习题5.doc
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1、石油化学工程基础(习题) 第五章 传热及换热设备第五章 传热及换热设备5-1 燃烧炉的平壁由两层组成,内壁为105mm厚的耐火砖导热系数为1.05,外层为215mm的普通砖导热系数为0.93。内、外壁温度分别为760和155。试计算通过每平方米炉壁的热损失及两层间的界面温度。解: 在两平壁交界处: 可解得界面温度:5-2 某平壁炉的炉壁是用内层为120mm厚的某耐火材料和外层为230mm厚的普通建筑材料砌成的,两种材料的导热系数未知。已测得炉内壁温度为800,外侧壁面温度为113。为了减少热损失,在普通建筑材料外面又包一层厚度为50mm的石棉层导热系数为0.15,包扎后测得炉内壁温度为800,
2、耐火材料与建筑材料交界面温度为686,建筑材料与石棉交界面温度为405,石棉外侧面温度为77。试问包扎石棉后热损失比原来减少了多少?解:包扎石棉层后的热损失 则有 包扎石棉层前的热损失: 所以绝对热损失 所以相对热损失 5-3 燃烧炉的平壁由下列三种材料构成:耐火砖导热系数,厚度b=230mm;绝热砖导热系数;普通砖导热系数,厚度b=240mm。若耐火砖内侧温度为1000,耐火砖与绝热砖接触面最高温度为940,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过138(假设每两种砖之间接触良好,界面上的温度相等)。试求: 绝热砖的厚度(绝热砖的尺寸为65113230mm); 普通砖外侧的温度。解:耐火砖的热通量
3、根据稳定传热,绝热砖的热通量与耐火砖的热通量相等,即 由此解得 n=1.9222块 即需要2块绝热砖,厚度为460mm才能达到要求的温度。 根据稳定传热,燃烧炉平壁的热通量与耐火砖的热通量相等,即 由此解得: 即普通砖外侧的温度为34.9。5-4 某工厂用一1705mm的无缝钢管输送水蒸气。为了减少热损失,在管外包两层绝热材料:第一层为厚30mm的矿渣棉,其导热系数为0.065;第二层为厚30mm的石棉灰,其导热系数为0.21。管内壁温度为300,保温层外表面温度为40。管道长50m。试求该管道的散热量。解:已知:r1=80mm r2=85mm r3=115mm r4=145mm t1=300
4、 t4=40 1=45 2=0.065 3=0.21 根据圆筒壁传热量计算公式: 5-5 有一蒸汽管外径为25mm,为了减少热损失拟在管外包两层绝热材料,每层厚度均为25mm,两种材料的导热系数之比。试问哪一种材料包在内层更有效?(忽略金属热阻)解:如果将导热系数大者(即2)包在内侧,则有 而如果将导热系数小者(即1)包在内侧,则有 将两者进行比较,则有 前者的散热量大一些,因此将导热系数小的绝热材料放在内侧更好一些。5-6 外径为100mm的蒸汽管,先包一层50mm厚的绝热材料导热系数为0.06 ,其外再包一层20mm厚的绝热材料导热系数为0.075。若第一绝热层的内表面温度为170,第二绝
5、热层的外表面温度为38。试求每米管长的热损失和两绝热层界面的温度。解:根据圆筒壁传热量计算公式: 由于稳定传热各层的传热量相等,则第一层圆筒壁的传热量为 由此可解得: 5-7 水在381.5mm的管内流动,流速为1m/s,水的进、出口温度分别为15及80。试求水与管壁间的对流传热系数。解:在定性温度下水的物理性质为 湍流 5-8 空气以4m/s的流速通过直径为75.53.75mm的钢管,管长20m。空气的入口及出口温度分别为32及68。试计算空气与管内壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍,其它条件不变,对流传热系数为多少?解:在定性温度下空气的物理性质为: 湍流 当其他条件不变,空气流速增加
6、一倍时,有 所以 5-9 一列管换热器,其蒸汽在管间冷凝,冷却水在管内流动,其流速为0.25m/s,进出口温度分别为15及45,列管直径为252.5mm。试求水对管壁的对流传热系数。解:在定性温度下水的物理性质为 校正系数 则 5-10 现用一蛇管换热器冷却某液体,该液体流量为3,进口温度和出口温度分别为50及20,在平均温度下该液体的密度为1200,粘度为,比热为3.77,导热系数为0.558。蛇管的直径为453.5mm,平均圈径为0.6m,液体在蛇管内流动。试求该液体的对流传热系数。解: 湍流 校正 5-11 有一套管换热器,内管为251mm,外管为381.5mm。冷却水在环隙流动,以冷却
7、管内的高温气体。水的进、出口温度分别为20及40。试求环隙内水的对流传热系数。(水的流量为1700kg/h)解:环隙的流通截面面积为 在定性温度下水的物理性质为: 流速 当量直径 5-12 有一管式加热炉,对流室的管束由直径为1276mm长度为11.5m的钢管组成,管子排列为直列。烟道气垂直流过管束,沿流动方向有21排管子,每排有4根管子,管心距为215mm。烟道气流过管束最窄处的速度为5m/s。已知在烟道气的进、出口平均温度下其运动粘度,导热系数,普兰特准数。试求烟道气通过管束的平均对流传热系数。解: 查表5-6可得在第一列时: 则第一列的对流传热系数为: 第二列以后 则第二列的对流传热系数
8、为: 烟道气通过管束的平均对流传热系数: 5-13 油罐中装有蒸汽管以加热罐中的重油,重油的平均温度为20,蒸汽管外壁的温度为120,蒸汽管外径为60mm。在平均温度下重油的密度为900,比热为1.88,导热系数为0.175,运动粘度为,体积膨胀系数为。试求每小时每平方米蒸汽管对重油的传热量。解:设为自然对流传热: 查表5-7,得 ,则对流传热系数 传热量 5-14 室内气温为20,有一垂直放置的平板,板高1m,平板温度为60。试计算单位面积平板上借自然对流散失的热量W。解:在定性温度下空气的物理性质为: 体积膨胀系数 查表5-7,得 ,则对流传热系数 传热量 5-15 饱和温度为100的水蒸
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