化工原理习题4传热复习资料

2-1-2 某工业炉壁由下列三层依次组成（如图所示），耐火砖的导热系数λ1 =1.05 W/(m·℃)，厚度为0.23m ，绝热层导热系数λ2=0.144 W/(m·℃)；红砖导热系数λ3=0.94 W/(m.℃)，厚度为0.23 m 。已知耐火砖内侧温度t 1 =1300℃，红砖处侧温度为50℃，单位面积的热损失为607 W/㎡。试求：①绝热层的厚度；②耐火砖与绝热层接触处温度。【答：δ2=0.23ｍ，t 2=1167℃】

所以t 2=1167℃

所以t 3=198.5℃

所以

2-1-14 在一套管换热器中，内管为ф57×3.5的钢管，流量为2500㎏/ｈ，平均比热容为2.0ｋＪ/(㎏·℃)的热液体在内管中从90℃冷却为50℃，环隙中冷水从20℃被加热至40℃，已知总传热系数为200 W/(m 2·℃)，试求：①冷却水用量，㎏/ｈ；②并流流动时的平均温度差及所需的套管长度，m ； ③逆流流=50.5动时平均温度差及所需的套管长度m 。

【答：① Wc=2396㎏/ｈ； ②△tm 并=30.8℃，ｌ并=50.5 m ；△tm 逆=39.2℃， ｌ逆=39.6 m 】 (1)

所以冷流体的流量Ws=0.655kg/s=2396kg/h (2)

(3)

2

/607m W t A Q =⋅∆=δ

λ221121/60723

.005.1)1300()(m W t t t A Q =⨯-=⋅-=δλ233343/60723.094.0)50()(m W t t t A Q =⨯-=⋅-=δλ2

22232/607144.0)5.1981167()(m

W t t A Q =⨯-=⋅-=δδλm

23.02=δS

J C Q /1056.5)5090(20003600

2500

T W 4S ⨯=-⨯⨯=∆⋅⋅=热流体

热流体S

J t C Q /1056.5)2040(4174W W 4S S ⨯=-⨯⨯=∆⋅⋅=冷流体冷流体冷流体8

.3010

ln 1070=-=∆m t 2

4

02.98

.302001056.5m t K Q A m =⨯⨯=∆=m d A l 4.50057.014.302

.9=⨯==π2.3930

50ln 30

50=-=

∆m t 2

4

09.72

.392001056.5m t K Q A m =⨯⨯=∆=m d A l 6.39057

.014.309.7=⨯==

π

2-1-18 某厂似用100℃的饱和水蒸气将常压空气从20℃加热至80℃，空气流量为8000㎏/ｈ。现仓库有一台单程换热器，内有ф25×2.5的钢管300根，管长2 m 。若管外水蒸气冷凝的对流传热系数为104 W/(m 2·K)，两侧污垢热阻及管壁热阻均可忽略，试计算此换热器能否满足工艺要求。（提示：比较换热器的实际面积与计算需要的换热面积） 【答：A 计=4.38 m 2 ，A 实=47.1 m 2 ，换热器可用】

（1）50℃时，空气的比热Cp=1.005kJ/kg ℃，密度为1.093kg/m 3,

所以K=95.8 W/m 2℃

实际面积

计算面积小于实际面积，所以该换热器合用

2-2-1、在一传热面积为3m 2、由Φ25×2.5mm 的管子组成的单程列管式换热器中，用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃，水走管程，机油走壳程。已知水和机油的流量分别为1000kg/h 和1200kg/h ，机油的比热容为2.0kJ/(kg·K)，水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/(m 2·K)和250 W/(m 2·K)，两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。问： （1）通过计算说明换热器是否符合要求？

（2）夏天当水温达到30℃，而机油和水的流量及机油的冷却程度不变时，该换热器是否还符合使用要求（假设传热系数不变）？ （1）10℃时，水的比热Cp=4.191kJ/kg ℃

m t KA Q Q Q ∆===冷热)100200(20003600

1200

)10(4191360010002-⨯⨯=-⨯⨯=

t Q 698.0Pr ,1096.1,10826.252=⋅⨯=⨯=--s Pa μλs m A Vs u /6.23300

02.0785.03600/80002=⨯⨯==45

1063.210

96.1093

.16.2302.0Re ⨯=⨯⨯⨯=

=

-μ

ρ

du 7

.96Pr Re 023

.04.08.0=⋅⋅=d

λ

α7

.96110000111121+=+=ααK 3

.434ln 20

80=-=∆m t 23.323

.438.95)

2080(100536008000

m t K Q A m =⨯-⨯⨯=∆=2

47.1m 30020.0253.14n dl =⨯⨯⨯=⋅=π实际A

所以t 2=67.3℃，

所以K=222.2 W/m 2℃

，小于实际面积3m 2，所以合用

（2）30℃时，水的比热Cp=4.174kJ/kg ℃

所以t 2=87.5℃，

K=222.2 W/m 2℃

，大于实际面积3m 2，不合用

7

.1323.672009021=-=∆=∆t t ，35.111=∆m t 250

12000111121+=+=ααK 2

7.235

.1112.222m Q t K Q A m =⨯=∆=25.91=∆m t 2

3.325

.912.222m Q t K Q A m =⨯=∆=m t KA Q Q Q ∆===冷热)100200(20003600

1200)10(4174360010002-⨯⨯=-⨯⨯=t Q