（C）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？
解：（1）加热蒸汽消耗量：
Dr?w2cp2(t2?t1)
?0.643m/s4?D?2168.1?4000?1.86(80?50)D?103kg/h（2）内管中苯的流速：
u?w2/?0.785d2d2u?2?4000/3600880?0.785?0.050.39?103?32
Re??cp???0.05?0.643?880?7.245?10?3湍流
Pr?1.86?10?0.39?100.134??5.41??2?0.023?0.0230.1340.05?d2RePr0.80.4(7.254?10)40.8(5.41)0.4?937W/m?C20则以内管外表面计的传热系数为：
1k?1
?1?d1?2d2?d1d22?Rs2?111630?54937?50?5450?0.000265
?K?656W/m℃
80?50ln133.3?50133.3?80?67.2?tm?t2?t1lnT?t1T?t2?℃
?w2cp2(t2?t1)?KA1?tm?(40003600)?1.86?10(80?50)?656A1?67.223
（3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，
?'2A1?1.41m则 ?21k'1K'?1.50.8?1.383
2??'2?1.383?937?1296W/m?℃
???d'?'2d21K??1kd1?d1?2d2)?
?1656?541296?50?54937?50?(d1?'2d22?2d2
?K'?830W/m?℃（以内管外表面计） ?1.5w2cp2(t2?t1)?K'A1??t'm
16
?1.5w2cp2(t2?t1)?K'A1lnt2?t1T'?t1T?t2'
即：
1.5w2cp2ln4000T'?t1T'?t2?K'A13
?830?1.41℃
即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。
11、有一换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为25℃和70℃，热流体进出口温度分别为150℃和100℃。若在两种流体流量和进出口温度均不变的条件下，将并流操作改为逆流操作，试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化？（定量说明）
计算时可视为CP和K常量。 逆流操作时：
?1?(1?eNTU13600解得：T'?145.2?1.5?()?1.86?10lnT'?50T'?80
(1?R1))/(R1?eNTU1(1?R1)) (1?R2))?2?(1?e?NTU2(1?R2))/(R2?eNTU2
P1w1Cp12解：w2CpT1?T2150?100?热流体为最小热溶流体 并流时：传热速率Q?tm??t2?t1?70?25?0.9?R1?w1CP1?T1?T2??w1CP1?150?100??50wC（1）
?T1?t1???T2?t2?lnT1?t1T2?t2??150?25???100?70?ln150?25100?70?66.6传热平均温差
NTu1℃
?KAw1CP1?T1?T2?tm'1?150?10066.6?0.751
逆流时：NTu=NTu1=0.751
R'1?R1?0.9
'?1??1?exp??NTuR1??1?R1????exp?NTu1?1?R1??11?exp?0.751?1?0.9??0.9?exp?0.751?1?0.9???0.438
?1?T1?T2?T1?t1??t1t2?150?T2?150?25T1?T2?T1?T2?0.438
?T2??95.3℃
又：t2??t1?
??25t270?25?150?95.3??74.2150?100?t2℃
Q??w1Cp1?T1?T2???w1Cp1?150?95.3??54.7w1Cp117
?传热速率：
???tm?T1????T2??t1??t2ln?T1?t2T2??t1??150?74.2???95.3?25?ln150?74.295.3?25传热平均温差
=73.0℃
Q?
则传热速率增大：Q即增大9.4%。
??tm?54.7w1Cp150w1Cp1?1.094
传热平均温差增大：?tm 即增大9.6%。
12、一长度为3m、管外径为131mm、管内通有123℃饱和蒸汽的竖直加热管。管外壁的温度为120℃，周围空气的温度为20℃，试求： （1）每米管道因自然对流而产生的热损失为多少?
（2）若管外包一层40mm的保温层后,保温层外表面温度降至60℃,上述热损失减至多少?
120?20?73.066.6?1.096解: (1)定性温度=
??2.96?10?222?70℃,在此温度下空气的物性为
?3W/(m?℃） ??2.92?101/℃
??2.00?10Pr?0.701Gr?L?g?t3?5m/s
2?211?3?2.92?103?3?9.81(120?20)?5(2?10)2?1.93?10Gr?Pr?1.93?1011?0.701?1.36?1011
查表得：C1??C?L?0.135n n?1/3
(Gr?Pr)?0.135?2.96?1032
?2(1.36?1011)1/3=6。84W/（m℃）
QL??(tW?tf)?d
?6.84(120?20)?3.14?0.131?281W/m
60?202?40（1） 加保温后定性温度
'℃，在此温度下：
'?3'?2??2.76?10W/(m?℃） ??3.19?101/℃
??1.70?10'?5Pr'=0.699
m/s
218
3?3.19?103?3?9.81(60?20)?5Gr'= =1.17×1011
Gr'·Pr'=1.17×1011×0.699 =8.17×1010
3α'=
=5.39 W/(m?·℃)
(QL)'(1.70?10)20.135?2.76?10?2(8.17?1010)1/3
=5.39×3.14×0.131(60-20)=88.7W/m
即加了保温层后，每米管道的热损失由原来的281W/m减至88.7W/m。
此题亦可采取简化的方法：如上求出α=6.84W/(m?·℃)后，因为保温前后均属自然对流，假定物性不变，则保温前后对流系数的关系为
??'60?20?6.84'????5.031.361.36∴
?t?(?t)'1/3?(120?20)1/3?1.36
W/(m2·℃)
5.39?5.035.39?6.68简化计算的结果与前面计算相差
C％
?L?g?t(3分析：α=L?2可以发现：当n=1/3时，定性尺寸（此例中既蒸汽管
的长度）可以消去。利用这种自然对流与定性尺寸无关的特点，可以在较小尺寸的模型上进行自然对流传热研究，即所谓的“自模化”实验，从而为实验工作带来诸多方便。
13、有一套管换热器，管内为?54?2mm，套管为?116?4mm的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为4000Kg/h。环隙为133.3℃
2的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为2168.1KJ/Kg，冷凝传热膜系数为11630W/m?K。苯在50℃~80℃之间的物性参数平均值为密度
cp?1.86KJ/Kg?pr)1/3??880KJ/m3，比热
，导热系数??0.134W/m?K，管内壁垢
2阻为0.000265cm/W，管壁及管外侧热阻不计。试求：
（A）加热蒸汽消耗量；
（B）所需的传热面积（以内管外表面计）。
（C）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？
解：（1）加热蒸汽消耗量：
Dr?w2cp2(t2?t1)℃，粘度??0.39?10?3Ns/m2
19
?D?2168.1?4000?1.86(80?50)D?103kg/h（2）内管中苯的流速：
u?w2/?0.785d2d2u?2?4000/3600880?0.785?0.050.39?103?32?0.643m/s4
Re??cp???0.05?0.643?880?7.245?10?3湍流
Pr?1.86?10?0.39?100.134??5.41??2?0.023?0.0230.1340.05?d2RePr0.80.4(7.254?10)40.8(5.41)0.4?937W/m?C20则以内管外表面计的传热系数为：
1k?1
?1?d1?2d2?d1d22?Rs2?111630?54937?50?5450?0.000265
?K?656W/m℃
80?50ln133.3?50133.3?80?67.2?tm?t2?t1lnT?t1T?t2?℃
?w2cp2(t2?t1)?KA1?tm?(40003600)?1.86?10(80?50)?656A1?67.223
（3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，
?'2A1?1.41m则 ?21k'1K'?1.50.8?1.383
2??'2?1.383?937?1296W/m?℃
???d'?'2d21K??1kd1?d1?2d2)?
?1656?541296?50?54937?50?(d1?'2d22?2d2
?K'?830W/m?℃（以内管外表面计） ?1.5w2cp2(t2?t1)?K'A1??t'm
T'?t1'?1.5w2cp2(t2?t1)?K'A1lnt2?t1T?t2
即：
1.5w2cp2ln4000T'?t1T'?t2?K'A13
?830?1.41℃
即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。
20
3600解得：T'?145.2?1.5?()?1.86?10lnT'?50T'?80
百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说教育文库第四章 传热习题(4)在线全文阅读。
相关推荐：