化工原理课后答案中国石化出社第章传热.doc

第五章 传热第五章 传热1.一立式加热炉炉墙由厚150mm的耐火材料构成，其导热系数为11.3W/(mK)，其内外表面温度为ll00及240，试求通过炉墙损失的热量(W/m2)；若外加一层25mm，20.3W/(mK)的绝热材料，并假定炉内壁温度仍为1100，而热损失降至原来的57，求绝热层外壁温度及两层交界面处的温度。解：解得：=255.8解得：=609.82某加热炉炉墙由耐火砖、绝热层与普通砖组成，耐火砖里侧温度为900，普通砖外侧温度为50，各层厚度分别为：耐火砖140mm，绝热层(石棉灰)20mm，普通砖280mm；各层导热系数：10.93W/(mK)，20.064W/(mK)，3=0.7W/(mK)。(1)试求每m2炉墙的热损失；(2)若普通砖的最高耐热温度为600，本题条件下，是否适宜?解： （1）（2）解得：=444 适宜3.用平板法测定某固体的导热系数，试件做成圆形薄板，直径d120mm，厚度为mm，与加热器的热表面及冷却器的冷表面直接接触。所传递的热量(一维导热)，用加热器的电能消耗计算之。过程稳定时，测得加热器电流为0.96A，电压为60.5V，热电偶测得热表面温度t1180，冷表面t230；由于安装不良，试件与冷热表面之间各有一层0.1mm的缝隙(内有空气)，试求： (1)忽略表面间的辐射传热时，因空气缝隙引起的测试导热系数的相对误差。空气在180及30时的导热系数分别为3.78W/(mK)及2.67 W/(mK)。(2)如果计入辐射传热，上题的误差将有何变化，请作定性分析。解：忽略空气缝隙的影响：解得：不忽略空气缝隙的影响：解得：相对误差：(2)如果计入辐射传热，导热速率Q应减小，得出的导热系数应减小，所以上题的误差将减小。4.当管子外径与内径之比d2/d12时，试证明：通过管壁的导热速率按下式计算的相对误差不超过4。5.管子的内外直径分别为；d1107mm，d2127mm，导热系数=16W/(mK)，管内外壁温度各为350及300，试求在单位时间内，每米管长及每平方米外表面的导热量。解：6.汽管外直径d1=100mm，其表面温度t1180，覆盖有一50mm厚的矿渣棉绝热层，绝热层外表面温度t230，其导热系数由下式决定：= 0.064(1+2.2510-3t)W/(mK)，试求每米管长的热损失(W/m)。 7.管径为382.5mm的油管，管壁导热系数为45W/(mK)，内壁温度为120；为减少热损失，在管外包上两层绝热层，第一层是50mm厚的蛭石，导热系数为0.06W/(mK)，第二层是10mm厚的石棉泥，导热系数为0.13W/(mK)。 (1)试求每米管长的热损失及两绝热层交界面的温度； (2)若把内、外两绝热层位置交换一下，热损失将如何变化?8.某汽油冷却器采用252.5mm管子，冷却水在管内以lm/s的流速通过，进出口温度分别为25及45，管长3m，试求管壁对冷却水的给热系数。解：在定性温度下水的物理性质为， ， 湍流 9.某煤油冷却器有19 2mm钢管60根，长3m，管内冷却水流速为0.6m/s，平均水温为30，管壁温度为55。试求： (1)水在管内的对流给热系数：(2)给热速率解：(1)在定性温度下水的物理性质为， ， 湍流 (2)根据牛顿冷却定律：10.上题中，若改用管径为383mm钢管而保持流速及冷却水总流量不变(管子根数可变)，求给热系数及给热速率。解：(1)在定性温度下水的物理性质为 湍流 (2)根据牛顿冷却定律383mm管子根数：11.若将题8中冷却器中心管内流速提高至1m/s，管径及水温不变，求给热系数增加的倍数。 12.重油以0.2m/s的速度，在内径为50mm的管内流过，进口温度为20，出口温度为85，管壁的平均温度tW100，试求管壁对重油的给热系数。已知重油的物理参数如下：13. 试计算套管换热器中原油的给热系数。套管的尺寸为85 5-60 5mm，原油的流量为12600kg/h，进出口温度分别为125及175；原油的物理性质可由以下参数再查阅图表集或附录求得；O.9084，39.910-6m2/s；18.210-6m2/s,特性因数K11.8。试求原油走内管或走环隙时的给热系数。14.常压空气横过外径为50mm管子所组成的管束，空气由15预热至39，其在最窄截面处的流速为6m/s，计算管束为顺排与叉排时的平均给热系数。15.试求从一外径为60mm、壁温为120的蒸气横管到重油(20)的自然对流给热系数。蒸汽管置于油罐下方被重油所浸没，重油的物理性质同题12。16.试求水浸式冷却器管外至水的自然对流给热系数。已知水的平均温度为30，管外壁温为70，管外径为89mm。17.两根横管具有相同的表面温度，都被空气的自然对流所冷却，第一根管直径5倍于第二根管，如果两根管的(GrPr)值均在1091012范围内；试求两管给热系数之比及每米管长的热损失之比。18.正己烷在压力0.4MPa(表)及温度13l下，在某再沸器管外作饱和沸腾，已知加热管外壁平均温度147，己烷的临界压力Pc=0.295MPa，试求沸腾给热系数。19.丙烷饱和蒸汽在水平管束外冷凝，已知管子总数86根，管外径25mm，正三角形错列。丙烷冷凝温度59，冷凝潜热330kJ/kg；管壁温度为50；丙烷凝液在55下的物性：O.08MPas，0.085W/(mK)，440kg/m3，试求管外平均冷凝给热系数，并与单根管进行比较。20.某化工厂拟用水在逆流套管冷却器中冷却苯液，测得苯的流量为20t/h，进出口温度为80与50，冷却水由25升至45，传热面积为20m2，试估计此冷却器的传热系数。解：苯的定性温度查得苯在65下的比热为：0.45 （W/(m2K)）21.某芳烃车间需将环丁砜水溶液由l00加热至115，拟用0.362MPa(绝)的饱和水蒸气作为加热剂，已知环丁砜溶液的流量为216t/h，比热为2.93kJ/(kg)，若加热器的总传热系数为680W/(m2K)，试求水蒸气的消耗量及所需要的传热面积。解：查得0.362MPa(绝) 的饱和水蒸气的温度和冷凝潜热分别为139.9和2149 kJ/kg。水蒸气的消耗量22.在一换热器中用饱和水蒸气加热有机溶剂，换热管规格为252.5mm钢管，溶剂在答内流动，流速为u(m/s)，在换热器洁净无垢时测得：，操作半年后，管内侧生垢时又测得：，若假定两种情况下蒸汽冷凝的给热系数相等，且蒸汽侧不生垢，试计算： (1)当管内溶剂流速为2m/s时，管内给热系数； (2)水蒸气冷凝给热系数；(3)操作半年后的污垢系数解：(1)根据总传热系数的计算公式与相比较，可得：解得：(2) 根据总传热系数的计算公式与相比较，可得解得：(3) 半年后总传热系数的计算公式为与相比较，可得因所以=0.0002216（）23.某煤油冷却器由60根252.5mm的管子组成，水走管内，煤油在管间与水呈逆流流动。若煤油的流量为4500kg/h，进、出口温度分别为78及30，水的进口温度为20，出口温度不得超过48。水侧及油侧的给热系数分别为1.7及0.85kW/(m2)，试求在不计污垢热阻时，该冷却器所需的管子长度(煤油在平均温度下的比热容可取1.9kJ/(kg )，钢管的导热系数为45W/(mK)。解：代入数据解得：=506.7 W/(m2)L=2.62m24.一定流量的空气在蒸汽加热器中从20加热至80，空气在管内呈湍流流动。压力为0.17MPa(绝)的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产需要将空气流量提高20，但空气的进出口温度不变，试问应将饱和水蒸气的温度及压力增加至多少，方可完成任务(假定管壁及污垢热阻均可忽略)?解：查得0.17MPa(绝)的饱和水蒸气的饱和温度为114.8因饱和水蒸气在管外冷凝的对流传热系数（相变过程）远大于管内空气的对流传热系数，因此总传热系数近似等于管内空气的对流传热系数，即将空气流量提高20时，若空气的进出口温度不变，总传热量即 =62.33解得：=117查得117饱和水蒸气的压力为0.18MPa。25.在一并流操作的套管换热器中，用水冷却柴油，水的进出口温度分别为15及40，柴油从100冷却至60，现因生产需要将柴油出口温度进一步降低，在不增加传热面积的前提下改为逆流操作，试求柴油可能达到的最低出口温度(假定柴油、水的进口温度及物理性质均不改变)。解：R=对逆流传热：即：解得：=56.326.90的正丁醇在逆流换热器中被冷却至50，换热器的传热面积为6m2，总传热系数为230W/(m2.)，若正丁醇的流量为1930kg/h，比热容为2.95kJ/(kg.)(70时的数据)，冷却介质为18水，试求： (1)冷却水的出口温度；(2)冷却水的消耗量，m3/h。 解：(1)设冷却水的出口温度为解得：=26.8(2) ，查得水的比热为4.181 kJ/(kg.)解得：=1.719=6190kg/h27.在逆流换热器中，冷油与热油进行热交换，油的比热均为1.68kJ/(kg.)，热油的流量为3000kg/h,并从l00冷却至25；冷油则从20加热至40。已知总传热系数K0随热油的温度T变化如下:热油温度， T() 100 80 60 40 30 25传热系数，KoW/(m2) 355 350 340 310 230 160试求换热器的传热面积。解：画图积分,参见例题P279例题（略）28.外径为15mm的管子需要保温，如果采用某石棉绝热物是否合适？已知该石棉物料的导热系数为0.12W/(mK)，从绝热层的外表面至周围介质的对流、辐射综合给热系数约为12W/(m2)。 解：>15mm采用某石棉绝热物不合适。29.某减压馏分油在1084mm的钢管中流动，平均温度为150，其对管内壁的给热系数为350W/(m2)，周围大气温度为10，若管壁及污垢热阻忽略不计，试求每m管长裸管的热损失。又若管外包一层厚20mm，导热系数为0.058W/(m)的玻璃布,热损失将减少至多少?解： (1)综合传热 (2)且有 (3)假设=143.3,代入(3),得 W/(m2)由(1),得由由(2),得所以假设正确：(2) (1)综合传热 (2)且有 (3)(m)，=0.148(m)假设=36,代入(3),得 W/(m2)由(1),得 由(2),得：所以假设正确：15第 页