化工原理-第四章-传热-例题

例外径为426mm的蒸汽管道，其外包扎一层厚度为426mm的保温层，保温材料的导热系数为0.615W/(m·℃)。若蒸汽管道外表面温度为177℃，保温层的外表面温度为38℃，试求每米管长的热损失以及保温层中的温度分布。解：此题为单层圆筒壁的热传导问题。已知条件：蒸汽导管外表面的半径r2＝0.426/2＝0.213m温度t2＝177℃保温层的外表面的半径r3＝0.213＋0.426＝0.639m温度t3＝38℃2332Qln2ttrrl由：可得每米管道的热损失为：23322()Q20.615(17738)489W/m0.639lnln0.213ttrlr设保温层内半径r处的温度为t，代入上式：222()Q489lnttrlr将已知数据代入，整理得温度t与半径的关系式为：t=-126.6lnr–18.64筒壁内的温度分布不是直线，而是曲线。例：有一列管换热器，由φ25×2.5的钢管组成。CO2在管内流动，冷却水在管外流动。已知管外的α1=2500W/m2·K，管内的α2=50W/m2·K。（1）试求传热系数K；（2）若α1增大一倍，其它条件与前相同，求传热系数增大的百分率；（3）若增大一倍，其它条件与（1）相同，求传热系数增大的百分率。解：（1）求以外表面积为基准时的传热系数取钢管的导热系数λ=45W/m·K，冷却水测的污垢热阻Rs1=0.58×10-3m2·K/WCO2侧污垢热阻Rs2=0.5×10-3m2·K/W则：212212111111ddddRdbdRKsms20255012025105.05.2225450025.01058.02500133025.0000625.0000062.000058.00004.0WKm/0267.02KmWK2/5.37(2)α1增大一倍，即α1=5000W/m2·K时的传热系数K’025.0000625.0000062.000058.00002.01KWKm/0265.02KmWK2/7.37K值增加的百分率%100KKK%1005.375.377.37%53.0（3）α2增大一倍，即α2=100W/m2·K时的传热系数K0125.0000625.0000062.000058.00004.01KWKm/0142.02KmWK2/4.70K值增加的百分率%100KKK%1005.375.374.70%8.87例：在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却水将热流体由100℃冷却至40℃，冷却水进口温度15℃，出口温度30℃，试求在这种温度条件下，逆流和并流的平均温度差。解：逆流时：热流体：40100冷流体：153070251212,lntttttm逆2570ln2570C07.43并流时：热流体：冷流体：40100301585101212,lntttttm并1085ln1085C035可见：在冷、热流体初、终温度相同的条件下，逆流的平均温度差大。2、错流和折流时的平均温度差错流和折流的平均温度差，常采用安德伍德和鲍曼提出的图算法。先按逆流时计算对数平均温度差△tm逆，在乘以考虑流动型式的温度修正系数φ△t，得到实际平均温度差△tm。逆,mtmtt——错流和折流时的平均温度差RPft,其中1112tTttP两流体的最初温差冷流体的温升1221ttTTR冷流体的温升热流体的温降计算P,R的值后,可查图得到φ△t的值例：通过一单壳程双管程的列管式换热器，用冷却水冷却热流体。两流体进出口温度与上例相同，问此时的传热平均温差为多少?又为了节约用水，将水的出口温度提高到35℃，平均温差又为多少?解：逆流时Ctm07.43，逆1112tTttP151001530176.01221ttTTR1530401000.422查图附录，92.0t逆,mtmtt7.4392.0C02.40又冷却水终温提到350C，逆流时：25651535401002565ln2565,逆mtC09.41