题目
例12.1 用一外径为25 mm,壁厚为2mm的钢管做换热表面。已知管外烟气侧-|||-_(1)=100W/((m)^2cdot R), 管内侧 _(2)=4000W/((m)^2cdot R), 烟气平均温度为450°C,水平均温度为-|||-50°C,钢管热导率为 |(mcdot R) 按平壁公式进行计算,求:(1)传热系数;(2)钢管-|||-两侧壁面温度。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算传热系数
根据传热系数的计算公式，需要考虑管外烟气侧、管内侧以及钢管本身的热阻。传热系数 $k$ 可以通过以下公式计算：
$$
k = \frac{1}{\frac{1}{h_1} + \frac{r_2 - r_1}{2\pi k L} + \frac{1}{h_2}}
$$
其中，$r_1$ 和 $r_2$ 分别是钢管的内径和外径的一半，$k$ 是钢管的热导率，$L$ 是钢管的长度。由于题目要求按平壁公式进行计算，因此可以简化为：
$$
k = \frac{1}{\frac{1}{h_1} + \frac{t}{k} + \frac{1}{h_2}}
$$
其中，$t$ 是钢管的壁厚。将已知数值代入公式计算传热系数 $k$。
步骤 2：计算管外壁面温度
根据传热公式，可以计算出管外壁面温度。假设传热面积为 $A$，则传热热流量为：
$$
\Phi = kA(t_1 - t_2)
$$
其中，$t_1$ 和 $t_2$ 分别是烟气和水的平均温度。根据对流换热公式，可以计算出管外壁面温度 $t_{min}$：
$$
t_{min} = t_1 - \frac{\Phi}{h_1A}
$$
步骤 3：计算管内壁面温度
同理，可以计算出管内壁面温度 $t_{12}$：
$$
t_{12} = t_2 + \frac{\Phi}{h_2A}
$$
根据传热系数的计算公式，需要考虑管外烟气侧、管内侧以及钢管本身的热阻。传热系数 $k$ 可以通过以下公式计算：
$$
k = \frac{1}{\frac{1}{h_1} + \frac{r_2 - r_1}{2\pi k L} + \frac{1}{h_2}}
$$
其中，$r_1$ 和 $r_2$ 分别是钢管的内径和外径的一半，$k$ 是钢管的热导率，$L$ 是钢管的长度。由于题目要求按平壁公式进行计算，因此可以简化为：
$$
k = \frac{1}{\frac{1}{h_1} + \frac{t}{k} + \frac{1}{h_2}}
$$
其中，$t$ 是钢管的壁厚。将已知数值代入公式计算传热系数 $k$。
步骤 2：计算管外壁面温度
根据传热公式，可以计算出管外壁面温度。假设传热面积为 $A$，则传热热流量为：
$$
\Phi = kA(t_1 - t_2)
$$
其中，$t_1$ 和 $t_2$ 分别是烟气和水的平均温度。根据对流换热公式，可以计算出管外壁面温度 $t_{min}$：
$$
t_{min} = t_1 - \frac{\Phi}{h_1A}
$$
步骤 3：计算管内壁面温度
同理，可以计算出管内壁面温度 $t_{12}$：
$$
t_{12} = t_2 + \frac{\Phi}{h_2A}
$$