kJ/kg 4.为减少热损失,在外径o150mm的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的导热系数λ=0.10340.000198(式中t 为℃,蒸汽管外壁温度为180℃,要求保温层外壁温度不超过50℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1 ×10kg/m·s)以下,问保温层厚度应为多少 *5.用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚δ、直径120mm的圆形平板,置于冷、热两表面之间 热侧表面用电热器维持表面温度t=200℃。冷侧表面用水夹套冷却,使表面温度维持在t2=80℃。电加热器的功率为400W。 由于安装不当,待测材料的两边各有一层0.1mm的静止气层A=0.030W(m·K,使测得的材料导热系数λ与真实值 λ不同。不计热损失,求测量的相对误差,即(-AyA。 习题5附图 习题6附图 6.通过中空球壁导热的热流量Q可写成如下的形式 S/(Am) An=√41·A2
第 六 章 习 题 热传导 1. 某工业炉的炉壁由耐火砖λ1 = 1.3W/(m·K)、绝热层λ2 = 0.18W/(m·K)及普通砖λ3 = 0.93W/(m·K)三层组成。炉膛 壁内壁温度 1100℃, 普通砖层厚 12cm, 其外表面温度为 50℃。通过炉壁的热损失为 1200W/m2 , 绝热材料的耐热温度为 900 ℃。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好, 接触热阻可以忽略。 习题 1 附图 习题 2 附图 2. 为测量炉壁内壁的温度, 在炉外壁及距外壁 1/3 厚度处设置热电偶, 测得 t2=300℃, t3=50。求内壁温度 t1。设炉壁由 单层均质材料组成。 3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发, 单位面积的蒸发速率为 0.048kg/(m2 ·s), 与液体交界的金属壁的温度 为 110℃。时间久后, 液体一侧的壁面上形成一层 2mm 厚的污垢, 污垢导热系数λ=0.65W/(m·K)。 设垢层与液面交界处的温度仍为 110℃, 且蒸发速率需维持不变, 求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热γ =2000kJ/kg。 4. 为减少热损失, 在外径Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t(式中 t 为℃), 蒸汽管外壁温度为 180℃, 要求保温层外壁温度不超过 50℃, 每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在 1 ×10-4kg/(m·s)以下, 问保温层厚度应为多少? *5. 用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚δ、直径 120mm 的圆形平板, 置于冷、热两表面之间。 热侧表面用电热器维持表面温度 t1=200℃。冷侧表面用水夹套冷却, 使表面温度维持在 t2=80℃。电加热器的功率为 40.0W。 由于安装不当, 待测材料的两边各有一层 0.1mm 的静止气层λ气= 0.030W/(m·K), 使测得的材料导热系数λ’与真实值 λ不同。不计热损失, 求测量的相对误差, 即(λ’-λ)/ λ。 习题 5 附图 习题 6 附图 *6. 通过中空球壁导热的热流量 Q 可写成如下的形式 /( Am ) t Q δ λ ∆ = 试证： Am A1 A2 = ⋅ 259
式中A1、A2分别为球壁的内、外表面积。 7.有一蒸汽管外径25mm,管外包以两层保温材料,每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的导热系数之比为λ2 λ1=5,此时的热损失为Q。今将内、外两层材料互换位置,且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变,则热损失为Q 求QQ,说明何种材料放在里层为好 对流给热 8.在长为3m,内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg(s·m2。苯在定性温度下的物性数据如下 u=049mPas,A=0.14W/m·K);Cp=1.8kJ/(kg·℃) 试求苯对管壁的给热系数。 9.在常压下用列管换热器将空气由200℃冷却至120℃,空气以3kg/s的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外 壳的内径为260mm,内有Φ25×2.5mm钢管38根。求空气对管壁的给热系数 10.油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油,重油的平均温度L=20℃,蒸汽管外壁温度t=120℃,管外径为60mm。已 知在定性温度70℃下重油的物性数据如 p=900kgm3,Cp=18kW(kg·℃;,A=0.174W/(m·℃) 运动粘度v=2×103m2/s,B=3×1041/℃。 试问蒸汽对重油的热传递速率W/m2为多少? 11.室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管,由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径 的10倍,小管的(Gr·Pr)=10°。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少? 冷凝给热 12.饱和温度为1o0℃的水蒸气在长3m、外径为o03m的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置,管外壁的温度维持 96℃,试求每小时冷凝的蒸汽量 又若将管子水平放,冷凝的蒸汽量又为多少? 热辐射 13.用热电偶温度计测量管道中的气体温度。温度计读数为300℃,黑度为0.3。气体与热电偶间的给热系数为 (m2·K,管壁温度为230℃。求气体的真实温 若要减少测温误差,应采用哪些措施? 14.功率为kW的封闭式电炉,表面积为005m2,表面黑度0.90。电炉置于温度为20℃的室内,炉壁与室内空气的自 然对流给热系数为10W(m2·K)。求炉外壁温度 15.盛水23kg的热水瓶,瓶胆由两层玻璃壁组成,其间抽空以免空气对流和传导散热。玻璃壁镀银,黑度0.02。壁面面 积为012m2,外壁温度20℃,内壁温度9°℃。问水温下降1℃需要多少时间?设瓶塞处的热损失可以忽略 16.两平行平板的温度分别为t=400℃、t2=150℃,黑度分别为ε1=0.65,ε2=0.90。今在两板之间插入第3块平行平 该板厚度极小,两侧面(A、B面温度均一但黑度不同。当A面朝板1,达到定态后板3的平衡温度为327℃。当B面朝板 1,达到定态后板3的温度为27℃。设各板之间距离很小,求板3的A、B两面的黑度EA、εB各为多少? rt=4o0℃ rt=150℃ 习题16附图 习题17附图 *17.试证明在定态传热过程中,两高、低温(TA>TB)的固体平行平面间装置n片很薄的平行遮热板时(如图示),传热量 减少到原来不安装遮热板时的1/n+1)倍。设所有平面的表面积、黑度均相等,平板之间的距离很小 260
式中 A1、A2分别为球壁的内、外表面积。 *7. 有一蒸汽管外径 25mm, 管外包以两层保温材料, 每层厚均为 25mm。外层与内层保温材料的导热系数之比为λ2 / λ1 =5, 此时的热损失为 Q。今将内、外两层材料互换位置, 且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变, 则热损失为 Q‵。 求 Q’/Q, 说明何种材料放在里层为好。 对流给热 8. 在长为 3m, 内径为 53mm 的管内加热苯溶液。苯的质量流速为 172kg/(s·m2 )。苯在定性温度下的物性数据如下： μ=0.49mPa·s; λ=0.14W/(m·K); Cp=1.8kJ/(kg·℃)。 试求苯对管壁的给热系数。 9. 在常压下用列管换热器将空气由 200℃冷却至 120℃, 空气以 3kg/s 的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外 壳的内径为 260mm, 内有Φ25×2.5mm 钢管 38 根。求空气对管壁的给热系数。 10. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油, 重油的平均温度 tm=20℃, 蒸汽管外壁温度 tw=120℃, 管外径为 60mm。已 知在定性温度 70℃下重油的物性数据如下： ρ=900kg/m3 ; Cp=1.88kJ/(kg·℃); λ=0.174W/(m·℃)。 运动粘度ν=2×10-3 m2 /s, β=3×10-4 1/℃。 试问蒸汽对重油的热传递速率 W/m2为多少? 11. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管, 由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径 的 10 倍, 小管的(Gr·Pr)=109 。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少? 冷凝给热 12. 饱和温度为 100℃的水蒸气在长 3m、外径为 0.03m 的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置, 管外壁的温度维持 96℃, 试求每小时冷凝的蒸汽量。 又若将管子水平放, 冷凝的蒸汽量又为多少? 热辐射 13. 用热电偶温度计测量管道中的气体温度。温度计读数为 300℃, 黑度为 0.3。气体与热电偶间的给热系数为 60W/(m2 ·K), 管壁温度为 230℃。求气体的真实温度。 若要减少测温误差, 应采用哪些措施? 14. 功率为 1kW 的封闭式电炉, 表面积为 0.05m2 , 表面黑度 0.90。电炉置于温度为 20℃的室内, 炉壁与室内空气的自 然对流给热系数为 10W/(m2 ·K)。求炉外壁温度。 15. 盛水 2.3kg 的热水瓶, 瓶胆由两层玻璃壁组成, 其间抽空以免空气对流和传导散热。玻璃壁镀银, 黑度 0.02。壁面面 积为 0.12 m2 , 外壁温度 20℃, 内壁温度 99℃。问水温下降 1℃需要多少时间? 设瓶塞处的热损失可以忽略。 *16. 两平行平板的温度分别为 t1=400℃、t2=150℃, 黑度分别为ε1 =0.65, ε2=0.90。今在两板之间插入第 3 块平行平板, 该板厚度极小, 两侧面(A、B 面)温度均一但黑度不同。当 A 面朝板 1, 达到定态后板 3 的平衡温度为 327℃。 当 B 面朝板 1, 达到定态后板 3 的温度为 277℃。设各板之间距离很小, 求板 3 的 A、B 两面的黑度εA、εB各为多少? 习题 16 附图 习题 17 附图 *17. 试证明在定态传热过程中, 两高、低温(TA>TB)的固体平行平面间装置 n 片很薄的平行遮热板时(如图示), 传热量 减少到原来不安装遮热板时的 1/(n+1)倍。设所有平面的表面积、黑度均相等，平板之间的距离很小。 260
传热过程计算 18.热气体在套管换热器中用冷水冷却,内管为Φ25×2.5mm钢管,导热系数为45W(m·K)。冷水在管内湍流流动,给 热系数a1=2000%(m2·K)。热气在环隙中湍流流动,a2=50W/(m2·K)。不计垢层热阻,试求 (1)管壁热阻占总热阻的百分数: (2)内管中冷水流速提高一倍,总传热系数有何变化? (3)环隙中热气体流速提高一倍,总传热系数有何变化? 19.Φ68×4mm的无缝钢管,内通过02MPa(表)的饱和蒸汽。管外包30mm厚的保温层λ=0080Wm·K,该管设置 于温度为20℃的大气中,已知管内壁与蒸汽的给热系数a1=5000w(m2·K),保温层外表面与大气的给热系数a 2=10w(m2·K)。求蒸汽流经每米管长的冷凝量及保温层外表面的温度 20.外径1.2m的球形贮罐内放-196℃的液氮,罐外覆以λ=0.02W/(m·K)的绝热材料以减少向大气的冷量损失。保温层 外壁的温度不低于28℃,以免露水凝结。大气温度为32℃,大气与保温层外壁的给热系数为12W(m2·K),罐内液氮对壁 的给热热阻以及罐壁的热阻均可忽略,计算绝热材料应有的厚度, 注:球壁导热公式参见题6。 21.用不同的水流速度对某列管式冷凝器作了两次试验,第一次冷凝器是新的,第二次冷凝器已使用过一段时期之后。 试验结果如表所示 流速m/s 传热系数KW/(m2·℃ 表中传热系数均以外表面为基准。管子尺寸为中28×25mm,导热系数为4Ww(m2·℃)。水在管内流动是高度湍流,饱和 蒸汽在管外冷凝。两次实验条件相同。试求 (1)第一次试验中,管外给热系数α1,以及当水速为2m/s时管内给热系数α2 (2)试分析在相同的水流速下,两次实验的传热系数数值不同的原因,并得出定量计算的结果 2.一内径为034m的空心球形钢壳容器,其内壁表面温度为38℃,外壁外面用100℃热水加热。钢壳的导热系数为 45W/(m2·℃),热水对外壁的给热系数a=500W(m2·℃),试计算钢壳厚度是多少mm时传热速率达最大值?最大传热速率 为多少? 23.某列管冷凝器内流冷却水,管外为有机蒸汽冷凝。在新使用时冷却水的进、出口温度分别为20℃与30℃。使用 段时期后,在冷却水进口温度与流量相同的条件下,冷却水出口温度降为26℃。求此时的垢层热阻。已知换热器的传热面为 16.5m2,有机蒸汽的冷凝温度80℃,冷却水流量为25kg/s 24.某列管式加热器由多根Φ25×2.5mm的钢管所组成,将苯由20℃加热到5s℃,苯在管中流动,其流量为每小时15 吨,流速为05m/s。加热剂为130℃的饱和水蒸汽,在管外冷凝。苯的比热CP=1.76kJ(kg·℃),密度为858kgm3。已知加热 器的传热系数为700wm2·℃),试求此加热器所需管数n及单管长度L。 2.某气体混合物(比热及导热系数均未知)以90kg/h的流量流过套管换热器的内管,气体的温度由38℃被加热到138 ℃。内管内径为53mm,外管内径为78mm,壁厚均为25mm,管外为蒸汽冷凝使管内壁温度维持在150℃。已知混合气体粘 度为0027mPa·s,其普朗特数Pr=1,试求套管换热器的管长 *26.传热面相等的两台换热器,用冷水将油从138℃冷却至93℃,冷水进入第一换热器的流量为2.5kg,温度t1=25℃, 出口t2=50℃。将此股水流中抽出0.62kgs水移作它用,余下的水进入第二个换热器,冷水出口t3=65℃。设两个换热器的传 热系数均为450W(m2·℃),油的比热Cp=21k/(kg·℃)。求两换热器的传热面积,及油的流量 油,i38℃ 93℃ 习题26附图
传热过程计算 18. 热气体在套管换热器中用冷水冷却, 内管为Φ25×2.5mm 钢管, 导热系数为 45W/(m·K)。冷水在管内湍流流动, 给 热系数α1 =2000W/(m2 ·K)。热气在环隙中湍流流动, α2=50W/(m2 ·K)。不计垢层热阻, 试求 (1) 管壁热阻占总热阻的百分数； (2) 内管中冷水流速提高一倍, 总传热系数有何变化? (3) 环隙中热气体流速提高一倍, 总传热系数有何变化? 19. Φ68×4mm 的无缝钢管，内通过 0.2MPa(表)的饱和蒸汽。管外包 30mm 厚的保温层λ=0.080W/(m·K), 该管设置 于温度为 20℃的大气中, 已知管内壁与蒸汽的给热系数α1 =5000W/(m2 ·K), 保温层外表面与大气的给热系数α 2=10W/(m2 ·K)。求蒸汽流经每米管长的冷凝量及保温层外表面的温度。 20. 外径 1.2m 的球形贮罐内放-196℃的液氮, 罐外覆以λ=0.02W/(m·K)的绝热材料以减少向大气的冷量损失。保温层 外壁的温度不低于 28 ℃, 以免露水凝结。大气温度为 32℃, 大气与保温层外壁的给热系数为 12 W/(m2 ·K), 罐内液氮对壁 的给热热阻以及罐壁的热阻均可忽略, 计算绝热材料应有的厚度。 注: 球壁导热公式参见题 6。 21. 用不同的水流速度对某列管式冷凝器作了两次试验, 第一次冷凝器是新的, 第二次冷凝器已使用过一段时期之后。 试验结果如表所示： 试 验 次 数 第 一 次 第二次 流速 m/s 1.0 2.0 1.0 传热系数 K W/(m2 ·℃) 1200 1860 1100 上表中传热系数均以外表面为基准。管子尺寸为Φ28×2.5mm, 导热系数为 45W/(m2 ·℃)。水在管内流动是高度湍流, 饱和 蒸汽在管外冷凝。两次实验条件相同。试求： (1) 第一次试验中, 管外给热系数α1 , 以及当水速为 2m/s 时管内给热系数α2； (2) 试分析在相同的水流速下, 两次实验的传热系数数值不同的原因, 并得出定量计算的结果。 *22. 一内径为 0.34m 的空心球形钢壳容器, 其内壁表面温度为 38℃, 外壁外面用 100℃热水加热。钢壳的导热系数为 45W/(m2 ·℃), 热水对外壁的给热系数α=500 W/(m2 ·℃), 试计算钢壳厚度是多少 mm 时传热速率达最大值? 最大传热速率 为多少? 23. 某列管冷凝器内流冷却水, 管外为有机蒸汽冷凝。在新使用时冷却水的进、出口温度分别为 20℃与 30℃。使用一 段时期后, 在冷却水进口温度与流量相同的条件下, 冷却水出口温度降为 26℃。求此时的垢层热阻。已知换热器的传热面为 16.5m2 , 有机蒸汽的冷凝温度 80℃, 冷却水流量为 2.5kg/s。 24. 某列管式加热器由多根Φ25×2.5mm 的钢管所组成, 将苯由 20℃加热到 55℃, 苯在管中流动, 其流量为每小时 15 吨, 流速为 0.5m/s。加热剂为 130℃的饱和水蒸汽, 在管外冷凝。苯的比热 CP=1.76kJ/(kg·℃), 密度为 858kg/m3 。已知加热 器的传热系数为 700 W/(m2 ·℃), 试求此加热器所需管数 n 及单管长度 l。 *25. 某气体混合物(比热及导热系数均未知)以 90kg/h 的流量流过套管换热器的内管, 气体的温度由 38℃被加热到 138 ℃。内管内径为 53mm, 外管内径为 78mm, 壁厚均为 2.5mm, 管外为蒸汽冷凝使管内壁温度维持在 150℃。已知混合气体粘 度为 0.027mPa·s, 其普朗特数 Pr=1, 试求套管换热器的管长。 *26. 传热面相等的两台换热器, 用冷水将油从 138℃冷却至 93℃, 冷水进入第一换热器的流量为 2.5kg/s, 温度 t1=25℃, 出口 t2=50℃。将此股水流中抽出 0.62kg/s 水移作它用, 余下的水进入第二个换热器, 冷水出口 t3=65℃。设两个换热器的传 热系数均为 450 W/(m2 ·℃),油的比热 CP=2.1 kJ/(kg·℃)。求两换热器的传热面积, 及油的流量。 习题 26 附图 261
27.用一单程列管换热器以冷凝1.5kg/s的有机蒸汽,蒸汽在管外冷凝的热阻可以忽略,冷凝温度60℃,汽化热为 395k丿kg。管束有n根Φ25×2smm的钢管组成,管内通入t=25℃的河水作冷却剂,不计垢层及管壁热阻,试计算: (1)冷却水用量(选择冷水出口温度) (2)管数n与管长L(水在管内的流速可取1m/s左右 3)若保持上述计算所得的总管数不变,将上述换热器制成双管程投入使用,冷却水流量及进口温度仍维持设计值,求 操作时有机蒸汽的冷凝量 传热操作型计算 28.某冷凝器传热面积为20m2,用来冷凝100℃的饱和水蒸汽。冷液进口温度为40℃,流量0917kg/s,比热为 4000kg·℃)。换热器的传热系数K=125Wm2·℃),求水蒸汽冷凝量。 29.有一套管换热器,内管为Φ19×3mm,管长为2m,管隙的油与管内的水的流向相反。油的流量为270kg/h,进口温 度为100℃,水的流量为360kgh,入口温度为10℃。若忽略热损失,且知以管外表面积为基准的传热系数K=374Wm2C) 油的比热Cp=1.88kJ/(kg·℃),试求油和水的出口温度分别为多少? 30.某列管换热器用110℃饱和蒸汽加热甲苯,可使甲苯由30℃加热至100℃。今甲苯流量增加50%,试求 (1)甲苯出口温度 (2)在不变动设备条件下,采用何种措施以使甲苯出口温度仍维持100℃?作定量计算 31.某套管换热器有传热面积04m2,油在内管从75℃被冷却至65℃。冷却水在环隙中逆流流动,从30℃加热至45℃ 给热系数α2=400wN(m2·℃)。内管直径ψ25mm,管壁较薄,热阻可略去不计。求该换热器能冷却的最大油量 已知油在平均温度下的物性为入=0.56W(m·℃):u=18mPa·s;Cp=2070J(kg·℃)。 32.今有一套管换热器,冷、热流体的进口温度分别为40℃和100℃。已知并流操作时冷流体出口温度为60℃,热流 体为80℃。试问逆流操作时热流体、冷流体的出口温度各为多少?设传热系数K均为定值 33.由A、B两台换热器组成的换热系统中,冷与热流体的流向及流量等均如图所示。 已知:A、B两台换热器的传热面积,传热系数均相等。冷流体流量等量分配。且 T1=150℃,T2=40℃: t1=30℃, t2=90℃ 试求:温度T,ta、tb的值分别为多少? 水 水t 习题33附图 习题35附图 非定态传热 34.某带搅拌器的夹套加热釜中盛有Gkg的油品,用120℃的饱和水蒸汽将油品自25℃加热到110℃需要时间为r1,今 将加热时间延长一倍,试问最终的油温等于多少 设传热面积A及传热系数K均给定且为常数,釜内油温各处均一 35.如图所示的浸沉式蛇管换热器中,蛇管内流的是水,用以冷却槽中的液体。已知槽中盛放6000kg的某种液体,其比 热为46kJ丿(kg·K),从100℃开始冷却。冷却水的最初温度为20℃,用水量为1500kgh。换热面积为6m2。设传热系数为 230W(m2·℃)不变,且不考虑液体向空气的散热量,槽内液体温度均一。 试求该液体冷却至60℃所需的时间。 262
*27. 用一单程列管换热器以冷凝 1.5kg/s 的有机蒸汽, 蒸汽在管外冷凝的热阻可以忽略, 冷凝温度 60℃, 汽化热为 395kJ/kg。管束有 n 根Φ25×2.5mm 的钢管组成, 管内通入 t1=25℃的河水作冷却剂, 不计垢层及管壁热阻, 试计算： (1) 冷却水用量(选择冷水出口温度)； (2) 管数 n 与管长 L(水在管内的流速可取 1m/s 左右)； (3) 若保持上述计算所得的总管数不变, 将上述换热器制成双管程投入使用, 冷却水流量及进口温度仍维持设计值, 求 操作时有机蒸汽的冷凝量。 传热操作型计算 28. 某冷凝器传热面积为 20m2 , 用来冷凝 100℃的饱和水蒸汽。冷液进口温度为 40℃, 流量 0.917kg/s, 比热为 4000J/(kg·℃)。换热器的传热系数 K=125W/(m2 ·℃), 求水蒸汽冷凝量。 29. 有一套管换热器, 内管为Φ19×3mm, 管长为 2m, 管隙的油与管内的水的流向相反。油的流量为 270kg/h, 进口温 度为 100℃, 水的流量为 360kg/h, 入口温度为 10℃。若忽略热损失, 且知以管外表面积为基准的传热系数 K=374 W/(m2 ·℃), 油的比热 CP=1.88kJ/(kg·℃), 试求油和水的出口温度分别为多少? 30. 某列管换热器用 110℃饱和蒸汽加热甲苯, 可使甲苯由 30℃加热至 100℃。今甲苯流量增加 50%, 试求： (1) 甲苯出口温度； (2) 在不变动设备条件下, 采用何种措施以使甲苯出口温度仍维持 100℃? 作定量计算。 *31. 某套管换热器有传热面积 0.4m2 , 油在内管从 75℃被冷却至 65℃。冷却水在环隙中逆流流动, 从 30℃加热至 45℃, 给热系数α2 =4000W/(m2 ·℃)。内管直径φ25mm, 管壁较薄, 热阻可略去不计。求该换热器能冷却的最大油量。 已知油在平均温度下的物性为λ=0.56W/(m·℃)；μ=1.8mPa·s；Cp=2070J/(kg·℃)。 *32. 今有一套管换热器, 冷、热流体的进口温度分别为 40℃和 100℃。已知并流操作时冷流体出口温度为 60℃, 热流 体为 80℃。试问逆流操作时热流体、冷流体的出口温度各为多少？设传热系数Ｋ均为定值。 *33. 由 A、B 两台换热器组成的换热系统中, 冷与热流体的流向及流量等均如图所示。 已知：A、B 两台换热器的传热面积, 传热系数均相等。冷流体流量等量分配。且 T1 =150℃, T2 =40℃； t1 =30℃, t2 =90℃。 试求：温度 T, ta、 tb的值分别为多少? 习题 33 附图 习题 35 附图 非定态传热 34. 某带搅拌器的夹套加热釜中盛有G kg的油品, 用120℃的饱和水蒸汽将油品自25℃加热到110℃需要时间为τ1 , 今 将加热时间延长一倍, 试问最终的油温等于多少? 设传热面积 A 及传热系数 K 均给定且为常数, 釜内油温各处均一。 35. 如图所示的浸沉式蛇管换热器中, 蛇管内流的是水, 用以冷却槽中的液体。已知槽中盛放 6000kg 的某种液体, 其比 热为 4.6kJ/(kg·K), 从 100℃开始冷却。冷却水的最初温度为 20℃, 用水量为 1500kg/h。换热面积为 6 m2 。设传热系数为 230 W/(m2 ·℃)不变, 且不考虑液体向空气的散热量, 槽内液体温度均一。 试求该液体冷却至 60℃所需的时间。 262
换热器 36.今欲于下列各列管换热器中,将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃,出口温度为60℃。试求各 种情况下的平均温差。 (1)单壳程,四管程, (2)双壳程,四管程 37.有一列管换热器,煤油走壳程。其温度由230℃降至120℃,流量为28700kgh。壳内径为560mm,内有Φ25×2.5mm 的钢管70根,每根长6m,管中心距为32mm,三角形排列。用圆缺形挡板(切去高度为直径的25%),挡板间距为300mm。试 求煤油的给热系数 已知定性温度下煤油的物性数据如下 C=260kJ/(kg·℃)p=710kg/m3 u=0.32mPa·s A=0.3w/(m·K) 8.有一单壳程双管程列管换热器,管外用120℃饱和蒸汽加热,常压干空气以12ms的流速在管内流过,管径为Φ」 ×25mm,总管数为200根,已知空气进口温度为26℃,要求空气出口温度为86℃,试求: (1)该换热器的管长应为多少? (2)若气体处理量、进口温度、管长均保持不变,而将管径增大为ψ54×2mm,总管数减少20%,此时的出口温度为多 少?(不计出口温度变化对物性影响,忽略热损失)。 39.试设计一列管式冷凝器,用水来冷凝常压下的乙醇蒸汽。乙醇的流量为3000kg/h,冷水进口温度为30℃,出口温度 为4℃。在常压下乙醇的饱和温度为78℃,汽化潜热为925k/kg。乙醇蒸汽冷凝给热系数估计为1660W/m2·℃)。 设计内容:(1)程数、总管数、管长 (2)管子在花板上排列: (3)壳体内径 第六章思考题 传热过程有哪三种基本方式? 2.传热按机理分为哪几种? 3.物体的导热系数与哪些主要因素有关? 4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿? 5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热? 6.液体沸腾的必要条件有哪两个? 7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作?为什么? 8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手? 9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体? 10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式? 11.影响辐射传热的主要因素有哪些? 12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数? 13.有两把外形相同的茶壶,一把为陶瓷的,一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现,陶壶内的水温下降比 银 壶中的快,这是为什么? 14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么? 15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些? 16.一列管换热器,油走管程并达到充分湍流。用13℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。若现欲增加50%的油处理 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法,以保持油的出口温度不低于80℃,这个方案是否可行? 263
换热器 36. 今欲于下列各列管换热器中, 将某种溶液从 20℃加热到 50℃。加热剂进口温度为 100℃, 出口温度为 60℃。试求各 种情况下的平均温差。 (1) 单壳程, 四管程; (2) 双壳程, 四管程。 37. 有一列管换热器, 煤油走壳程。其温度由 230℃降至 120℃, 流量为 28700kg/h。壳内径为 560mm, 内有Φ25×2.5mm 的钢管 70 根, 每根长 6m, 管中心距为 32mm, 三角形排列。用圆缺形挡板(切去高度为直径的 25%), 挡板间距为 300mm。试 求煤油的给热系数。 已知定性温度下煤油的物性数据如下： Cp=2.60kJ/(kg·℃) ρ=710kg/m3 μ=0.32mPa·s λ=0.13W/(m·K) 38. 有一单壳程双管程列管换热器, 管外用 120℃饱和蒸汽加热, 常压干空气以 12m/s 的流速在管内流过, 管径为Φ38 ×2.5mm, 总管数为 200 根, 已知空气进口温度为 26℃, 要求空气出口温度为 86℃, 试求: (1) 该换热器的管长应为多少? (2) 若气体处理量、进口温度、管长均保持不变, 而将管径增大为φ54×2mm, 总管数减少 20%, 此时的出口温度为多 少? (不计出口温度变化对物性影响, 忽略热损失)。 39. 试设计一列管式冷凝器, 用水来冷凝常压下的乙醇蒸汽。乙醇的流量为 3000kg/h, 冷水进口温度为 30℃, 出口温度 为 40℃。在常压下乙醇的饱和温度为 78℃, 汽化潜热为 925kJ/kg。乙醇蒸汽冷凝给热系数估计为 1660 W/(m2 ·℃)。 设计内容:：(1) 程数、总管数、管长； (2) 管子在花板上排列； (3) 壳体内径。 第 六 章 思 考 题 1. 传热过程有哪三种基本方式? 2. 传热按机理分为哪几种? 3. 物体的导热系数与哪些主要因素有关? 4. 流动对传热的贡献主要表现在哪儿? 5. 自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热? 6. 液体沸腾的必要条件有哪两个? 7. 工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作? 为什么? 8. 沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手? 9. 蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体? 10. 为什么低温时热辐射往往可以忽略, 而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式? 11. 影响辐射传热的主要因素有哪些? 12. 为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数？ 13. 有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现，陶壶内的水温下降比 银 壶中的快，这是为什么？ 14. 若串联传热过程中存在某个控制步骤, 其含义是什么? 15. 传热基本方程中, 推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些? 16. 一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用 133℃的饱和蒸汽可将油从 40℃加热至 80℃。若现欲增加 50%的油处理 量， 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于 80℃，这个方案是否可行？ 263
17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流?并流适用于哪些情况? 18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个? 19.在换热器设计计算时,为什么要限制甲大于0.8?
17. 为什么一般情况下, 逆流总是优于并流? 并流适用于哪些情况? 18. 解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个? 19. 在换热器设计计算时，为什么要限制Ψ大于 0.8？ 264