化工原理-第四章-重点习题.doc

【4-6】某工厂用得无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途得热损失,在管外包两层绝热材料,第一层为厚30mm得矿渣棉,其热导率为;第二层为厚30mm得石棉灰,其热导率为。管内壁温度为300,保温层外表面温度为40。管路长50m。试求该管路得散热量。解 【4-7】水蒸气管路外径为108mm,其表面包一层超细玻璃棉毡保温,其热导率随温度得变化关系为。水蒸气管路外表面温度为150,希望保温层外表面温度不超过50,且每米管路得热量损失不超过。试确定所需保温层厚度。解 保温层厚度以b表示已知解得保温层厚度为保温层厚度应不小于13、3mm【4-9】空气以得流速通过得钢管,管长。空气入口温度为32,出口温度为68。(1)试计算空气与管壁间得对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍,其她条件均不变,对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到得热量为,钢管内壁得平均温度为多少。解 已知(1)对流传热系数计算空气得平均温度 查得空气在时得物性数据,空气被加热,Pr得指数雷诺数 湍流对流传热系数 (2)空气流速增加一倍,对流传热系数为(3)若空气从管壁得到得热量为,计算钢管内壁平均温度用式计算钢管内壁得平均温度。已知空气进出口平均温度 在第(1)项中已计算出对流传热系数 钢管内表面积为 钢管内壁平均温度 【4-10】温度为10、压力为101、3kPa得空气,以得流速在列管式换热器管间沿管长方向流动,空气出口温度为30。列管式换热器得外壳内径为190mm,其中装有37根得钢管,钢管长度为2m。试求钢管外表面对空气得对流传热系数。解 已知空气压力,温度,空气得平均温度 查得空气在20得物性数据为:密度,比热容,热导率,黏度,普朗特数,空气被加热,Pr得指数空气流动得截面积 湿润周边 当量直径 已知空气得流速 雷诺数 湍流对流传热系数 【4-11】有一套管式换热器,内管为,外管为得钢管,内管得传热管长为2m。质量流量为得甲苯在环隙中流动,进口温度为72,出口温度为38。试求甲苯对内管外表面得对流传热系数。解甲苯得温度 ,平均温度甲苯在55得物性数据有:密度,比热容,热导率=0、128W/(m),黏度甲苯得质量流量 体积流量 甲苯在环隙中得流速计算套管得内管外径,外管内径,流速 甲苯对内管外表面得对流传热系数计算套管环隙得当量直径湍流甲苯被冷却 【4-27】欲将体积流量为(标准状况)得常压空气,用绝对压力为200kPa得饱与水蒸气加热,空气从10加热到90。现有一列管式换热器,其规格如下:钢管直径,管长1、6m,管数271根。如用此换热器,使空气在管内流动,水蒸气在管外冷凝,试验算此换热器面积就是否够用？水蒸气冷凝时得对流传热系数可取为。解 空气得平均温度空气得物性参数 , 空气流量 热负荷 水蒸气 平均温度差 空气流速 湍流【4-29】 在一传热面积为20m2得列管式换热器中,壳程用110得饱与水蒸汽冷凝以加热管程中得某溶液。溶液得处理量为2、5104kg/h,比热容为4kJ/(kgK)。换热器初始使用时可将溶液由20加热至80。(1)该换热器使用一段时间后,由于溶液结垢,其出口温度只能达到75,试求污垢热阻值;(2)若要使溶液出口温度仍维持在80,在不变动设备得条件下可采取何种措施？做定量计算。解:原工况条件下得对数平均温差:此操作条件下得总传热系数:W/ (m2K)（1） 使用一年后,溶液出口温度下降至75,此时得对数平均温差为总传热系数 W/(m2K)污垢热阻 m2K/W（2） 在不变动设备得条件下,可通过提高加热蒸汽得温度使溶液出口温度仍然维持在80。此时传热温差为即 由此解得 【4-30】有一单管程得列管式换热器,其规格如下:管径为,管长为3m,管数为37根。今拟采用此换热器冷凝并冷却得饱与蒸气,自饱与温度46冷却到10。在管外冷凝,其流量为,比汽化热为。冷却水在管内,进口温度为5,出口温度为32。逆流流动。已知得冷凝与冷却时得总传热系数分别为与(以内表面积为基准)。试问此换热器就是否合适？ 习题4-30附图解 质量流量,冷凝段,得比汽化热冷凝段热负荷 冷却段 冷却段热负荷 冷却水 冷却水用量 水在两段之间得温度,用冷却段热负荷计算。 冷凝段平均温度差为 冷却段平均温度差为 冷凝段传热面积为 冷却段传热面积为 总传热面积 现有换热器得传热面积按传热管内表面积计算 【4-32】外径为50mm、长为10m得氧化钢管敷设在截面为200mm200mm得红砖砌得通道内,钢管外表面温度为250,通道壁面温度为20。试计算辐射热损失。解 钢管被红砖通道包围,角系数 辐射传热面积红砖通道得表面积宽长 查得氧化钢材表面得黑度,红砖得黑度。总辐射系数 辐射热损失为 传热面积够用。