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第四章****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1400℃,外表面温度t3为100℃。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,绝缘砖的导热系数为。两式中可分别取为各层材料的平均温度,单位为℃,λ单位为W/(m·℃)。
解:设两砖之间的界面温度为,由,得
热通量
,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℃,绝热层外表面温度10℃。/(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:
负号表示由外界向体系传递的热量,即为冷量损失。
,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,内层平均直径为,则且。
由导热效率方程知:
两层材料位置互换后:
所以:即:
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,导热系数小的材料放在内层较为合适。
6. 在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349OW/(m2·℃),管外油侧对流传热系数为258 W/(m2·℃)。换热器在使用一段时间后,管壁两侧均有污垢形成, m2·℃/ W, m2·℃/ W。管壁导热系数λ为45 W/(m·℃)。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。
解:(1)总传热系数
(2)产生污垢后热阻增加的百分数为:

7:在并流换热器中,用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃,油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,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
由热量恒算可得:
当油的出口温度降到80时,由热量恒算:
解得:
由传热速率方程分别可得:
原换热器:
新换热器:
,两种油的初温分别为243℃和128℃;终温分别为167℃和157℃。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:

两式相除:
(1)
而
所以:
解得:
即:
(2)
由(1)式得:
(3)
由(2)、(3)式得:
所以:
9..在下列各种管壳式换热器中,某种溶液在管内流动并由20℃加热到50℃。加热介质在壳方流动,其进、出口温度分别为100℃和60℃,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。
解:(1)由对数平均温度差知道:
(2)查温度差校正系数图得:
(3)由R、P值查流程温差校正系数图得:
所以:
11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,℃,汽化热为394kJ/kg。冷却水的进口温度为20℃,流量为36000kg/h,/(kg·℃)。若总传热系数K0为450W/(m2·℃),试求换热器传热面积S0。假设换热器的热损失可忽略。
解:换热器的传热面积
其中:
冷水出口温度可由热量衡算求得。即:
则: