传热习题
传热习题一填空.选择与1①.列管换热一,器管列格为规38×φ,管长34m,管数12根7,则表面积F外=_1_______________,而_以表面积内计的传面积热F2_=___________________。_②流体两间壁的换过热中程Qm=pC△计算式中,t△表示_t________________答。:F①=12174π××00.83F,2127×4=×0.032;②πT-1T2或t2t1–。2.①定稳传导热指是______________________________随不间而时变改。②套管热器换,管外内径d1外、管内径2,则环隙d当量直径d的=e_____________。_答:①传系统热各中的点温度仅位随置变②;d2–d1。3①.物黑体是指在_度_________温度,下物的_体__________与________之_比,数值上在它与同温一度物下的体_________相_等②。两固间体射辐热速传公率式为____________________________________________t。4a00503答:0①一,辐射同力,能体黑射辐能力,吸率收44;②Q—1—=C12——2φA([T/110)0-(2T1/00)]。4①.单程将管式换列器热为改双的作程是_用________,_这但使将_______减_小______增大,。②流对程是_过_________和__________之间的传热过。程答①提高管内:,△αtm,阻;②力流体,面5壁①.为减了少室外设备热的损失,保温外层所的一层包金属皮应是__该______.A表光面滑颜色,浅较.B面表粗糙,颜较深色.表C粗糙面,色较浅②颜某一管套热器用换间管饱蒸和汽热管内加空,气饱和蒸设汽温度为100℃空,进口气温度20为,℃口温度出为80℃,此问套换热器管管壁内应是温___________.A接空气平近温均B.度接饱近和蒸汽和空气的均温平C度.接饱近和蒸汽度温答:①;②AC。6①.红砖黑度的ε为0.93,当表面其度温为均003℃时,砖的发红能力为_射_______。2222.A583.4W6/m.9B16.W/m7.7C1324W/.D.5m04.W7/②m有一套换热器,管隙有环119.6℃蒸汽冷,凝内管空从2气℃0加被热到50℃管壁温度,接应近____________A.。53℃B.11.69℃C7..37D.5℃℃0③已知在度温时T火耐砖发的能射力(辐能射)力大于的铜发射能,力铜的黑则为度___________,_耐砖火的度为黑___________。_A.0.6B0.9.C1.D1.2.答:①A②;;③BA,B7。①强.制对流(无变相)流体的对传流热系关数联式自来____________。.A理论方法.B次因分法析C.数学模法D型.次因析和实验相分合的结法②方钢导的热数为系_____,_不锈钢的导热系为__数____,0℃2水导的热系为数______20℃,气的导热系数为空_____。_A.4W5m℃/B0.6W.m/℃.0.0C6W2m/℃D15W.m℃/答:①D;②AD,,BC。8.,两灰①体进间
行辐射换热,者间温两差为1度00,℃两如灰的温度体各升高10℃0则,时的此辐传热量射原与的来热量传比,将__对___________。_A.大B增.小减.不C变D不.定一一定②量流液的在体Φ一25×.52mm的管内作湍流直流动其对流,传系热数2α=11000/m.℃。w如量与流物性不变,改用一Φ都9×12mm的管,直其则α值1将为变_______________w/_m.。℃.A2195B149.6.C1855答:①A;②D。2.D6781二计.题算1.有一厚壁10m为的钢制m壁平容器内,盛0℃8恒温热水的。水对壁面内对的传热流2数为系402Wm/·。℃在容现外器面复表一盖层导热数系为.160/W·℃m、厚为度50mm的保2温材料。保温为层10℃的气所空围,包壁外空气的对合联传系数热10为Wm·/。℃试:求22A)小每从时每m面积所损的失量热KJh./m;B)器内容表面温的度T。W钢材导热的数为系4W/5m℃。2解:.q=K1t△mtm△8=-100=0℃7=q.293970=×6719W.mK/=1(/1/α0+/α1i+1/bλ1+b/22)λ21=(/110/+/240+01.01/4+0.5500.1/)=2.639W/9m℃·2小每时散量热q=h630×168/0100=006.44JKm/.h2.q=αi(08T-w)08-wT=61.972/0=0.47∴w=79.3T℃2如图2.示所有一,稳导定的平热壁墙炉,墙厚420mm,热导系数λ=02W/m℃,若.炉墙壁外度t温=43℃5为,得炉测内墙温度t壁,1在深墙100mm处入温度插计测,该处温得t2=度100,℃试炉求内壁温墙度1t解:Q=(λ/)Aδ△=tλ(δ)A(/1t-3tQ')(=λ/δ1A△)1=(tλ/δ)1A(2t-t)3QQ='(∴λ/δA)(1t-3)t=λ(/1δ)A(t-2t)t31=δ(/δ1)t2(t-)+t3=32(4/1000)10(04-5)+452=.4×55+4=517℃73水.在一形圆直内管呈强湍制时,流若流量及物均性不。变将现管径减半内,则内管对传流系数热原来的为少倍多?.080.20.80.208..200.8.020.0.28解:α'/α=u(d')/ud(')=(4u)(d'2)(u/'d)=(4×()2)3.4=380.,80.2根据Nu:0=0.23eRru'P=u4'd1=2d/:答管对流内传系热为原来的数3.48倍。2.4平壁炉的炉壁由种材料三组所成,其厚和导热系度数列于附表中2。序号材料火砖耐绝砖缘钢厚b度m200m1006导热系数W/2m·℃1.07.10451(内层)423耐若火层砖内面表的度t温为11150℃钢板,外表温度面t为30℃,4计导算热的热量通2实。际得通测过壁的炉损热失为003W/m,析原因分并计算加热附阻解:。由多平层壁热导速方率求导程热热通的,量t1即tQ41150301120q21422.6W/bm0.0.210.006bbS.0011923541231.07..10计算4结的果热量大于实通测热损失的表明平,壁间触不接,有空良层气在,存生产附加热阻,即q112030,00.910R∴R
110220.019.82m3·℃/W305.直径为060×m3m的钢管用03mm厚的软木包扎,其又用外001mm厚的保灰温包,扎以作绝热层。为现得测钢外管壁温度为面—110℃,绝层热表外面温度10。℃已软木知和保温灰的热导系分数为别0.403和0.70W(m/℃·)求每米管,的长冷损失量。量2t1t3Q解:由圆筒的壁导速率方程热知r1123lrnlnl1rr2其中∴1r=30mm,r2=6mm,03r=106mmQl21011025Wm/6011160lnnl.004330.00706负号表示由外界向系内传热,统即冷量损失量为6.在。管为φ内18×901m的m管套热器中换将流,量35为0kg/0h的液态某从烃01℃冷却到060℃,平均其比CP热烃=238kJ/kg.℃.,隙环冷走水却,进出其口度温别分为04和℃05,℃2平均比C热p=4水.1kJ7/k.g,℃基于传热面积的总外热系数K传=2000W0m/·℃,设其恒定值忽,热略失。损求试:A冷)却水用量B;分)计别两流算体逆为和流并情流况的下均温平及所差需管长。解:却冷水用量hCPWhT(1T2-)=WcPc(Ct2t-1)350×0.38×210(0-60)=Wc×4.17×(05-04W)=7c990g/hKΔt逆(5=-20)/l0n50/(2)=3207.℃5Δt并(=60-1)/l0(n6/010=)72.39℃5=QAΔKmtQ=997×4.10×(50-740)=.333×102K/h5J∴A逆=2.332×310[/(0002/010)×320.57×360]01.=1(m)4πd0L1.=143.140×.8×L11.4=1∴L=2逆.(5m)25并=A.3323×01[/2000/1(000)×7.2933×600=]16.6m().134×01.×8L并=.661∴L=2.9并3(m)7一.管套热换器,由φ4×3m8m和φ252.×m5m的钢组成,管两流体种内管和环在流隙过,3别分测对流传热系得数α1为和α,2两若体的流流量保持变不并忽略出,温口度化对物变性所产生影响的求。将内:管为Φ改32×.5mm2后,内对管传流热数系有何化变?(设假流动状态为湍皆)流解:原管外内d径1=5mm内2径d=2522-5×.=202mm内新管径外d1'=23m内m径d'=3222.-52×2=mm7设改用φ32×2.钢5后管,管对内流传系数热α1'0.0.28α'1/=(U'α/)U/(d/21d')220。0。82=(d/d22'×()d2/d2'1。)818=(。d/22'd)(=2/207)0.583==(d2d2'/=)20/2(7)0=.853∴α1='.580α8.3在并换热器中流,用水冷油。水却的进出口温度、分别为1℃和54℃,油0的进出、温口度别分为150和1℃0℃0。因现生产任务求要油的出温口降度至80,℃油设水的和量流进口温、度物及性均变,不原换若热器管的为长1m,将求换此热器的长增加管少米才多能满足要求。换器热的损失可热忽。解:略原均温度差Δt1
平=1051-5=135℃,Δt2=0104-0=60Δt℃=m(13-56)0l/n(35/16)0=2.95℃热由衡算量Q=WhCp(T1h-T)2=WCpcct2(t1-)hCWp/hcCpWc=(t2-t1)(/1T-T2=)40(-1)/5(150-100=)0.5油当的温降至度0℃8时,热由衡算得量QWh=Cph(15-80)=0WCpc(c2't-15或W)Cphh/WCpcc=t2('15)-/150-80)=(.05解得t'=250新℃的平温度差均Δ,1=t1051-513=5℃,Δt2=8-005=3℃0Δ,mt'=(35-130)/l(135n/3)0=69.8℃由传热率方速可程分得别原热器Wh换ph(C15-000)1=KSΔmtKnπ=dL(2.9)新5热器WhC换hp(51080-=)SKΔtm='Knπd'L69.8()∴'=L70/50()×(9.5269/8.)×11=.58m5Δ=1.8L55–1=.058m59一.单列程式管热器换,直径为由Φ252.5×mm的管钢组成束。苯在换器热的内管流,动量流为.251kgs,由/8℃冷0却到30℃冷却水在,管和苯间呈流流逆动,口水温进20为,℃出口不超过5℃0已知。水和侧苯的侧对传热流系分别数为.170和0.5k8/W(m·℃),2垢污热阻换热器和的热失可损略忽,求热换的器传热面积。的苯均平比热为1.9k/(kg·J)℃,管壁材的料导系热数为45W/(m·℃。):由总解热速传方程率式Q=KOOΔStm式中Q=WhCh(p1T–T)2=125×.1.91×30×(08-30)118.8=WKok1120.472k/W(m·℃)oddbo00.520.002500.21510.805.20.00540.2051.27ididmot21t0850030218.2℃t28050llnn0320t1Q1188.138.2mKotm0.42178.2tm∴oS401.在列管换热式器中用水冷油,水在却管内流。已知管内水侧动对流热传数系i为493W/m2(·℃),管油外对流侧传系数热o为258/(mW·2)℃换。器在使用热一时段间后,管壁面侧两有污均垢形成水,侧的垢污热阻Ris为.000206(2·m℃)W/油,的侧垢污阻热Rs为o.0001067(m2℃·/W)。此若热器可按换壁管薄理处管,导壁热阻热忽不略。计:(1求)产生垢污热阻增加后百的分数(2)总传;热数系K。解:(1)生产垢污的前阻1热111100067.4(m·2℃/W)KI0349258产生垢后污热阻1的1111siRRos.0002600.0007160007.17(m27℃·/WK)i0342598(0.00717-700.670)/04.00746=64.%8(2总)传系数K热1213933.W(/m℃·).000177711在管长.为m的1却冷器,中水冷用却油。知两已体作流并流动流,油由204K冷却37到0K,却水由2冷85K加到热30K。欲1加用冷却管长的办子,使法出油口度降至温53K0。若两种在情况下、油水流的量物性,常数,口温度进均变不,冷却除器长外管,其他尺寸均也
不变试求管。。长:解w1c1p(20-4307=)2wc2(310p2-58w1c)1p(4203-0)=52wpc2(2’t-28)5式两比相得2’t=20K3Δt=(m(240-825)(37-0-30))1/n(420l28-5/)3(7-3100=)5/0.81=72.59KΔt’=m(420-(85)-235(0-203)/)n(l402285-/()305-203)=105/1.5=9.68Q=Kw1c14p0-320)=7oKπ0dΔLmtQ=’1wp1c(42-350)0K=’πo0d’LtΔm油’水、流的量,性物常数管及均径不,故变Ko=K'o两式相得比:420(370)/-4(02-503)(=LL/’×)Δ(tΔtm’)/’=L7/050×2.9/69.5×8=11.855m21.在流换热逆器中,油从2将5加℃热到50℃热,水的口进温度80℃,为出口度温为35,℃求该热器换的效率解:。m11c1-T2T=)2c2mt2-(t1)m1c(10-85)3=2cm250-(5)2m1c×14=m252×2c5m11<m2cc故2热换的器率效ε=为T(1-T2/(T1-)1)t(8=-05)3/8(-05)=2818.%513.在一管套换器热用中逆流冷水某种却溶,液溶量液为.4kg/1s比,热为2JK/gK℃,走内管(规格为φ5×225.m),从1m05℃冷到却10℃0。却水走套冷环隙,管从25升℃温6至0℃水的比热为4.18,J/KK℃g。1.2知已溶一侧液对的流传热系数1160W为m·/,冷却℃水一侧对的流传系数为热3092W/m,略忽管壁和污的热垢阻及热损,失求以传热外表面积基为的总准热系数传K和冷却的水用量kg/h)(2。计.算管的内外表积面管长。和5解:3液溶热放Q=sCmp△=1T.×2410××(10-500)=114.×01-W31/K0d0=/αi(di)1+α/00.02=/511(0×6.002+)/130=92.15×102K0=446Wm/℃·冷5却用水sm'Q/[=pC't2-t()1=1.4]1×0[/184(6002-)5]0.=579Kgs=/435K4/gh△t=m([51-60)0-(10-05)2]/nl([510-0)/61(0-025)=]2.835℃2A=0/Q(K△t0)=m1.×140(/44682×.3)3.=6mL7=A0/π(d)=0.37/(6π×.025)04=6.m74.1单一壳单管程列程管换热,器由根Φ2多52.×m5m的管组钢成束,管管程走某机有溶3液流速为0,.m5s,/流量为51/h,比热为1T7.k6/kJg.K,度为85密kg8m/,温由2度℃加02热至05。壳程℃1为03的℃和饱水汽蒸凝。冷管程、壳程对流传的热系数分别为700W/m2K和1000W0mK/钢。热导系为数45Wm.K。垢层/热阻忽不计。略:求A此)热器换总传的热数;系(以表外积面基准为B)此换热)的管器子根数及管;长)C冷流体温在度不的情变况,下若提高此设要备传热的速率你认为,要采取么什施措?335Q=WpC△=t51×1×01.7610×50(-2)/30060=.2201×W0△tm=([30120-)+1(0350)-]2/95=以℃外面为基表的准传热数:系2K01=/1/[00010(0+00.5×200.25)/(54×002.5)20.02+/5(07
0×.002)=]135/KWm33VW=ρ/=1×10/(356008×85=).0004m9/-32sS=V/u=000.4/0.959.=8×01m222S=π·n/4n=4S/(πdd=4×0)0.089(/314.0×02.=)31根2A0=Q(/K0△m)t=220000(5/1×935)=45m.A0n=πd·0ll=A(/nπd0)4=5.(31/×3.4×1.005)2=.815m取m2为因管程速流小,也小α,故应强管程化,可改为双管。程15.9℃的0正丁,醇在逆操作的换热流中器被冷却到0℃,5正丁醇的流量1为903g/hk冷2,2却介质1为8℃水,换器的热热传面为6积,总m传系热K数=30W/m2.,℃热损不计。失:求②却冷水出温度;口③冷却水耗消。量0℃正7醇丁Cp2=98.Jk/k.℃g水C=4.p178k/Jgk.℃34解:QGhCP=h(1T-2)T(=193/36000)2×.8×9019(050)-6=.931×04wΔt∴m=/KQ=A.63910×/2(036×=46.)3℃Δmt=((1T-t2)(T+2-1t)/)2(=90-t2()(50+18-)/2)6=1t2-/2=6.34∴t2=2.94℃6=GQCcPc(t-t21)∴冷却水消量耗cGQ/(=CPct2(-1t))43=63.910/(×4.811×00×029(4.1-8))1=.43g/k=s48×.10K/g△ht190-=924.=0.66△t℃=25018-3=2℃△1t/△2t=6.6/30=1.2892<平均温度故采用差术算平均是值以接受可.的16拟设计由φ.25×mm21的3根不6钢锈管组成列管的换热。器平均比热为4817/kgJ℃.某的液在管内作湍溶流动,流流量其为1500k0/h,并g1由5℃加到热10℃0。温为度10℃1的饱2和蒸水在壳方冷凝汽已。知单程时管壁对管液的对溶传热流数α系i=50W/m·℃,蒸2汽42冷凝的时流对热系数传=1.1α×601/mW,℃不钢锈管的导系热λ数1=7W/m.,忽略垢层℃阻和热损失。热求:试A管程)单程时为的管列长(度有效度长,下);同B管)为程4程的列时管度(长管数不总变仍,1为36根)。解:换器热热荷:Q负=WCPC(Ct2-t1)=15000/60304×.186×100-15)3=1(.483×0KW11.Ko=/1(1α/+bo/λ×d/dmo+od/αi(id))=/1(1/11060+00.2025/×1(723)×+2/5(20521))×-23=1/2(503.×10)=9395.W(m/.)Δ℃tm(9=510-)ln(/5/90)=13.87℃62=nSπdoLQ=(K/Δtm=)1.48×310/39(9.53×7.)8=982.mL=eS/(πndo=9).8/(21630×.052π)=.209m.8022.方管改程时四α:'=i4α=156W/(7m.℃)2Ko='1(1/1/60100.0+2025/×17(×23)+52/(21×5716)=)0131W(/m.℃)同:理'=3.5L61m.7拟在程逆单流管列换器热用3中5℃的水冷流量为将k1/gs、温度15为0℃的油热冷却6至℃,油走管内,软5走壳程水水,的出温口度为57℃,已油知水均与处在22湍流并,知此件下对流传条系数分热为别水2:00w/m0℃,油0100/mw℃,油平的均热比24k为Jk/℃g若换热器传热面,积11为m热,失、垢损
层及管热阻均可不计壁试,求:1.换该器热否是用?可2.若油流量增至1.的k2/s,其g条他均不件变仅,将程改为双流并知程双时程温差校正数系△tε为.86,该换0热器否用?能解1:.核换热所校面积35Q需ms=1c1Δp1T1=4×10××(5106-5)3.=×104wtΔ=(mΔt1Δ-2t/)n(lΔ1/Δt2)=t((15075--)(6535-))/n(l10-57)5/65(-35=49.1)℃12K1/(1/=α1+1α/)=2/1(11/00+0/12000=6)6.76wm/℃·5AQ=/K(Δt)m3=4×10./6(6.7×64.91)12=1.038m而2热换的积面A=11m∴用可72.改程双后∵α1u1∝.80.80α有1'=(u1'/)u1α=(['/nm')(/mn/]α)1.080.82=([m/m)'n(/n)]α'1(=.1×22).α12=014Wm/·℃2K'=/1(/1200+0/1204.1)=1050.3w/m6·℃Δm't=ε△ttΔm0=.8×49.51=41.714℃5Q'1.2Q==.04×80w1A'Q'=(K'Δ/t')5m22=.4081×0/(100.3×46.741)=.749m<11∴m可。用81.列某管换器热用19.20℃的饱和水汽加热蒸内空气,管它使2由0℃升80℃,至现空流气须量加一倍增问在传热面,积和气进、出口温空不度变况下,情加热汽蒸温度改应变为多少解?:mcs(t2-p1t=)AΔKmt=αAΔtm……①ms'c(t2pt1)=-'αAΔtm'……②②/①得:ms'm/=αs'Δtm/'(Δαt)m.08(=m'/sm)sΔ(mt/'Δt)m.20Δt'=(msm'm/s)Δtm……③Δtm=((T-t1)(--T2)t/l)nT(-t1)(T-t/2)=((019.-220-(10).298-)0)l/(109n.-22)0/(0192-.8)053=7.℃3代上入式得.2Δ0m't5=.5×(3sm/m')s02=53..52=6×1.5即(℃('-T2)-0(T-80')/ln)(T-'2)0(/'T61=5.T='161.℃51.16℃9盐的水以3408gk/h的率流过通套换热管的器内管被而加。热内管为φ832.×m53的钢m管,段长6m。每051℃的水热以4mh/的率流环隙内流在,而过冷被却至84℃两2流体作流流动。逆水对热壁管的对流传系数α热0为5000/W℃,m知盐水物性已(平均33-温下)ρ=度120K0gm/,Cp=3.KJ3/Kg,℃μ0.=9×50,λ1=.50W6m℃/,管内外污垢22热阻别分Rsi为=1/788m℃/3w,sR=1/3806m℃4w/。盐求出水温度和所需口管的段套数忽3。略损失热。热水在(均平温度下的C=p4.18Jk/k℃g,ρ1=000g/m.k:解两流由体的衡算热得:4×0100
×4.181(054-8)=8403×33.(t21-6)得t解2=19.2℃传热率速方程式为:=QKoπ.d.oL..t△m中:其△tm=(4[-81)6(1-5-091.2)/ln][(4-861)(/05-9112.]=21.6℃)Q3=830/34600×33×.01×(1.921-6)=62400W7K=o1(//αo+do1/i/αdi+Ro+idoR/i)d忽略(管壁阻)热2-3Re4=diG/.μ=[.03033×408(/6030π×4/×0.330]/)(095.1×0)=4340310>3-Pr=C3p.μλ=3/3.×10×0.9×10/0556.=.5608..0048.0.α4=i0023.λ(/d)ReirP=.002×(0.3560/.033×4)343×0.652=3893/mW.℃808.Ko=1[1/5/00038/(3+339×8)+133/46+883(3/33×788)=950W]m/.℃∴26470=050×π90×.30L×81.62解:得=108m1L086/=81段2.有0一管换热套器φ由57×3.mm5与89×4.φ5mm钢管成,组500kg0h/甲的在醇管中流内动其温度由60℃冷,却3至0,甲醇℃对管内壁的流传对系热为α数=11250w0/·k,冷m水却在环内隙流,动其、出进口温分别为度02℃和53℃甲,和醇冷水逆却操作,忽流热损失略垢及热阻层试求,:(1)却冷用水量k(g/)h;2)(所需套管长度。醇甲性数据物:cp为=1.62J/kg·kk,冷却水3性数据为物c:p=4.182J/kkg·kρ,=96.39gk/m,λ2=0.3-06w3/mk,μ·=0845×.10PaS.导热系数钢λ=:45/m·w解:k1()冷却水量用热由衡式算求得,即:33m2×.18410×(×53-2)=050(0036/0)0×.2×60×1(6-003=)01386W0得:解m=2.7129kgs/62=02g/kh(2)传热速用率公计算管长式LQ=o.AKo△t.mK=πo.od.L.△m其中t△tm=[6(-350)/3(02-0])/nl(60-[3)5(/302-0])=16.℃42Uo26220/=3[600×99.63π×4/(×0.80-.0075])=07m/.sde0.=8-0.00750.=032m-3Re=00.3×0.279×963/(..805×40)1=8980133-Pr4.=1×108×08.451×/0.006=3.90.805.42αo0.=023(×.6030/.002)×38981×05.9=3250W/m.℃Ko21=/1[/3502+.000535×7(53.5/×54+5)7/(501×005)]869W/=m.℃=L/Q(K.π.doo.△m)=t08100/38(6×π9×.057×06.1)=41.9m229