传热学练习题(学生)

1传热学计算练习题1．某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？(%5.68)2．在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃，λ的单位为W/（m·℃））。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布(b=71mm)(t=－501lnr－942)。3．有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热至80℃，苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数(1272W/（m2·℃）)。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化(2215W/（m2·℃）)。4．在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m，直径为φ86×1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行(对流传热核准系数为1.02)，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数(56W/（m2·℃）)。注：(空气流过15排管束时，对流传热核准系数为1.02)5．热空气在冷却管管外流过，α2=90W/（m2·℃），冷却水在管内流过，α1=1000W/（m2·℃）。冷却管外径do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m·℃）。试求：①总传热系数Ko；(80.8W/（m2·℃）)②管外对流传热系数α2增加一倍，总传热系数有何变化？(增加了82.4%)③管内对流传热系数α1增加一倍，总传热系数有何变化？(增加了6%)6．有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh=230W/（m2·K），水的对流传热系数αc=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；(1335kg/h)②并流和逆流操作时所需传热面积(并流6.81m2，逆流5.83m2)；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量(46.6℃，846kg/h)，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。7．有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数α1=50W/（m2·K）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数α2=2000W/（m2·K），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；(t'2=61.9℃，T'2=69.9℃)②传热速率Q'比原来增加了多少？(25%)8．为了得到热水，0.361MPa(ts=140℃)的水蒸气在管外凝结（如图3所示），其表面传热系数29500W/(mK)oh。冷却水在盘管内流动，流速为0.8m/s，黄铜管外径为18mm，壁厚为1.5mm，2导热系数为132W/(mK)，盘管的弯曲半径为90mm。冷水进换热器时的温度为o25C，加热到o95C。试求所需的换热面积(2m184.0)及盘管长度(3.25m)。不计管内入口效应修正及温差修正。附注：(1)管内湍流强制对流换热实验关联式为：nffPrReNu8.0023.0(流体被加热n=0.4；流体被冷却n=0.3)(2)60oC时水的物性：ρ＝983.1kg/m3,cp=4.179kJ/(kgK)，λ=65.9×10-2W/(mK)，ν=0.478×10-6m2/s，Pr=2.99；弯管修正系数：3)(3.101RdcR9．一个壳侧为一程的壳管式换热器用来冷凝7355Pa的饱和水蒸气，要求每小时内冷凝18kg蒸汽。进入换热器的冷却水的温度为250C，离开时为350C。设传热系数为)/(842KmWk，问所需的传热面积是多少？(0.74m2).10．已知：在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度100,t℃出口温度为80,,t℃，管外流过冷水，进口温度20,2t℃，出口温度70,,2t℃，总换热量KW350，共有53根内径为16mm、壁厚为1mm的管子。管壁导热系数kmw*/40，管外流体的表面传热系数kmwh*/15000，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。(2.80m)11．如下图所示，有一稳定导热的平壁炉墙，墙厚240mm，导热系数λ＝0.2W/m℃，若炉墙外壁温度ｔ3＝45℃，为测得炉墙内壁温度ｔ1，在墙深100mm处插入温度计，测得该处温度ｔ2＝100℃，试求炉墙内壁温度ｔ1。(177℃)12．水在一圆形直管内呈强制湍流时，若流量及物性均不变。现将管内径减半，则管内对流传热系数为原来的多少倍？(3.482倍)13．平壁炉的炉壁由三种材料所组成，其厚度和导热系数列于附表中。序号材料厚度bmm导热系数W/m2·℃1（内层）23耐火砖绝缘砖钢20010061.070.1445若耐火砖层内表面的温度t1为1150℃，钢板外表面温度t4为30℃，计算导热的热通量。实际测得通过炉壁的热损失为300W/m2，分析原因并计算附加热阻(2.83m2·℃/W)。314．直径为60×3mm的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又用100mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为—110℃，绝热层外表面温度10℃。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/（m·℃），求每米管长的冷量损失量(25W/m)。15．在内管为φ189×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热CP烃=2.38kJ/kg.℃，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃，平均比热Ｃp水＝4.17kJ/kg.℃，基于传热外面积的总传热系数K0=2000W/m2·℃,设其值恒定,忽略热损失。试求：A)冷却水用量(7990Kg/h)；B)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长(Δｔ逆=32.75℃,Δｔ并＝27.93℃,L逆＝2.5m,L并＝2.93m)。16．在并流换热器中,用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃,油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,设油和水的流量、进口温度及物性均不变,若原换热器的管长为1m,求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求(0.855m)。换热器的热损失可忽略。17．一单程列管式换热器,由直径为Φ25×2.5mm的钢管束组成。苯在换热器的管内流动,流量为1.25kg/s，由80℃冷却到30℃，冷却水在管间和苯呈逆流流动,进口水温为20℃,出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为1.70和0.85kW／(ｍ2·℃)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积(13.8m2)。苯的平均比热为1.9kJ/(kg·℃),管壁材料的导热系数为45W/(m·℃)。18．在列管式换热器中用水冷却油，水在管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349W/（m2·℃），管外油侧对流传热系数为258W/（m2·℃）。换热器在使用一段时间后，管壁面两侧均有污垢形成，水侧的污垢热阻Rsi为0.00026（m2·℃）/W，油侧的污垢热阻Rso为0.000176（m2·℃）/W。若此换热器可按薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。求：（1）产生污垢后热阻增加的百分数；(6.48%)（2）总传热系数K。(139.33W/（m2·℃）)19．一单壳程单管程列管换热器,由多根Φ25×2.5mm的钢管组成管束,管程走某有机溶液,流速为0.5m/s，流量为15T/h,比热为1.76kJ/kg.K,密度为858kg/m3,温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/m2K和10000W/(m2K)。钢导热系数为45W/m.K。垢层热阻忽略不计。求:A)此换热器的总传热系数;(以外表面积为基准)(513W/(Km2))B)此换热器的管子根数及有效管长;(31根,1.85m)C)在冷流体温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要采取什么措施？20．拟设计由φ25×2ｍｍ的136根不锈钢管组成的列管换热器。平均比热为4187J/kg.℃的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由15℃加热到100℃。温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数αi=520W/m2·℃,蒸汽冷凝时的对流传热系数α=1.16×104W/m2℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m.℃,忽略垢层热阻和热损失。试求：A)管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）；(9.20m)B)管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为136根）。(3.56m)