传热习题课

第四章 传热习题

3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)，设A 的内层温度和B 的外层温度分别为170 ℃和40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？

解：

()()m W 150m W 100159100502159ln 0.11159502159ln 1.014017014.32ln 21ln 212

3

21212

1=++⨯++⨯+-⨯⨯=+-=r r r r t t L Q πλπλ

A 、

B 两层互换位置后，热损失为

()()m W 5.131m W 100159100502159ln 1.01159502159ln 0.114017014.32ln 21ln 212

3

21212

1=++⨯++⨯+-⨯⨯=+-=r r r r t t L Q πλπλ

6．在一传热面积为40 m 2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h ，其温度由22 ℃升高到36 ℃。溶液温度由115 ℃降至55 ℃。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40 ℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，i o αα、分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。

解：求清洗前总传热系数K

()()C 7.52C 22

5536115ln 225536115m ︒=︒-----=∆t ()()()C m W 231C m W 7

.52403600223610174.430000223m ︒⋅=︒⋅⨯⨯-⨯⨯⨯=∆=t S Q K 求清洗后传热系数K '

由热量衡算

h p,h 12c p,c 21()()W C T T W C t t -=-

h p,h 12c p,c 2

1()()W C T T W C t t ''-=-

c p,c 2121h p,h ()W C T T t t W C ''=-

- ()()C 9.37C 22402236551151151212211︒=︒⎥⎦

⎤⎢⎣⎡----=-'---=t t t t T T T ()()C 1.38C 22

9.3740115ln 229.3740115m ︒=︒-----='∆t ())()C m W 8.410C m W 1

.38403600224010174.430000223︒⋅=︒⋅⨯⨯-⨯⨯⨯=K 清洗前两侧的总传热热阻

C m 109.1C m 8.4101231111232S ︒⋅⨯=︒⋅⎪⎭

⎫ ⎝⎛-='-=-∑K K R 7．在一传热面积为25 m 2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h ，其温度由25 ℃升至38 ℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机溶液的温度由110 ℃降至65 ℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。 解：p,c 4.17C = kJ/(kg·℃)

c p,c 21()Q W C t t =-

()W 1022.4W 25381017.43600

2800053⨯=-⨯⨯⨯= 求m t ∆

有机物 110 → 65

水 38 ← 25

————————————————

t ∆ 72 40

C 4.54C 40

72ln 4072m ︒=︒-=∆t ()()C m W 3.310C m W 4

.54251022.4225︒⋅=︒⋅⨯⨯=K ()()

h kg 10963.1kg 452.5s kg 651101072.11022.4435

21h h ⨯==-⨯⨯⨯=-=K T T c Q W p 8．在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h ，其初始温度为30 ℃，平均比热容为4.174 kJ/（kg·℃）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h ，温度由180 ℃降至120 ℃，平均比热容为1.72 kJ/（kg·℃）。设换热器的总传热系数为500 W/(m 2·℃)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。

解： ()()kW 3.401h kJ 104448.1h kJ 12018072.114000621h =⨯=-⨯⨯=-=T T Wc Q p

冷却水的出口温度为

C 61.64C 30174.410000104448.161c c 2︒=︒⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+⨯⨯=+=t c W Q t p 逆流时

()()C 102.2C 90

39.115ln 39.25C 3012061

.64180ln 3012061.64180m ︒=︒=

︒-----=∆t 223m m 854.7m 2

.102500103.401=⨯⨯=∆=t K Q S 逆

并流时 ()()C 97.94C 150

39.55ln 61.94C 3018061

.64120ln 3018061.64120m ︒=︒=

︒-----=∆t 223

m m 452.8m 97

.94500103.401=⨯⨯=∆=t K Q S 逆 9．在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1 600 m 3/h ，常压下苯的沸点为80.1 ℃，气化热为394 kJ/kg 。冷却水的入口温度为20 ℃，流量为35 000 kg/h ，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。总传热系数为450 W/(m 2·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。

解：苯蒸气的密度为

()

33m kg 692.2m kg 1.8027308206.0781=+⨯⨯==RT PM ρ h kg 2.4307h kg 692.21600h =⨯=W

W 1071.4h kJ 10697.1h kJ 3942.430756h ⨯=⨯=⨯==γW Q

c p,c 21()Q W C t t =-

23535000 4.1710(20) 4.71103600

t =⨯⨯-=⨯ 解出 231.6t =℃

求m t ∆

苯 80.1 → 80.1

水 31.6 20

————————————————

t ∆ 48.5 60.1