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λ=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、5´104kg/h,比热容为4kJ/(kg×K)。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/ (m2×K)
（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/(m2×K)
污垢热阻
m2×K/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200mm×200mm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。