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乐鱼真人下载:华东理工大学化工原理考研资料课后习题第06章传热

发布时间:2022-07-16 12:06:32 来源:乐鱼全站app下载 作者:乐鱼真人注册
  

  1. 某工业炉的炉壁由耐火砖λ1 = 1.3W/(m·K),绝热层λ2 = 0.18W/(m·K)及普通砖λ3 = 0.93W/(m·K)三层组成.炉膛 壁内壁温度 1100℃, 普通砖层厚 12cm, 其外表面温度为 50℃.通过炉壁的热损失为 1200W/m2, 绝热材料的耐热温度为 900 ℃.求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度. 设各层间接触良好, 接触热阻可以忽略.

  2. 为测量炉壁内壁的温度, 在炉外壁及距外壁 1/3 厚度处设置热电偶, 测得 t2=300℃, t3=50.求内壁温度 t1.设炉壁由 3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发, 单位面积的蒸发速率为 0.048kg/(m2· 与液体交界的金属壁的温度 s), 为 110℃.时间久后, 液体一侧的壁面上形成一层 2mm 厚的污垢, 污垢导热系数λ=0.65W/(m·K). 设垢层与液面交界处的温度仍为 110℃, 且蒸发速率需维持不变, 求与垢层交界处的金属壁面的温度. 液体的汽化热γ =2000kJ/kg. 4. 为减少热损失, 在外径Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层.已知保温材料的导热系数λ=0.1030.000198t(式中 t 为℃),

  ×10 kg/(m·s)以下, 问保温层厚度应为多少? *5. 用定态平壁导热以测定材料的导热系数.将待测材料制成厚δ,直径 120mm 的圆形平板, 置于冷,热两表面之间. 热侧表面用电热器维持表面温度 t1=200℃.冷侧表面用水夹套冷却, 使表面温度维持在 t2=80℃.电加热器的功率为 40.0W. 由于安装不当, 待测材料的两边各有一层 0.1mm 的静止气层λ气= 0.030W/(m·K), 使测得的材料导热系数λ与真实值 λ不同.不计热损失, 求测量的相对误差, 即(λ-λ)/ λ.

  式中 A1,A2 分别为球壁的内,外表面积. *7. 有一蒸汽管外径 25mm, 管外包以两层保温材料, 每层厚均为 25mm.外层与内层保温材料的导热系数之比为λ2 / λ1 =5, 此时的热损失为 Q. 今将内, 外两层材料互换位置, 且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变, 则热损失为 Q`. 求 Q/Q, 说明何种材料放在里层为好. 对流给热 8. 在长为 3m, 内径为 53mm 的管内加热苯溶液.苯的质量流速为 172kg/(s·m2).苯在定性温度下的物性数据如下: μ=0.49mPa·s; 试求苯对管壁的给热系数. 9. 在常压下用列管换热器将空气由 200℃冷却至 120℃, 空气以 3kg/s 的流量在管外壳体中平行于管束流动. 换热器外 壳的内径为 260mm, 内有Φ25×2.5mm 钢管 38 根.求空气对管壁的给热系数. 10. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油, 重油的平均温度 tm=20℃, 蒸汽管外壁温度 tw=120℃, 管外径为 60mm.已 知在定性温度 70℃下重油的物性数据如下: ρ=900kg/m3;

  运动粘度ν=2×10 m /s, β=3×10 1/℃. 试问蒸汽对重油的热传递速率 W/m2 为多少? 11. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管, 由于自然对流两管都向周围空气散失热量.已知大管的直径为小管直径 的 10 倍, 小管的(Gr·Pr)=109.试问两管道单位时间,单位面积的热损失比值为多少? 冷凝给热 12. 饱和温度为 100℃的水蒸气在长 3m,外径为 0.03m 的单根黄铜管表面上冷凝.铜管竖直放置, 管外壁的温度维持 96℃, 试求每小时冷凝的蒸汽量. 又若将管子水平放, 冷凝的蒸汽量又为多少? 热辐射 13. 用热电偶温度计测量管道中的气体温度.温度计读数为 300℃, 黑度为 0.3.气体与热电偶间的给热系数为 60W/(m2·K), 管壁温度为 230℃.求气体的真实温度. 若要减少测温误差, 应采用哪些措施? 14. 功率为 1kW 的封闭式电炉, 表面积为 0.05m2, 表面黑度 0.90.电炉置于温度为 20℃的室内, 炉壁与室内空气的自 然对流给热系数为 10W/(m2·K).求炉外壁温度. 15. 盛水 2.3kg 的热水瓶, 瓶胆由两层玻璃壁组成, 其间抽空以免空气对流和传导散热.玻璃壁镀银, 黑度 0.02.壁面面 积为 0.12 m2, 外壁温度 20℃, 内壁温度 99℃.问水温下降 1℃需要多少时间? 设瓶塞处的热损失可以忽略. *16. 两平行平板的温度分别为 t1=400℃,2=150℃, 黑度分别为ε1 =0.65, ε2=0.90. t 今在两板之间插入第 3 块平行平板, 该板厚度极小, 两侧面(A,B 面)温度均一但黑度不同.当 A 面朝板 1, 达到定态后板 3 的平衡温度为 327℃. 当 B 面朝板 1, 达到定态后板 3 的温度为 277℃.设各板之间距离很小, 求板 3 的 A,B 两面的黑度εA,εB 各为多少?

  *17. 试证明在定态传热过程中, 两高,低温(TATB)的固体平行平面间装置 n 片很薄的平行遮热板时(如图示), 传热量 减少到原来不安装遮热板时的 1/(n1)倍.设所有平面的表面积,黑度均相等,平板之间的距离很小.

  传热过程计算 18. 热气体在套管换热器中用冷水冷却, 内管为Φ25×2.5mm 钢管, 导热系数为 45W/(m·K).冷水在管内湍流流动, 给 热系数α1 =2000W/(m2·K).热气在环隙中湍流流动, α2=50W/(m2·K).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, 总传热系数有何变化? (3) 环隙中热气体流速提高一倍, 总传热系数有何变化? 19. Φ68×4mm 的无缝钢管,内通过 0.2MPa(表)的饱和蒸汽.管外包 30mm 厚的保温层λ=0.080W/(m·K), 该管设置 于 温 度 为 20℃ 的 大 气 中, 已 知 管 内 壁 与 蒸 汽 的 给 热 系数 α 1 =5000W/(m2 · K), 保 温 层 外 表 面 与 大气 的 给 热 系 数 α

  2 2=10W/(m ·K).求蒸汽流经每米管长的冷凝量及保温层外表面的温度.

  20. 外径 1.2m 的球形贮罐内放-196℃的液氮, 罐外覆以λ=0.02W/(m·K)的绝热材料以减少向大气的冷量损失.保温层 外壁的温度不低于 28 ℃, 以免露水凝结.大气温度为 32℃, 大气与保温层外壁的给热系数为 12 W/(m2·K), 罐内液氮对壁 的给热热阻以及罐壁的热阻均可忽略, 计算绝热材料应有的厚度. 注: 球壁导热公式参见题 6. 21. 用不同的水流速度对某列管式冷凝器作了两次试验, 第一次冷凝器是新的, 第二次冷凝器已使用过一段时期之后. 试验结果如表所示: 试 验 次 数 流速 m/s 传热系数 K W/(m2·℃) 蒸汽在管外冷凝.两次实验条件相同.试求: (1) 第一次试验中, 管外给热系数α1 , 以及当水速为 2m/s 时管内给热系数α2; (2) 试分析在相同的水流速下, 两次实验的传热系数数值不同的原因, 并得出定量计算的结果. *22. 一内径为 0.34m 的空心球形钢壳容器, 其内壁表面温度为 38℃, 外壁外面用 100℃热水加热.钢壳的导热系数为 45W/(m2·℃), 热水对外壁的给热系数α=500 W/(m2· ℃), 试计算钢壳厚度是多少 mm 时传热速率达最大值? 最大传热速率 为多少? 23. 某列管冷凝器内流冷却水, 管外为有机蒸汽冷凝.在新使用时冷却水的进,出口温度分别为 20℃与 30℃.使用一 段时期后, 在冷却水进口温度与流量相同的条件下, 冷却水出口温度降为 26℃.求此时的垢层热阻.已知换热器的传热面为 16.5m2, 有机蒸汽的冷凝温度 80℃, 冷却水流量为 2.5kg/s. 24. 某列管式加热器由多根Φ25×2.5mm 的钢管所组成, 将苯由 20℃加热到 55℃, 苯在管中流动, 其流量为每小时 15 吨, 流速为 0.5m/s.加热剂为 130℃的饱和水蒸汽, 在管外冷凝.苯的比热 CP=1.76kJ/(kg·℃), 密度为 858kg/m3.已知加热 器的传热系数为 700 W/(m2·℃), 试求此加热器所需管数 n 及单管长度 l. *25. 某气体混合物(比热及导热系数均未知)以 90kg/h 的流量流过套管换热器的内管, 气体的温度由 38℃被加热到 138 ℃.内管内径为 53mm, 外管内径为 78mm, 壁厚均为 2.5mm, 管外为蒸汽冷凝使管内壁温度维持在 150℃.已知混合气体粘 度为 0.027mPa·s, 其普朗特数 Pr=1, 试求套管换热器的管长. *26. 传热面相等的两台换热器, 用冷水将油从 138℃冷却至 93℃, 冷水进入第一换热器的流量为 2.5kg/s, 温度 t1=25℃, 出口 t2=50℃.将此股水流中抽出 0.62kg/s 水移作它用, 余下的水进入第二个换热器, 冷水出口 t3=65℃.设两个换热器的传 热系数均为 450 W/(m2·℃),油的比热 CP=2.1 kJ/(kg·℃).求两换热器的传热面积, 及油的流量. 第 1.0 1200 一 次 2.0 1860 第二次 1.0 1100

  上表中传热系数均以外表面为基准.管子尺寸为Φ28×2.5mm, 导热系数为 45W/(m2·℃).水在管内流动是高度湍流, 饱和

  *27. 用一单程列管换热器以冷凝 1.5kg/s 的有机蒸汽, 蒸汽在管外冷凝的热阻可以忽略, 冷凝温度 60℃, 汽化热为 395kJ/kg.管束有 n 根Φ25×2.5mm 的钢管组成, 管内通入 t1=25℃的河水作冷却剂, 不计垢层及管壁热阻, 试计算: (1) 冷却水用量(选择冷水出口温度); (2) 管数 n 与管长 L(水在管内的流速可取 1m/s 左右); (3) 若保持上述计算所得的总管数不变, 将上述换热器制成双管程投入使用, 冷却水流量及进口温度仍维持设计值, 求 操作时有机蒸汽的冷凝量. 传热操作型计算 28. 某冷凝器传热面积为 20m2, 用来冷凝 100℃的饱和水蒸汽.冷液进口温度为 40℃, 流量 0.917kg/s, 比热为 4000J/(kg·℃).换热器的传热系数 K=125W/(m2·℃), 求水蒸汽冷凝量. 29. 有一套管换热器, 内管为Φ19×3mm, 管长为 2m, 管隙的油与管内的水的流向相反.油的流量为 270kg/h, 进口温 度为 100℃, 水的流量为 360kg/h, 入口温度为 10℃. 若忽略热损失, 且知以管外表面积为基准的传热系数 K=374 W/(m2· ℃), 油的比热 CP=1.88kJ/(kg·℃), 试求油和水的出口温度分别为多少? 30. 某列管换热器用 110℃饱和蒸汽加热甲苯, 可使甲苯由 30℃加热至 100℃.今甲苯流量增加 50%, 试求: (1) 甲苯出口温度; (2) 在不变动设备条件下, 采用何种措施以使甲苯出口温度仍维持 100℃? 作定量计算. *31. 某套管换热器有传热面积 0.4m2, 油在内管从 75℃被冷却至 65℃. 冷却水在环隙中逆流流动, 从 30℃加热至 45℃, 给热系数α2 =4000W/(m2·℃).内管直径φ25mm, 管壁较薄, 热阻可略去不计.求该换热器能冷却的最大油量. 已知油在平均温度下的物性为λ=0.56W/(m·℃);μ=1.8mPa·s;Cp=2070J/(kg·℃). *32. 今有一套管换热器, 冷,热流体的进口温度分别为 40℃和 100℃.已知并流操作时冷流体出口温度为 60℃, 热流 体为 80℃.试问逆流操作时热流体,冷流体的出口温度各为多少?设传热系数K均为定值. *33. 由 A,B 两台换热器组成的换热系统中, 冷与热流体的流向及流量等均如图所示. 已知:A,B 两台换热器的传热面积, 传热系数均相等.冷流体流量等量分配.且 T1 =150℃, t1 =30℃, 试求:温度 T, T2 =40℃; t2 =90℃.

  34. 某带搅拌器的夹套加热釜中盛有 G kg 的油品, 用 120℃的饱和水蒸汽将油品自 25℃加热到 110℃需要时间为τ1 , 今 将加热时间延长一倍, 试问最终的油温等于多少? 设传热面积 A 及传热系数 K 均给定且为常数, 釜内油温各处均一. 35. 如图所示的浸沉式蛇管换热器中, 蛇管内流的是水, 用以冷却槽中的液体.已知槽中盛放 6000kg 的某种液体, 其比 热为 4.6kJ/(kg·K), 从 100℃开始冷却.冷却水的最初温度为 20℃, 用水量为 1500kg/h.换热面积为 6 m2.设传热系数为 230 W/(m2·℃)不变, 且不考虑液体向空气的散热量, 槽内液体温度均一. 试求该液体冷却至 60℃所需的时间.

  38. 有一单壳程双管程列管换热器, 管外用 120℃饱和蒸汽加热, 常压干空气以 12m/s 的流速在管内流过, 管径为Φ38 ×2.5mm, 总管数为 200 根, 已知空气进口温度为 26℃, 要求空气出口温度为 86℃, 试求: (1) 该换热器的管长应为多少? (2) 若气体处理量,进口温度,管长均保持不变, 而将管径增大为φ54×2mm, 总管数减少 20%, 此时的出口温度为多 少? (不计出口温度变化对物性影响, 忽略热损失). 39. 试设计一列管式冷凝器, 用水来冷凝常压下的乙醇蒸汽.乙醇的流量为 3000kg/h, 冷水进口温度为 30℃, 出口温度 为 40℃.在常压下乙醇的饱和温度为 78℃, 汽化潜热为 925kJ/kg.乙醇蒸汽冷凝给热系数估计为 1660 W/(m2·℃). 设计内容::(1) 程数,总管数,管长; (2) 管子在花板上排列; (3) 壳体内径.

  1. 传热过程有哪三种基本方式? 2. 传热按机理分为哪几种? 3. 物体的导热系数与哪些主要因素有关? 4. 流动对传热的贡献主要表现在哪儿?

  5. 自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热? 6. 液体沸腾的必要条件有哪两个? 7. 工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作? 为什么? 8. 沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手? 9. 蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体? 10. 为什么低温时热辐射往往可以忽略, 而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式? 11. 影响辐射传热的主要因素有哪些? 12. 为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数? 13. 有两把外形相同的茶壶,一把为陶瓷的,一把为银制的.将刚烧开的水同时充满两壶.实测发现,陶壶内的水温下降比 银 壶中的快,这是为什么? 14. 若串联传热过程中存在某个控制步骤, 其含义是什么? 15. 传热基本方程中, 推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些? 16. 一列管换热器,油走管程并达到充分湍流.用 133℃的饱和蒸汽可将油从 40℃加热至 80℃.若现欲增加 50%的油处理 量, 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法,以保持油的出口温度不低于 80℃,这个方案是否可行?

  17. 为什么一般情况下, 逆流总是优于并流? 并流适用于哪些情况? 18. 解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个? 19. 在换热器设计计算时,为什么要限制大于 0.8?