管国峰第三版南京工业大学化工原理第四章传热及换热器习题解答

第四章传热及换热器 Page 9 of 21

解:1)?T?9.4?0.052(tw?15)?T(tw?15)?2?rL?2??L(350?tw)Lnr2/r19.4(tw?15)?0.052(tw?15)?0.1(350?tw)/(0.05Ln50/30)试差得：tw?91C2)?T(86?15)r2??(350?86)/Lnr2/r1试差得：r2?50.6mm固绝热层厚度在增加0.6mm''022

22）设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。耐火砖和普通砖的厚度为0.5m和0.25m。三种砖的系数分别为1.02 W/(m·℃)、0.14 W/(m·℃)和0.92 W/(m·℃)，已知耐火砖内侧为1000℃，外壁温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃，普通砖不超过138℃。

解：（1000?34)/(0.5/1.02?b2/0.14?0.25/0.92)?(1000?t2)/(0.5/1.02)若t2?940C0解得b2?0.997m

(1000?35)/(0.5/1.02?b2/1.04?0.25/0.92)?(t1?35)/(0.25/0.92)

若t1?138C0解得b2?0.250m00

经核算t2?814.4C?940C以题意应选择b2为0.250m

23）为保证原油管道的输送，在管外设置蒸汽夹。对一段管路来说，设原油的给热系数为420 W/(m·℃)，水蒸气冷凝给热系数为104 W/(m·℃)。管子规格为φ35×2mm钢管。试分别计算Ki和K0，并计算各项热阻占总热阻的分率。

解:dm?0.035?0.031/Ln(35/31)?0.033m41/K0?1/10?0.002?0.035/(45?0.033)?0.035/420?0.03120?0.002835l/[w/(m?C)]20K0?398.3W/(m?C)1/Ki?1/?i?bdi/?dm?di/?0d04?31/(35?10)?0.002?31/(45?33)?1/42020?0.002511l/[w/(m?C)]20Ki?398.3W/(m?C)?4计入污垢热阻Re0?0.8598?10?4?4d0Rei/di?1.7197?10?35/31?1.94?10?4污垢热阻占：(0.8598?1.94)?10/[0.002835?(0.8595?1.94)?10?8.900原油侧热阻占：0.035/(420?0.031)/0.002835?94.800蒸汽侧热组占：1/10000/0.002835?3.500管壁导热热阻占：0.002?0.035/(45?0.033)/0.002835?1.700

?4]第四章传热及换热器 Page 10 of 21

24）某列管换热器，用饱和水蒸汽加热某溶液，溶液在管内呈湍流。已知蒸

4

汽冷凝给热系数为10 W/(m·℃)，单管程溶液给热系数为400W/(m·℃)，管壁导热及污垢热阻忽略不计，试求传热系数。若把单管程改为双管程，其它条件不变，此时总传热系数又为多少？

解：1）单管程1/K0?1/?i?1/?0?1/10K0?384.6w(m??C)2)改为双管层管内流速提高一倍，则1/K0?1/(20.824?1/400?0.0026l/[w(m??C)]2

：4??i)?1/?0?1/102?1/(400?20.8)K0?651.1w/(m??C)25）一列管换热器，管子规格为φ25×2.5mm，管内流体的对流给热系数为100 W/(m·℃)，管外流体的对流给热系数为2000 W/(m·℃)，已知两流体均为湍流流动，管内外两侧污垢热阻均为0.0018 m·℃/W。试求：①传热系数K及各部分热阻的分配；②若管内流体流量提高一倍，传热系数有何变化？③若管外流体流量提高一倍，传热系数有何变化？

解：①Ri = R0 = 0.00118m2?℃/W 钢管? = 45W/(m?℃)

dm?d0?dilnd0di?d0?idi?0.025?0.020ln2520?0.022 m

1K0??1?01?bd0?dm??Ri?R0?0.025100?0.020.0025?0.02545?0.022

?2?0.001182000 = 0.01542 1/(W/m2℃) K0 = 64.84 W/(m2?℃) 热阻分配：

污垢：

R0?Ri1K0?2?0.001180.01542?0.153?15.3%

1管外：

?0K01?2000?3.24%

0.015420.0251d0管内：

?idiK01?100?0.02?81.1% 0.01542第四章传热及换热器 Page 11 of 21

bd00.0025?0.025?dmK0?45?0.0220.01542?0.41%

管壁：

1②Wi??2Wi ， ui??2ui ， ?i??20.8?i ∴

1K0??1?012000?bd0?dm?d0?idi??Ri?R0

0.02520.8 ??0.0025?0.02545?0.022??100?0.02?2?0.00118

= 0.01010 m2℃/W

?2

K0?98.99 W/( m℃)

③W∴

?0?0.8?2W0 ， ?0?2?0

1K0??1?0??1bd0?dm??d0?idi?Ri?R0

0.025100?0.02 ?0.0025?0.02545?0.02220.8?2000??2?0.00118

= 0.01521 m2℃/W

?K0?65.74

W/( m2℃)

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26)在列管换热器。用热水却到55C,冷水温度从①冷水流量。②两种流体做逆流时的③两种流体做并流时的④根据计算结果，对逆解1）?Qh?QCWhCph?T?WCCpc?tCph?4.181kJ/kgCWC?6010kg/h000加热冷水，热水流量为04.5?10kg/h,温度从95C冷2.8?10W/(m?C).试求：3203020C升到50C,总传热系数为平均温度差和所需要的平均温度差和所需要的流和并流做一比较，可换热面积。换热面积。得到那些结论。Cpc?4.174kJ/kgC002)?t?(45?35)/Ln(45/35)?39.8C由KS?tm?WhCph?TS?4.5?10?40?4.181?10/(3600?2.8?10?39.8)?1.89m203333)?tm?(75?5)/Ln(75/5)?25.85C同理4)略27)有一台新的套管换热器，用水冷却油。水走内管，油与水逆流，内管为?19?3mm，S?2.89m2外管为?32?3mm的钢管。水与油的流速系数及粘度分别为033分别为1.5m/s、0.8m/s,油的密度、比热、导热00?3860kg/m、1.90?10J/(kg?C)、0.15w/(m?C)及1.8?1000Pa?s.水的进出口温度为10C和30C,油的进口100C,热损失忽略不计，试计若管长增加2000算所需要的管长。油的物性数据不变。?4

，其他条件不变，则油的出口温度为多少？设阻分别为3.5?10出口温度又为多少？若该换热器长期使用后1.52?10?320，水侧及油侧的污垢热m?C/W和20m?C/W,其他条件不变，则油的解：1）t?(30?10)/2?20C查表得水的物性数据：0??998.2kg/mCP?4.183kJ/kg?C??0.6w/(m?C)030??1?10?3Pa?sWC????(19?6)?10Wh????(26?无热损失故222?6?1.5/4?0.199kg/s?6?19)?10?0.8/4?0.170kg/sQh?QcQh?1.9?0.170?(100?T2)Qc?4.183?0.99?(30?10)?16.648kJ/s?T2?48.46CRe?0.013?1.5?998.2/0.001?19464.9?100000