第十章10-3、一卧式冷凝器采用外径为25mm,壁厚的黄铜管做成热表面。已知管外冷凝侧的平均传热系数,管内水侧平均的表面传热系数。试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数(1) 管子内外表面均是洁净的(2) 管内为海水,流速大于1m/s,结水垢,平均温度小于50C,蒸汽侧有油。10-8、已知:一加热器中用过热水蒸气来加热给水(电厂中把送到锅炉中去的水称为给水)。过热蒸汽在加热器中先被冷却到饱和温度,再凝结成水,最后被冷却成过冷水,冷热流体的总流向为逆流,热流体单相介质部分的qc<qc.求:画出冷、热流体的温度变化曲线。

解:

10-9、已知,试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差:

(1) 逆流布置;

(2) 一次交叉,两种流体均不混合;

(3) 1-2型壳管式,热流体在壳侧;

(4) 2-4型壳管式,热流体在壳侧;

(5) 顺流布置。

换热器设计计算

10-13、一台1-2型壳管式换热用来冷却11号润滑油。冷却水在管内流动,,流量为3kg/s;热油入口温度为60C,。试计算:

(1) 油的流量;

(2) 所传騠递热量;

(3) 所需的传热面积。

10-15、已知:在一台1-2型管壳式换热器中,管内冷却水从16℃升高到35℃,管外空气从119℃下降到45℃,空气流量为min,换热器的总传热系数K=84

求:所需的传热面积式多少。

解:逆流温度差为℃,,

故查图9-15,,故对数平均温差℃

空气平均温差为℃,

空气的换热量,

故需传热面积。

10-17、已知:在一逆流式水-水换热器中,管内为热水,进口温度℃出口温度为℃,管外流过冷水,进口温度℃,出口温度℃,总换热量,共有53根内径为16mm、壁厚为1mm的管子。管壁导热系数,管外流体的表面传热系数,管内流体为一个流程。管子内、外表面都是洁净的。

求:所需的管子长度。

解:计算管内平均换热系数。

℃

℃,

本题中冷热流体总温差为℃,管外冷流体侧占68﹪,管内侧约占32﹪,故不必考虑温差的修正。

热阻的分析与分离

10-26、已知:有一台液-液换热器,甲、乙两种介质分别在管内、外作强制对流换热。试验测得的传热系数与两种液体流速的变化情况如附图所示。

求:试分析该换热器的主要热阻在哪一侧

解:主要热阻在介质乙这一侧,因为增加介质甲的流速对传热系数的影响并不大,而增加介质乙的流速则使传热系数明显上升,这说明介质乙对总热阻有举足轻重的影响。

10-27、已知:一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行:℃,℃,℃,℃ ,=2500W/K,K=800.运行一年后发现,在、、及、保持不变的情形下,冷流体只能被加热到162℃,而热流体的出口温度则高于300℃。

求:此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。

解:不结垢时,

℃ ,

.

结垢后,。

又℃

℃,,

。

传热问题综合分析

10-39、试分析保温瓶瓶胆的热量散失途径,并指出在制造胆瓶时采用了那些措施来减少热损失。

解:热量散失的途径(1)通过夹层的辐射换热(2)通过瓶塞的导热(3)通过石棉粒的导热。通过夹层的导热可以不计。

采用的措施:(1)夹空层真空(2)夹层内涂壁以反射率高的薄层。

10-45、已知:120 C饱和水蒸气在换热器管子外表面凝结,以加热恋管内的冷水,传热恋系数k=1800W/(m·k)。

求:(1)把流量为每小时2000kg水从20 C加热到80 2C所需的传热面积:(2)如运行后产生了 m ·k/W的污垢热阻(其计算面积与传热系数相同),这时的出口水温是多少(进口水温及流量保持不变。)

解:(1)

解:热损失为

又℃;

联立得

2-9 双层玻璃窗系由两层厚为6mm的玻璃及其间的空气隙所组成,空气隙厚度为8mm。假设面向室内的玻璃表面温度与室外的玻璃表面温度各为20℃及-20℃,试确定该双层玻璃窗的热损失。如果采用单层玻璃窗,其他条件不变,其热损失是双层玻璃的多少倍玻璃窗的尺寸为。不考虑空气间隙中的自然对流。玻璃的导热系数为。

解:=

所以

2-12 在某一产品的制造过程中,厚为的基板上紧贴了一层透明的薄膜,其厚度为。薄膜表面上有一股冷却气流流过,其温度为20℃,对流换热表面传热系数为40。同时,有一股辐射能透过薄膜投射到薄膜与基板的结合面上,如附图所示。基板的另一面维持在温度℃。生成工艺要求薄膜与基板结合面的温度℃,试确定辐射热流密度q应为多大薄膜的导热系数,基板的导热系数。投射到结合面上的辐射热流全部为结合面所吸收。薄膜对60℃的热辐射是不透明的。

解:根据公式得

2-14 外径为100mm的蒸气管道,覆盖密度为20的超细玻璃棉毡保温。已知蒸气管道外壁温度为400℃,希望保温层外表面温度不超过50℃。且每米长管道上散热量小于163W,试确定所需的保温层厚度。

解:保温材料的平均温度为

t=℃

由附录7查得导热系数为

代入数据得到 =

所以

2-16 一根直径为3mm的铜导线,每米长的电阻为。导线外包有厚为1mm导热系数为的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃,最低温度为0℃。试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。

解:根据题意有:

解得:

2-18 在一根外径为100mm的热力管道外拟包覆两层绝热材料,一种材料的导热系数为,另一种为,两种材料的厚度都取为75mm,试比较把导热系数小的材料紧贴管壁,及把导热系数大的材料紧贴管壁这两种方法对保温效果的影响,这种影响影响对于平壁的情形是否存在假设在两种做法中,绝热层内外表面的总温差保持不变。

解:将导热系数小的材料紧贴壁管

将导热系数大的材料紧贴壁管则

故导热系数大的材料紧贴管壁其保温效果好。

若为平壁,则平壁

由于所以不存在此问题。

变截面变导热系数问题

2-30 一高为30cm的铝制圆台形锥台,顶面直径为,底面直径为13cm.。底面及顶面温度各自均匀,并分别为520℃及20℃,锥台侧面绝热。试确定通过该锥形台的导热量。铝的导热系数为100。

解:根据傅利叶导热公式得

因为:得

得

代入数据积分得

2-36 q=1000W/m的热流沿x方向穿过厚为20mm的平板(见附图)。已知x=0mm,10mm,20mm处的温度分别为100℃,60℃及40℃。试据此确定材料导热系数表达式(为平均温度)中的及b。

解:x=0mm,x=10mm处的平均温度℃

又 所以热量

即 (1)

同理x=10mm,x=20mm处得

(2)

联立得b=

2-39 试建立具有内热源,变截面,变导热系数的一维稳态导热问题的温度场微分方程式(参考附图)。

解:一维代入微分方程式为

2-53 过热蒸气在外径为127mm的钢管内流过,测蒸气温度套管的布置如附图所示。已知套管外径d=15mm,壁厚=,导热系数。蒸气与套管间的表面传热系数h=105。为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的%,试确定套管应有的长度。

解:按题意应使

,查附录得:,

。

2-54 为了显示套管材料对测温误差的影响,在热力管道的同一地点上安装了分别用钢及铜做成的尺寸相同的两个套管。套管外径d=10mm,厚=,高H=120mm。气流流经两套管时表面传热系数均为h=25。管道壁温=25℃。设蒸气流的真实温度为70℃,问置于两套管中的温度计读数相差多少温度计本身的误差可以不计。取铜的390,钢的50。