传热习题课的题
- 格式:pdf
- 大小:95.56 KB
- 文档页数:3
热传导和传热的容量练习题传热是我们日常生活中一个非常重要的物理现象,它对于能量的传递和温度变化具有重要的影响。
而热传导则是传热过程中的一种重要方式。
本篇文章将通过几个练习题,帮助读者加深对热传导和传热容量的理解。
练习题一:问题:一根长度为1m,截面积为1cm²的金属棒,其中一端被加热,另一端保持常温。
已知棒的热导率为0.5 W/(m·K),散热面的温度为30℃,加热面的温度为100℃。
求金属棒上离加热面20cm处的温度。
解析:首先,我们可以利用热导率和传热面温差计算单位长度上的热流量。
在本题中,热流量Q可以通过以下公式计算:Q = λ * A * (ΔT/Δx)其中,λ代表热导率,A代表截面积,ΔT代表温度差,Δx代表长度差。
根据题目中的已知条件,热导率λ为0.5 W/(m·K),截面积A为1cm²,即0.0001 m²。
温度差ΔT为100℃-30℃,等于70K。
长度差Δx为20cm,等于0.2m。
将已知条件代入公式,可以计算出单位长度上的热流量Q:Q = 0.5 * 0.0001 * (70/0.2) = 0.175 W/m接下来,我们可以利用热流量和热导率计算出单位长度上的温度梯度。
单位长度上的温度梯度可以通过以下公式计算:ΔT/Δx = Q / (λ * A)将已知条件代入公式,可以计算出单位长度上的温度梯度:ΔT/Δx = 0.175 / (0.5 * 0.0001) = 3500 K/m最后,我们可以利用温度梯度和已知条件计算出离加热面20cm处的温度。
单位长度上的温度变化可以通过以下公式计算:ΔT = (ΔT/Δx) * Δx将已知条件代入公式,可以计算出离加热面20cm处的温度:ΔT = 3500 * 0.2 = 700 K由于加热面的温度为100℃,所以离加热面20cm处的温度为:100℃ + 700K = 800℃练习题二:问题:一块厚度为10cm,热导率为1 W/(m·K)的砖块,其上表面温度为800℃,下表面温度为20℃。
传热学课后简答题第一章思考题1.试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2.以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答:① 傅立叶定律:dx dt q λ-=,其中,q -热流密度;λ-导热系数;dx dt -沿x 方向的温度变化率,“-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式:)(f w t t h q -=,其中,q -热流密度;h -表面传热系数;w t -固体表面温度;f t -流体的温度。
③ 斯忒藩-玻耳兹曼定律:4T q σ=,其中,q -热流密度;σ-斯忒藩-玻耳兹曼常数;T -辐射物体的热力学温度。
3.导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?答:① 导热系数的单位是:W/(m.K);② 表面传热系数的单位是:W/(m 2.K);③ 传热系数的单位是:W/(m 2.K)。
这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4.当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答:因为在许多工业换热设备中,进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧,是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5.用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。
第一章1-3 宇宙飞船的外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口,其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。
船体表面各部分的表明温度与遮光罩的表面温度不同。
试分析,飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些?换热方式是什么?解:遮光罩与船体的导热遮光罩与宇宙空间的辐射换热1-4 热电偶常用来测量气流温度。
用热电偶来测量管道中高温气流的温度,管壁温度小于气流温度,分析热电偶节点的换热方式。
解:结点与气流间进行对流换热 与管壁辐射换热 与电偶臂导热1-6 一砖墙表面积为12m 2,厚度为260mm ,平均导热系数为1.5 W/(m ·K)。
设面向室内的表面温度为25℃,而外表面温度为-5℃,确定此砖墙向外散失的热量。
1-9 在一次测量空气横向流过单根圆管对的对流换热试验中,得到下列数据:管壁平均温度69℃,空气温度20℃,管子外径14mm ,加热段长80mm ,输入加热段的功率为8.5W 。
如果全部热量通过对流换热传给空气,此时的对流换热表面积传热系数为?1-17 有一台气体冷却器,气侧表面传热系数95 W/(m 2·K),壁面厚2.5mm ,导热系数46.5 W/(m ·K),水侧表面传热系数5800 W/(m 2·K)。
设传热壁可看作平壁,计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。
为了强化这一传热过程,应从哪个环节着手。
1-24 对于穿过平壁的传热过程,分析下列情形下温度曲线的变化趋向:(1)0→λδ;(2)∞→1h ;(3) ∞→2h第二章2-1 用平底锅烧水,与水相接触的锅底温度为111℃,热流密度为42400W/m 2。
使用一段时间后,锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢。
假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值,计算水垢与金属锅底接触面的温度。
水垢的导热系数取为1 W/(m ·K)。
解: δλtq ∆= 2.238110342400111312=⨯⨯+=⋅+=-λδq t t ℃2-2 一冷藏室的墙由钢皮、矿渣棉及石棉板三层叠合构成,各层的厚度依次为0.794mm 、152mm 及9.5mm ,导热系数分别为45 W/(m ·K)、0.07 W/(m ·K)及0.1 W/(m ·K)。
1. 一大平板,高3m ,宽2m ,厚 0.02m ,导热系数为45 W/(m·K),两侧表面温度分别为1001=t ℃、502=t ℃,试求该板的热阻、热流量、热流密度。
解:解:由傅立叶导热定律: 热阻 0.027.407/3245R K W A λδλ==⨯⨯=m 热流量 121005032456750000.02w w t t A W λδ-Φ=⨯⨯⨯=-=热流密度 2675000112500 W/m 32q A Φ==⨯=2. 空气在一根内径50mm ,长2.5m 的管子内流动并被加热,已知空气平均温度为80℃,管内对流换热的表面传热系数为h =70W/(m 2·K) ,热流密度为q =5000W/m 2,试求管壁温度及热流量。
解:由牛顿冷却公式:()f w t t h q -=得到 500080151.42C 70w f q t t h =+=+= 50000.05 2.51963.50 W qA q dlππΦ===⨯⨯⨯=3.炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成,厚度都为250 mm ,热导率分别为0.6 W/(m ⋅K)和0.4 W/(m ⋅K),炉墙内外壁面温度分别维持700 ︒C 和80 ︒C 不变。
(1)试求通过炉墙的热流密度;(2)如果用热导率为0.076 W/(m ⋅K)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变,试确定该保温层的厚度。
解:多层平壁的导热量计算:122121270080595.2W/m 0.2500.2500.60.4w w t t q δδλλ--===++又122212170080595.20.2500.60.076w w t t q δδδλλ--==''=++得到:247.5 mm δ=4. 热电厂有一外径为100 mm 的过热蒸汽管道(钢管),用热导率为04.0=λ W/(m ⋅K)的玻璃绵保温。
传热习题课计算题1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。
已知热水走管程,测得其流量为1500kg/h,进口温度为80℃,出口温度为50℃;冷水走壳程,测得进口温度为15℃,出口温度为30℃,逆流流动。
(取水的比热cp=4.18某103J/kg·K)解:换热器的传热量:Q=qmcp(T2-T1)=1500/3600某4.18某103某(80-50)=52.25kW传热温度差△tm:热流体80→50冷流体30←155035△t1=50,△t2=35t1502t235传热温度差△tm可用算数平均值:t1t25035tm42.5℃22Q52.25103K615W/m2℃Atm242.52、一列管换热器,由φ25某2mm的126根不锈钢管组成。
平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流动,其流量为15000kg/h,并由20℃加热到80℃,温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。
已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi为520W/m2·℃,蒸汽对管壁的传42热系数α0为1.16某10W/m·℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m·℃,忽略垢层热阻和热损失。
试求:(1)管程为单程时的列管长度(有效长度,下同)(2)管程为4程时的列管长度(总管数不变,仍为126根)(总传热系数:以管平均面积为基准,11dmb1dm)Kidi0d0解:(1)传热量:Q=qmcp(t2-t1)=15000/3600某4187某(80-20)≈1.05某106W总传热系数:(以管平均面积为基准)1dmb1dm11230.002123Kidi0d0K5202217116.10425解得:K=434.19W/m2·℃对数平均温差:1102011080△t190△t2301tmt1t2lnt1t29030ln903054.61℃传热面积:QKAmtmAmQKtm105.10643419.54.6144.28m2AmndmL;列管长度:LAm44.284.87mndm126314.0.023(2)管程为4程时,只是αi变大:强制湍流时:αi=0.023(λ/d)Re0.8Pr0.4,u变大,Re=duρ/μ变大4程A'=1/4A(单程),则:4程时u'=4u(单程)0.80.8有520=1576.34W/m2·℃i(4程)=4αi(单程)=4某4程时:1K1dmb1dm11230.002123idi0d0K1576.342117116.10425K=1121.57W/m 2·℃Q1.05106A17.14m2Ktm1121.5754.614程列管长:LA17.141.88mndm1263.140.0233、有一列管式换热器,装有φ25某2.5mm钢管320根,其管长为2m,要求将质量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃,选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。
热工学-传热习题.————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ1. 一大平板,高3m ,宽2m,厚 0.02m ,导热系数为45 W/(m·K),两侧表面温度分别为1001=t ℃、502=t ℃,试求该板的热阻、热流量、热流密度。
解:解:由傅立叶导热定律: 热阻 0.027.407/3245R K W A λδλ==⨯⨯=m 热流量 121005032456750000.02w w t t A W λδ-Φ=⨯⨯⨯=-=热流密度 2675000112500 W/m 32q A Φ==⨯=2. 空气在一根内径50m m,长2.5m 的管子内流动并被加热,已知空气平均温度为80℃,管内对流换热的表面传热系数为h=70W/(m2·K) ,热流密度为q =5000W/m 2,试求管壁温度及热流量。
解:由牛顿冷却公式:()f w t t h q -=得到 500080151.42C 70w f q t t h =+=+= 50000.05 2.51963.50 W qA q dlππΦ===⨯⨯⨯=3.炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成,厚度都为250 mm,热导率分别为0.6 W/(m ⋅K)和0.4 W/(m⋅K ),炉墙内外壁面温度分别维持700 ︒C 和80 ︒C不变。
(1)试求通过炉墙的热流密度;(2)如果用热导率为0.076 W/(m⋅K)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变,试确定该保温层的厚度。
解:多层平壁的导热量计算:122121270080595.2W/m 0.2500.2500.60.4w w t t q δδλλ--===++又122212170080595.20.2500.60.076w w t t q δδδλλ--==''=++得到:247.5 mm δ=4. 热电厂有一外径为100 mm 的过热蒸汽管道(钢管),用热导率为04.0=λ W/(m ⋅K)的玻璃绵保温。
传热学习题传热学课习题第1章习题4. 面积为l m2、厚度为25mm的聚氨酯泡沫塑料平板,其两表面的温差为5℃,导热系数为0.032W/(m·K),试计算单位时间通过该平板的热量。
8. 面积为3×4m2的一面墙壁,表面温度维持60℃,环境空气温度维持20℃,空气与壁面的对流换热系数为10W/(m2·K),试计算这面墙壁的散热量。
9. 一块黑度为0.8的钢板,温度为27℃,试计算单位面积上每小时内钢板所发射的辐射能。
10. 冬季室内空气温度tf1=20℃,室外空气温温度tf2=-25℃。
室内、外空气对墙壁的对流换热系数分别为?1=10 W/(m2·K)和?2= 20 W/(m2·K),墙壁厚度为?= 360mm,导热系数?=0.5W/(m·K),其面积F=15m2。
试计算通过墙壁的热量损失。
第2章习题4. 试用傅里叶定律直接积分的方法,求平壁、长圆筒壁及球壁稳态导热下的热流量表达式及各壁内的温度分布。
5. 一铝板将热水和冷水隔开,铝板两侧面的温度分别维持90℃和70℃不变,板厚10mm,并可认为是无限大平壁。
0℃时铝板的导热系数λ=35.5 W/(m·K),100℃时λ=34.3 W/(m·K),并假定在此温度范围内导热系数是温度的线性函数。
试计算热流密度,板两侧的温度为50℃和30℃时,热流密度是否有变化?6. 厚度为20mm的平面墙的导热系数为1.3 W/(m·K)。
为使通过该墙的热流密度q不超过1830W/m2,在外侧敷一层导热系数为0.25 W/(m·K)的保温材料。
当复合壁的内、外壁温度分别为1300℃和50℃时,试确定保温层的厚度。
9. 某大平壁厚为25mm,面积为0.1m2,一侧面温度保持38℃,另一侧面保持94℃。
通过材料的热流量为1 kW时,材料中心面的温度为60℃。
试求出材料的导热系数随温度变化的线性函数关系式。
传热学习题集第一章思考题1. 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。
2. 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答:① 傅立叶定律:,其中,-热流密度;-导热系数;-沿x方向的温度变化率,“-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式:,其中,-热流密度;-表面传热系数;-固体表面温度;-流体的温度。
③ 斯忒藩-玻耳兹曼定律:,其中,-热流密度;-斯忒藩-玻耳兹曼常数;-辐射物体的热力学温度。
3. 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?答:① 导热系数的单位是:W/(m.K);② 表面传热系数的单位是:W/(m 2.K);③ 传热系数的单位是:W/(m 2.K)。
这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4. 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答:因为在许多工业换热设备中,进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧,是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5. 用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。
而一旦壶内的水烧干后,水壶很快就烧坏。
试从传热学的观点分析这一现象。
传热习题课⒈有一列管换热器,装有Φ25×2.5mm的钢管300根,管长为2m。
要求将质量流量8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热至85℃,选用108℃的饱和水蒸气于壳程作加热介质。
若水蒸气的冷凝传热系数为10000W/(m2·K),管壁及两侧污垢热阻忽略不计,不计热损失。
试求:①空气侧的对流传热系数;②换热器的总传热系数(以管外表面为基准);③通过计算说明该换热器能否满足要求?④管壁的温度。
⒉换热器1,由38根Φ25×2.5mm、长4m的无缝钢管组成。
110℃的饱和水蒸汽走壳程,用于加热流量为8kg/s、初温为25℃的甲苯,可使甲苯的出口温度高于70℃,满足工艺要求,此时甲苯侧的对流传热系数为1100W/(m2·K),蒸汽的冷凝对流传热系数为104 W/(m2·K)。
现因生产需要,甲苯的处理量增加60%。
试求:①此时甲苯的出口温度为多少?②仓库中另有换热器2,它由38根Φ25×2.5mm、长3m的无缝钢管组成,拟将其与换热器1并联使用,如图所示,且甲苯流量均匀分配(m c1=m c2),则甲苯的出口温度为多少?③若m c1:m c2 = 2:1,结果又如何?已知甲苯的流动均在完全湍流区,C p=1840J/(kg·K)。
且污垢热阻、管壁热阻可忽略。
⒊每小时500kg的常压苯蒸汽,用直立管壳式换热器加以冷凝,并冷却至30℃,冷却介质为20℃的冷水,冷却水的出口温度不超过45℃,冷、热流体呈逆流流动。
已知苯蒸汽的冷凝温度为80℃,汽化潜热为390kJ/kg,平均比热容为1.86kJ/(kg·K),并估算出冷凝段的总传热系数为500W/(m2·K),冷却段的总传热系数为100W/(m2·K),忽略热损失。
试求所需要的传热面积及冷却水用量为多少?若采用并流方式所需的最小冷却水用量为多少?。
郑州大学传热学习题集苏小江2014/6/1内容:书中例题和课后习题绪论[例0-1] 某住宅砖墙壁厚为2401=δmm ,其导热系数为6.01=λW/(m 2·K),墙壁内、外两侧的表面传热系数分别为:)/(5.721K m W h ⋅= ,)/(1022K m W h ⋅=,冬季内外两侧空气的温度分别为:C t f 201=,C t f52-=,试计算墙壁的各项热阻,传热系数以及热流密度。
[例0-2] 一冷库外墙的内壁面温度为C t w12-=,库内冷冻物及空气温度均为C t f 18-=。
已知壁的表面传热系数为)/(52K m W h ⋅=,壁与物体间的系统辐射系数)/(1.54221K m W C ⋅=、,试计算该壁表面每平方米的冷量损失?并对比对流换热与热辐射冷损失的大小?13、求房屋外墙的散热热流密度q 以及它的内外表面温度和。
已知:δ=360mm ,室外温度= -10℃,室内温度=18℃,墙的λ=0.61W/(m.K),内壁表面传热系数h1=87W/(m ².K),外壁h2=124W/(m ².K)。
已知该墙高2.8m ,宽3m ,求它的散热量Φ?15、空气在一根内径50mm,长2.5m 的管子内流动并被加热,已知空气平均温度为85℃,管壁对空气的h=73W/m.℃,热流通量q =5110W/2m 。
,试确定管壁温度及热流量。
16、已知两平行平壁,壁温分别为=50℃, =20℃,辐射系数1.2C3.96,求每平方米的辐射换热量W/2m 。
若增加到200℃,辐射换热量变化了多少?第一章 导热理论基础[例1-1]厚度为δ 的无限大平壁,λ为常数,平壁内具有均匀内热源(W/m ³),平壁x=0的一侧绝热, x=δ的一侧与温度为ft 的流体直接接触进行对流换热,表面传热系数h 是已知的,试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。
[例1-2] 一半径为R长度为l的导线,其导热系数λ为常数。
1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。
已知热水走管程,测得其流量为1500kg/h,进口温度为80℃,出口温度为50℃;冷水走壳程,测得进口温度为15℃,出口温度为30℃,逆流流动。
(取水的比热c p=4.18×103J/kg·K)解:换热器的传热量:Q =q m c p (T 2-T 1)=1500/3600×4.18×103×(80-50)=52.25kW传热温度差△t m :热流体 80 → 50冷流体 30 ← 15△t 1=50, △t 2=352355021<=∆∆t t 传热温度差△t m 可用算数平均值:5.4223550221=+=∆+∆=∆t t t m ℃ ⋅=⨯⨯=∆=23/6155.4221025.52m W t A Q K m ℃2、一列管换热器,由φ25×2mm 的126根不锈钢管组成。
平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流动,其流量为15000kg/h ,并由20℃加热到80℃,温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。
已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi 为520W/m 2·℃,蒸汽对管壁的传热系数α0为1.16×104W/m 2·℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m·℃,忽略垢层热阻和热损失。
试求:管程为单程时的列管长度(有效长度) (总传热系数:以管平均面积为基准,00111d d b d d K m i mi ⋅++⋅=αλα)解:传热量:Q =q m c p (t 2-t 1)=15000/3600×4187×(80-20) ≈ 1.05×106W总传热系数:(以管平均面积为基准) 1111152023210002171116102325004K d d b d d K i m i m =⋅++⋅=⋅++⨯⋅αλα .. 解得: K =434.19W/m 2·℃ 对数平均温差: 110110 2080△t 1=90 △t 2=30∆∆∆∆∆t t t t t m =-=-=1212903090305461ln ln .℃ 传热面积: Q KA t m m =∆ A QK t m m m ==⨯⨯=∆10510434195461442862.... A n d L m m =π; 列管长度:L A n d m m m ==⨯⨯≈π44281263140023487....3、有一列管式换热器,装有φ25×2.5mm钢管320根,其管长为2m,要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃,选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。
传热习题课一、化工原理学习指导p105 3-31在外径为120mm 的蒸汽管道外面包两层不同材料的保温层。
包在里面的保温层厚度为60mm ,两层保温材料的体积相等。
已知管内蒸汽温度为160℃,对流传热系数为10000W/m 2⋅K ;保温层外大气温度为28℃,保温层外表面与大气的自然对流传热系数为16 W/m 2⋅K 。
两种保温材料的导热系数分别为0.06 W/m ⋅K 和0.25W/m ⋅K 。
钢管管壁热阻忽略不计。
求(1)导热系数较小的材料放在里层,该管道每米管长的热损失为多少?此时两保温层表面处的温度各是多少?(2)导热系数较大的材料放在里层,该管道每米管长的热损失为多少?此时两保温层表面的温度各是多少? 解:r 1=60mm ,r 2=120mm 。
因两层保温材料体积相等,7.15860120222221223=-⨯=-=r r r mm (1)导热系数小的材料放在里层:W/m45.631587.01611207.158ln 25.0160120ln 06.0106.0100001)28160(14.321ln 1ln 11)(23o 2321211i 01=⨯+++⨯-⨯⨯=+++-=r r r r r r t t lQαλλαπ由W/m 45.63/1)(21i 21=-=r t t l Q απ可得管壁温度: 98.15906.01000014.3245.631602/1i 12=⨯⨯⨯-=-=r l Q t t πα℃ 由1211i 31ln 11)(2r r r t t lQλαπ+-=可得内保温层外壁温度: 3.4360120ln 06.0106.010000114.3245.63160ln 1121211i 13=⎪⎭⎫⎝⎛+⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=r r r l Q t t λαπ℃ 由2321211i 41ln 1ln 11)(2r r r r r t t lQ λλαπ++-= 可得外保温层外壁温度: 0.321207.158ln 25.0160120ln 06.0106.010114.3245.63160ln 1ln 11242321211i 14=⎪⎭⎫⎝⎛++⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=r r r r r l Q t t λλαπ(2)在以上计算中,将λ1和λ2位置互换,可得导热系数较大材料放在里层的计算结果: Q ’/l =105.9W/m ;t 2=159.98℃,t 3=113.21℃;t 4=34.7℃二、化工原理学习指导p105 3-39116℃的饱和水蒸汽在一单管程列管式换热器的壳程冷凝,一定流量的空气在管程湍流流动,其温度由20℃升至80℃。
郑州大学传热学习题集苏小江2014/6/1内容:书中例题和课后习题绪论[例0-1] 某住宅砖墙壁厚为2401=δmm ,其导热系数为6.01=λW/(m 2·K),墙壁内、外两侧的表面传热系数分别为:)/(5.721K m W h ⋅= ,)/(1022K m W h ⋅=,冬季内外两侧空气的温度分别为:C t f ο201=,C t f ο52-=,试计算墙壁的各项热阻,传热系数以及热流密度。
[例0-2] 一冷库外墙的内壁面温度为C t w ο12-=,库内冷冻物及空气温度均为C t f ο18-=。
已知壁的表面传热系数为)/(52K m W h ⋅=,壁与物体间的系统辐射系数)/(1.54221K m W C ⋅=、,试计算该壁表面每平方米的冷量损失?并对比对流换热与热辐射冷损失的大小?13、求房屋外墙的散热热流密度q 以及它的内外表面温度和。
已知:δ=360mm ,室外温度= -10℃,室内温度=18℃,墙的λ=0.61W/(m.K),内壁表面传热系数h1=87W/(m ².K),外壁h2=124W/(m ².K)。
已知该墙高2.8m ,宽3m ,求它的散热量Φ?15、空气在一根内径50mm,长2.5m 的管子内流动并被加热,已知空气平均温度为85℃,管壁对空气的h=73W/m.℃,热流通量q =5110W/2m 。
,试确定管壁温度及热流量。
16、已知两平行平壁,壁温分别为=50℃, =20℃,辐射系数 1.2C 3.96,求每平方米的辐射换热量W/2m 。
若增加到200℃,辐射换热量变化了多少?第一章 导热理论基础[例1-1]厚度为δ 的无限大平壁,λ为常数,平壁内具有均匀内热源(W/m ³),平壁x=0的一侧绝热, x=δ的一侧与温度为f t 的流体直接接触进行对流换热,表面传热系数h 是已知的,试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。
[例1-2] 一半径为R长度为l的导线,其导热系数λ为常数。
传热习题课
一、在外径为120mm的蒸汽管道外面包两层不同材料的保温层。
包在里面的保温层厚度为60mm,两层保温材料的体积相等。
已知管内蒸汽温度为160℃,对流传热系数为10000W/m2⋅K;保温层外大气温度为28℃,保温层外表面与大气的自然对流传热系数为16 W/m2⋅K。
两种保温材料的导热系数分别为0.06 W/m⋅K和0.25W/m⋅K。
钢管管壁热阻忽略不计。
求(1)导热系数较小的材料放在里层,该管道每米管长的热损失为多少?此时两保温层表面处的温度各是多少?(2)导热系数较大的材料放在里层,该管道每米管长的热损失为多少?此时两保温层表面的温度各是多少?
二、116℃的饱和水蒸汽在一单管程列管式换热器的壳程冷凝,一定流量的空气在管程湍流流动,其温度由20℃升至80℃。
设总传热系数近似等于空气对流传热系数。
(1)操作中若空气流量增加20%,为保持空气出口温度不变,问加热蒸汽温度应提高至多少度?
(2)若采用一双管程的换热器,其换热管管径和总管数与原换热器相同,则为完成相同的换热任务,所需要换热管长度为原换热器的多少倍?
(3)若采用一双管程的换热器,管子数量和尺寸不变,蒸汽温度和空气进口温度不变,空气出口温度为多少度?
忽略气体温度变化对其物性的影响。
三、
有一单管程列管式换热器,该换热器管径为φ
25×2.5mm ,管子数37根,管长3米。
今拟采用此换热器
冷凝并冷却CS 2饱和蒸汽,自饱和温度46℃冷却到10℃。
CS 2在壳程冷凝,其流量为300kg/h ,冷凝潜热为
351.6kJ/kg 。
冷却水在管程流动,进口温度为5℃,出口温
度为32℃,逆流流动。
已知CS 2在冷凝和冷却时的传热系
数分别为K)291W/(m =21⋅K 及K)174W/(m =2
2⋅K 。
问
此换热器是否适用?(传热面积A 及传热系数均以外表面
积计)
四、有一单壳程、双管程列管式换热器。
壳程为120℃饱和水蒸气冷凝,常压空气以12m/s
的流速在管程内流过。
列管为φ3825×.mm 钢管,
总管数为200根。
已知空气进口温度为26℃,要求被加热到86℃。
又已知蒸汽侧对流传热系数为10W /(m K)42⋅,
壁阻及垢阻可忽略不计。
试求:(1) 换热器列管每根管长为多少米?
(2) 由于此换热器损坏,重新设计了一台新换热器,其列管尺寸改为φ542×mm ,总管数减少20%,但每根管长维持原值。
用此新换热器加热上述空气,求空气的出口温度。
五、一单壳程双管程列管式换热器中,用130℃的饱和水蒸汽将36000kg/h的乙醇水溶液从25℃加热到80℃。
列管换热器由90根mm
5.2
25×
φ,长3m的钢管管束组成,乙醇水溶液走管程,饱和水蒸汽走壳程。
已知钢的导热系数为45W/m·K,乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m3,粘度为1.2×10-3Pa·s,比热为4.02kJ/kg·K,导热系数为0.42W/m·K,水蒸汽的冷凝传热系数为10000W/m2·K,忽略污垢热阻及热损失。
试问:(1)此换热器能否完成任务?(2)若乙醇水溶液流量增加20%,而溶液进口温度、饱和水蒸汽压力不变的条件下,仍用原换热器,乙醇水溶液的出口温度变为多少?(乙醇水溶液的物性可视为不变)
六、两台完全相同的单管程列管式换热器,用水蒸汽在壳程冷凝以加热管程内的空气。
若加热蒸汽压力相同,空气进、出口温度t1和t2也分别相同,问(1)将两台换热器串联操作及并联操作(见本题附图),哪种方案生产能力大,相差多少倍?(并联时空气均匀分配于两换热器中);(2)由以上求出的生产能力之比,计算两方案由于流动阻力引起的总压降比为多大(注:蒸汽冷凝传热系数远大于空气的对流传热系数;不计换热器进、出口及联接管线所引起的压降;空气在换热管内流动均按湍流考虑;直管摩擦阻力系数用柏拉修斯方程计算)
2
水蒸汽
(a) 串联方案(b) 并联方案。