化工原理传热题库(5)

Re?du??0.67?11004??0.0211.5?10?3?10300?10C310?3Pr?p???3.77?10?1.5?0.58?9.75

L3d?0.021?143?60

??0.023??0.80.481d(Re)(Pr)?0.023?0.580.021?(10300)0.?(9.75)0.4?2560w/m2??C1?1oo

Ko??do?1d?bdi?d??Ri?1?0.025?0.002?0.025

100002560?0.02146.5?0.023?0.0003?11097

K2o?1097w/m??C

换热器的传热速率 Q?KoSo?tm?1097?16.4?85.4?1536kw

该

换

热

器的热负

QC30?1100L?Wcpc(t2?t1)?3600?3.77?(60?20)?1382kw

因为

Q?QL 所以库存的换热器能够完成传热任务。

另一种解法：

由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为： So??QK o?tm同上，换热器的热负荷 QL?1382kw

K?1097w/m2o??C，?tm?85.4?C

故

S?13822o?1097?85.4?14.75m

该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为： So?n?do(L?0.1)?72?3.14?0..025?(3?0.1)?16.4

因为 So?So? 所以 库存的换热器能够完成传热任务。

荷

13热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为?25mm?2.5mm钢管，导热系数

??45W/m?K2。冷水在管内湍流流动，给热系数

?50W/m?K2?1?200W0/m?K，热气在环隙中湍流流动，给热系数?2。

不计垢层热阻，试求：

（1） 管壁热阻占总热阻的百分数；

（2） 内管中冷水流速提高一倍，总传热系数K?有何变化？ （3） 内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数K??有何变化？ 解： （1）

K?[1d2?d22?lnd2d1??1d112000?1?1]?1

0.0250.02?150]?1 =[?0.0250.0220.0252?45ln

=48.3W总热阻

1K/m?K2

?0.02m1?/W

0.0252?45ln0.0250.02管壁热阻

d22?lnd2d1?

=6.2?10?5m2?K/W

?管壁热阻分率为

6.2?100.021?5?3?10?3?0.3%

（2）

??2??1K??[???u0.80.

?2000?3.48?10W/m?K?6.2?10?5?1?230.832

210.023.48?10K??K49?48.3??1.3%增加K48.3?0.025?150]?49.0W/m?K

2?（3）??2?20.8?2?20.8?50?87.1W/m?K

增加

K???[12000??0.0250.0248.3?6.2?10?5?187.1]?82.1W/m?K2

K???KK82.1?48.3?69.6%

由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，强化传热，应在?小处着手。 15

?68mm?4mm的无缝钢管，内通过表压为0.2Mpa的饱和蒸汽。管

该管设置于温度t外?20?C?0.080W/(m?K)，

2外包30mm厚的保温层?的

大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数?1表面与大气的给热系数?22?5000W/(m?K)，保温层外

求蒸汽流经每米管长的冷凝?10W/(m?K)。

量W及保温层外表面的温度tW 解： 每米管长的冷凝量W

d1?0.068?2?0.004?0.06md2?0.068?2?0.03?0.128m，d0

?0.068m

不计管壁热阻

?K?[1d2?1d115000?d22??lnd2d0??1?2]?1

ln0.1280.068?110]?1 =[0.1280.0620.1282?0.08

=1.65W/(m?K)

Q?K2A2(T?t外)?K2?d2L(T?t外)

查0.2MPa（表）下，饱和蒸汽T?133.3?C，r?2168.1kJ/kg

QL?K2?d2(T?t外)=1.65?3.14?0.128?(133.3?20)?75.1W/m

W?QLr?75.12168.1?103?3.47?10?3kg/m?s?0.125kg/m?hr

K2(T?t外)=?2(tW?t外)

K21.6510?tW??2(T?t外)?t外??(133.3?20)?20?38.7?C

16一内径d1?0.34m的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度t1?38?C，

外壁外面用100?C热水加热。钢壳的导热系数?对外壁的给热系数??500W2?45W/(m2??C)，热水

/(m??C)，试计算钢壳厚度?是多少mm

时传热速率Qmax达最大值？最大传热速率是多少？ 解： 对于所传热量有

Q??tR??t??Am?1??1A

其中，?t?R??100?38?62?C，

??r?r1，

Am?4?rr1（推导而得）

r?r14??rr1?1??4?r2

当R最小时必有Qmax 当 得

dRdr4??r?r2?2?45r???0.18m?500?1[12?23]?0时

62??r?r1?0.18?0.17?0.01m?10mm4

?Qmax?0.014?45?0.18?0.17?3.14?1500?4?3.14?0.182?1.13?10W?11.3(kW)

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