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1、第四章习题2. 燃烧炉的内层为 460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的 绝缘砖。若炉的内表面温度 t1为1400C ,外表面温度t3为 100 C。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为厂0. 0.0007 1,绝缘砖的导热系数为0.3 0.0003 1。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为c ,A单位为W/(mC )。bit2b?解：设两砖之间的界面温度为12 ，由12 ，得1400 - t246010 ”/(0.90.0007t1 t2t2 -100t2十t323010/(0.30.000323 )2t2 = 949 C55热通量0.40
2、/0.970.0007匕 一 t223.直径为60 mm 3mm ,钢管用30mm厚的软木包扎， 其外又用100mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢 管外壁面温度为-110 C ,绝热层外表面温度 10 C。已知软木 和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/(m),试求每米管长的冷量损失量。解：每半管长的热损失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出：h -七31 r21 r3ln -In -2- - 1 r122 r2-1100 -101 60 1 160 InIn2 3.140.043302 3.140.000760二-25W / m负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失
3、。54 .蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热 层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层 的两倍。若将二层材料互换位置，假定其他条件不变，试问每 米管长的热损失将改变多少 ？说明在本题情况下，哪一种材 料包扎在内层较为适合 ?解：设外层的平均直径为dm2，内层平均直径为dm1，则55'1Sm1'2Sm22'i2dm1Ldm2 = 2仏1 日 ' 2 = 2'1I,由导热效率方程知:Q=、t 二 dm1L55两层材料位置互换后:mlmimi所以:即:1.25两层保温材料互换位置后，单位管长的热损失增加说明在本题情况下，导热系数小的材
4、料放在内层较为合适50.0001760.00028196.在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为19mm 2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349OW/(m2 C ),管外油侧对流传热系数为258W/(m2 C )。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为 0.00026 m2C / W,油侧污垢热阻为0.000176 m2C / W 管壁导热系数 入为45 W/(m C )。试求:(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。k解：(1)总传热系数 0k。1bd°d°RS0 肓d。dm10.0021919190.00
5、01760.0002625845 仃153490152 a=208 W / m C(2)产生污垢后热阻增加的百分数为:1208© 100 =11.8 .19 0.000176 + 0.00028 x 一15丿7:在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15C和40C ,油的进、出口温度分别为150C和100C。现因 生产任务要求油的出口温度降至80 C ,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为 1m试求此换 热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可 忽略。解：平均温度差为<tm二 92.5 C.(150 -15) -(100 - 40)
6、135 In60由热量恒算可得:40 - 15150 -100二 0.5.W C h t- tn ph21W c T -T2pc12当油的出口温度降到 80 C时，由热量恒算:15).Q = WnCpn(150 - 80) = WcCpc(t2解得：t2 = 50 c(150 -15) -(80 - 50)135 In30由传热速率方程分别可得:原换热器：Wncpn (150 - 100) = ks tm = k n二 dL92.5.WnCpn(150 - 80)二 ks' tm'二 k ndL' 70.7092.5L1 - 1.85 m.新换热器:5070&重
7、油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243 C和128 C ;终温分别为167 C和157 C。若维 持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此 时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。解：以上标'表示并流的情况。由传热速率方程和热量衡算：Q' = k ' tm = WnCpn（T2 ） = WcCpc（t 匕）Q = k、J = WnCpn（Ti匚）=WcCpc （t t1 ）两式相除：' tm _ T1_ T2t t1（T1 - T2 ）-（t2- G；tm T
8、1一 T2t t1（T1 一 T2）一（t2一 J）（ 1）_ （T -T2'） -（t2' - tj（243 - 167） -（157 - 128）47（人J?） -十）J? -七t -七、匕-、t2、t2 -£(243 - 128) - (167 -157)所以:解得:即:(243ld丁 t2 锂11I472.98.In1151043t2) = 2.98 (T2 - 128)-2.98 (T2 - 128)243由（1 ）式得:243 -167 _ 157 -128243 -T2t2 -128t20.38(243 - T2)128由(2)、( 3)式得：t2 二
9、161.3 C.T2 二 155.4 CVtVt1(243 161.3) - (155.4 128)°、tm2149.7 C,J1.093In所以：丁 J9.在下列各种管壳式换热器中，某种溶液在管内流动并由 20 C加热到50 C。加热介质在壳方流动，其进、出口温度分 别为100 C和60 C ,试求下面各种情况下的平均温度差。(1) 壳方和管方均为单程的换热器。设两流体呈逆流流动。(2) 壳方和管方分别为单程和四程的换热器。(3)壳方和管方分别为二程和四程的换热器。(100 - 50) -(60 - 20)二 44.8 C解：(1 ) 由对数平均温度差知道：50 In4050 -
10、20P0.375100 - 20100 - 60 R1.33(2 )50 - 20查温度差校正系数图得：0.9tm = ttm = 0.9 44.8 二 40.3 C(3)由R、P值查流程温差校正系数图得:、厂 0.98所以.丁二;：；t vtm = 0.9844.8 = 43.9 C11在一管壳式换热器中，用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱 和液体。苯蒸气的体积流量为1650m3/h,常压下苯的沸点为80.1 C ,汽化热为394kJ/kg。冷却水的进口温度为20C ,流量为36000kg/h,水的平均比热容为 4.18kJ/(kg)。若总传热系数K0为450W/(m2),试求换热器传热面积S0
11、。假设换热器的热损失可忽略。解：换热器的传热面积Q 二 Wsr 二 Vs'rPM10133078332.69 kg / mRT 8.315 10(27880.1)1650 汉 2.6935Q39410 二 4.8610 w3600其中： 冷水出口温度可由热量衡算求得。即:54.86 疋 10 工 3600-Q 二 WeCpc(t2 -二 t2320 二 31.6 C36000 汇 4.18 汇 10；tm(80.1 - 20) - (80.1 - 31.6)54.1 C80.1 - 20In80.1-31.6S则：54.8610220 m45054.112.在一传热面积为50m2的单程
12、管亮式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h,温度由20C升至38C。溶液的温度由110C降至60C。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下，冷水出口温度增到 45 C。试估算换热器清洗前传热面两侧的 总污垢热阻。假设：(1)两种'情况下，流体物性可视为不变， 水的平均比热容可取为4.17kJ/(kg) ；2)可按平壁处理，a ； a两种工况下 I和 0分别相同；(3)忽略管壁热阻和热损失解：先求清洗前的总传热系数K.54.4 C(110 - 38) -(80 - 20)110 - 38 In60 - 20所以:32 Q二 254 w
13、 /( m C )Q 33000 x 4.187 沢 10 汽(38 20) k =S36005054.4再求清洗后总传热系数 K ,由热量衡算求溶液的出口温度WcCpc'110-60T2 订 -p-(t2 -11 110(45 - 20)W C38-20n pn40.6 C(110 -45) - (40.6 - 20)110 - 45 In -40.6 - 20-38.6 C3330004.18710(45 - 20)6005038.62 0=497 w/( m C)若传热面两侧的总污垢热阻为"Rs.则有:r 1111+ZRs -k a i2541 11 111= +=【k
14、J«i497由此得：Z R =32Q1.925 江 10 m2 C /Wsx05a02004棉花保温性能好，主要是因为 。A. 棉纤维素导热率小；B. 棉花中含有相当数量的油脂；C. 棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍；D. 棉花白色，因而黑度小。x05a02016在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对a的影响是A）使a值升高B）使a值大大降低C）使a值有一定影响D）对a值无影响x05a02031多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻 A成正比 B 成反比C 没关系x05a05171一定流量的液体在一 :-25X 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数:=1000W(m2
15、)。如流量与物性都不变，改用一 ：19 x 2mm的直管，则其值将变为VW(m2)。A. 1059B. 1496C. 1585D. 1678 t05a01177冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C ,出口温度为50C ,冷水进口温度为 15C ,出口温度为 53C ,冷热水的流量相同，则热损失占传热量的 %（冷热水物性数据视为相同）。t05a01216当冷热两流体均不发生相态变化时，一般对 物料选用并流操作。t05a02042某流体在圆直管内强制对流，其对流传热系数为：，现任务变更，管内流速降为原来的1/2，且已知此时 Re 104，则管内的对流传热系数为原对流传热系数的t05a02
16、043某有机溶液在长为 L,直径为：-108 x 10mm的钢管中强制湍流时，其=310W/(m2?K),如体积流量不变，改用门152x 10mm的钢管代替，流动仍为湍流(两种情况下L / d均大于60)，此时W/(m2?K)t05a02118两流体通过间壁换热，冷流体从 20C被加热到50 C,热流 体从100 C冷却到70 C,则逆流时的 tm =C。并流时的tm=C。w05b051611. 一杯开水(100 C )置于20 C的静止空气中，问杯子两侧流体的传热各属何种类型 ？哪一侧热阻大？2. 若将杯子浸在20 C的冷水中（两流体不直接接触）,能 否增强传热 ?理由 ?3. 仍置于空气中
17、 , 但使杯外的空气流动 , 问能否增强传 热?理由?4. 对 1 的情况 , 若对杯中流体加以搅动 , 问是否比 2、3 两种办法有效些 ?1. 均为自然对流 , 空气侧热阻大 ;2. 能增强传热 , 因为水的对流给热系数比空气大 ;3. 能增强传热 , 因为强制对流的对流给热系数比自然对流大4. 主要热阻在空气侧 , 故 2,3 效果较好 ,4 不及 2,3 w05a05034 一厚度相等的双层平壁，其导热率入I 入H试定性画出其温度分布图，为什么?（稳定传热） 套管式换热器的冷、热流体进、出口温度分别为t1、t2T1、T2,试画出冷、热流体温度沿换热面积变化关系曲线。稳定传热即QI=QII根据傅立叶定律；Q=X dt/dn;因已知入1>入II (dt/dn)l< (dt/dn)llIH12 = 1689 W/m*1400 + 949