【正文】 四 傳熱單 層 平 壁 導 熱 紅磚平壁墻，厚度為500 mm，一側溫度為200 ℃，另一側溫度為30 ℃， W/(m℃)，試求： （1）單位時間，單位面積導過的熱量q為多少W/m2，并換算成工程單位制kCal/ (m2h) 。 （2）距離高溫側350 mm處的溫度為多少？ （3）如紅磚導熱系數(shù)與溫度關系可表示為：λ=+510 4t，則q又為多少？多 層 平 壁 導 熱 某燃燒爐的爐墻由三種磚依次砌成：第一層為耐火磚，厚b1= m，λ1= W/(m℃)；第二層為絕熱磚，λ2 = W/(m℃)；第三層為普通磚，b3 = m，λ3 =0 .93 W/(m℃)。若已知耐火磚內(nèi)側溫度為1000 ℃，耐火磚與絕熱磚接觸處溫度為940 ℃，絕熱磚與普通磚接觸面溫度不得超過138℃；試求： （1）絕熱磚層的厚度； （2）普通磚外側溫度。 平壁爐壁由三種材料組成，其厚度和導熱系數(shù)如下：序 號材 料厚度b（mm）導熱系數(shù)λ（W/m℃） 1（內(nèi)層）耐火磚200 2絕熱磚100 3鋼 板645 若耐火磚層內(nèi)表面溫度t1=1150 ℃，鋼板外表面溫度t4 =30 ℃，試計算導熱的熱通量。又實測通過爐壁的熱損失為300 W/m2 ，如計算值與實測不符，試分析原因并計算附加熱阻。多 層 圓 筒 導 熱 一外徑為100 mm的蒸汽管，外包一層50 mm絕熱材料A，λA = W/(m℃)，其外再包一層25 mm的絕熱材料B，λB = W/(m℃)。設A的內(nèi)側溫度為170 ℃，B外側溫度為38 ℃。試求每米管上的熱損失及A、B界面的溫度。 Φ603 mm鋁合金管（其導熱系數(shù)可取為45 W/(m℃)），外包一層厚30 mm石棉，之外再包一層厚30 mm的軟木， W/(m℃) W/(m℃) 。計算下列問題： （1）已知管內(nèi)壁溫度為110 ℃，軟木外側溫度為10 ℃，求每米管長損失的冷量。（2）若將兩保溫材料位置互換，互換后假設石棉外側溫度仍為10 ℃，則此時每米管長的冷量損失又為多少？由此得出什么結論？ 試推導出空心球壁導熱方程式，由此計算下列問題：有一鋼制球罐，內(nèi)裝液體。球罐內(nèi)徑為2 m，壁厚10 mm，在球罐外表面另有一層厚度為 20 mm的氧化鎂保溫層（ W/(m℃)）。已知鋼罐內(nèi)壁溫度為50 ℃， 保溫層外表面溫度為20 ℃，試求單位時間的熱量損失。傳熱基本方程有關計算 一換熱器，在Φ25 mm管外用水蒸汽加熱管內(nèi)的原油。已知管外蒸汽冷凝對流傳熱系數(shù)αｏ=104W/(m2℃)，管內(nèi)原油的對流傳熱系數(shù)αi=103W/(m2℃)，管內(nèi)污垢熱阻Rsi=103 m2℃/W，管外污垢熱阻及管壁熱阻可忽略不計，試求以外表面為基準的總傳熱系數(shù)及各部分熱阻占總熱阻的百分數(shù)。 列管換熱器中的列管尺寸為Φ38，材質為鋼管。管外為蒸汽冷凝，αo=105W/(m2℃) ，管內(nèi)空氣被加熱，αi= 35 W/(m2℃) ?，F(xiàn)采用下述三種方式來提高K值：（1）αo 增加一倍；（2）αi 增加一倍；（3）鋼管換成銅管。試通過計算分析那種方式效果最好？并說明為什么？已知鋼、銅的導熱系數(shù)分別為λ鋼=45 W/(m℃)，λ銅=383 W/(m℃)。 在一列管換熱器中，用初溫為30 ℃的原油將重油由180 ℃冷卻至120 ℃。已知重油和原油的質量流量分別為Wh=104 kg/h，Wc=104 kg/h；比熱分別為Cph= kJ/(kg℃)，Cpc= kJ/(kg℃)。總傳熱系數(shù)K=116 W/(m2℃)。試分別計算逆流和并流時換熱器所需的傳熱面積。 在傳熱面積為50 m2的換熱器中，用溫度為20 ℃，流量為33000 kg/h的冷卻水冷卻進口溫度為110 ℃的醋酸，水的平均比熱為4200 kJ/(kg℃)，兩流體逆流流動。換熱器剛投入使用時，冷卻水和醋酸的出口溫度分別為45 ℃和40 ℃，運轉半年后，冷卻水出口溫度降至38 ℃，試求此換熱器總的污垢熱阻為多少？管壁熱阻可忽略不計。 一換熱器用于熱柴油加熱原油，柴油和原油的進口溫度分別為243 ℃和128 ℃。已知逆流操作時，柴油出口溫度為155 ℃，原油出口溫度為162 ℃，試求其平均溫差。若柴油和原油的進口溫度不變，它們的流量和換熱器的總傳熱系數(shù)亦與逆流時相同，若采用并流，此時平均溫差又為多少？ 為測定套管式甲苯冷卻器的傳熱系數(shù)，測得實驗數(shù)據(jù)如下：傳熱面積A= m2，甲苯的流量Wh =2000 kg/h，由80 ℃冷卻到40 ℃，甲苯的平均比熱Cph = kJ/(kg℃)。 冷卻水從20℃升高到30℃，兩流體呈逆流流動，求所測得的傳熱系數(shù)K為多少？若水的比熱 Cpc= kJ/kg ℃，問水的流量為多少？ 在套管換熱器中，用冷水冷凝苯蒸汽，冷水在管內(nèi)作湍流流動。欲通過實驗方法測定苯蒸汽在管外冷凝時的傳熱系數(shù)及水在管內(nèi)對流傳熱系數(shù)，設苯的冷凝液在蒸汽的飽和溫度下排出。試問： （1）需要哪些測定儀器？ （2）需要測定哪些數(shù)據(jù)？ （3）寫出求得α苯、α水的步驟，并注明計算式中各符號的意義及單位。 注：α苯為苯蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)，α水為管壁向水的對流傳熱系數(shù)。管內(nèi)對流傳熱系數(shù)的計算、湍流 水以1 m/s的流速在長3 m的Φ25 mm管內(nèi)由20 ℃加熱至40 ℃，試求水與管壁之間的對流傳熱系數(shù)。若管內(nèi)換以流速為10 m/s的空氣，其它條件相同，此時對流傳熱系數(shù)又為多少？已知30 ℃下， kJ/(kg℃)， W/(m℃)，105 NS/m2， kg/m3； kJ/(kg℃)， W/(m℃)，105 PaS， kg/m3。 某廠精餾塔頂冷凝器，采用列管式換熱器，有Φ25，管長2m，塔頂蒸汽走管間，冷凝水走管內(nèi)， m/s，進出口溫度分別為20 ℃和60 ℃。 kJ/(kg℃)， W/(m℃)， cP， kg/m3。求：（1）管內(nèi)水的對流傳熱系數(shù)； （2）如總管數(shù)改為50根，仍保持換熱器的傳熱面積不變（管長增加），水量及水進口溫度不變，此時管內(nèi)水的對流傳熱系數(shù)又為多少？ 一套管換熱器，由Φ483 mm和Φ25 mm的鋼管組成，兩種流體在內(nèi)管和環(huán)隙流過，分別測得對流傳熱系數(shù)為α1和α2，若兩流體的流量保持不變，并忽略出口溫度變化對物性所產(chǎn)生的影響。求：將內(nèi)管改為Φ32，管內(nèi)對流傳熱系數(shù)有何變化？（假設流動狀態(tài)皆為湍流）強制層流傳熱系數(shù)的計算 原油在管式爐的對流段Φ896 m/s 的流速被加熱，管長為6 m。已知管內(nèi)壁溫度為150℃，原油的平均溫度為40℃，此時油的密度為850 kg/m3，比熱為2 kJ/(kg℃)， W/(m℃)，黏度為26 cP， [1/℃]，又原油在150 ℃時的黏度為3 cP。試求原油在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)為多少?過渡流、套管環(huán)隙對流傳熱系數(shù)的計算 98％ m/s的速度在套管換熱器的環(huán)隙內(nèi)流動，硫酸的平均溫度為70 ℃，內(nèi)管外壁的平均溫度為60 ℃。換熱器內(nèi)管直徑Φ25 mm，外管直徑為Φ513 mm，試求環(huán)隙流體的對流傳熱系數(shù)和熱通量。硫酸的比熱Cp= kJ/(kg℃)，導熱系數(shù)λ= W/(m℃)，黏度μ= cP，運動黏度μW= cP，密度ρ=1836 kg/m3。彎管中對流傳熱系數(shù)的計算 銅氨溶液在由四根Φ45 mm鋼管并聯(lián)而成的蛇管冷卻器中由32 ℃冷卻至8 ℃， m， m3 /h ，10 3 Pas，密度為1200 kg/m3，試求銅氨溶液的對流傳熱系數(shù)。 注：20 ℃，水的比熱Cp= kJ/(kg℃)，導熱系數(shù)λ= W/(m℃)。套管環(huán)隙對流傳熱系數(shù)的計算 一套管換熱器，內(nèi)管為Φ38 mm，外管為Φ573 mm，甲苯在其環(huán)隙由72℃冷卻至38℃，已知甲苯的流量為2730 kg/h，試求甲苯的對流傳熱系數(shù)。已知甲苯的比熱Cp= kJ/(kg℃)，導熱系數(shù)λ= W/(m℃)，黏度μ=103 Pas，密度ρ=835 kg/m3。管外對流傳熱系數(shù)計算 1atm甲烷以10 m/s流速在列管換熱器殼程作軸向流動，甲烷由120 ℃冷卻到30 ℃。已知該換熱器共有Φ25 mm 管86根，殼徑為400 mm。求甲烷氣體的對流傳熱系數(shù)。注：75 ℃ kJ/(kg℃)， W/(m℃)， cP。 在接觸氧化法生產(chǎn)硫酸過程中，用反應后高溫的SO3 混合氣預熱反應前氣體，常壓SO3混合氣在一由Φ383 mm鋼管組成、殼程裝有圓缺擋板的列管換熱器殼程流過。已知管子成三角形排列，中心距為51 mm， m，換熱器殼徑D=2800 mm。SO3混合氣的流量為4104 m3/h，其平均溫度為145 ℃。其物性可近似按同溫度下的空氣查取，試求混合氣對流傳熱系數(shù)（考慮部分流體在擋板與殼體之間短路，）。注：空氣的比熱Cp= kJ/(kg℃)，導熱系數(shù)λ= W/(m℃)，黏度μ=105 NS/m2，密度ρ= kg/m3。自然對流的計算 某油廠用海水冷卻常壓塔引出的柴油餾分，冷卻器為Φ1148 mm鋼管組成的管， 水平浸沒在一很大的海水箱中，海水的物性可近似按同溫度下的水查取。海水由箱下部引入，上部溢出，通過時的流速很小， ℃，鋼管外壁溫度為56 ℃，試求海水的對流傳熱系數(shù)。已知水的比熱Cp= kJ/(kg℃)，導熱系數(shù)λ= W/(m℃)，黏度μ= Ns/m2，密度ρ= kg/m3，體積膨脹系數(shù)β=104 [1/℃]。 傳熱效率與傳熱單元數(shù) 在換熱器中，用80 ℃的水將某流體由25℃預熱至48℃，已知水的出口溫度為35℃，試求該換熱器的效率。 一傳熱面積為10 m2的逆流換熱器， kg/ kg/s 的水加熱， kJ/(kg℃)，水和油的進口溫度分別為35 ℃和175 ℃，該換熱器的傳熱系數(shù)為425 W/(m2℃)，試求此換熱器的效率。又若水量增加20%，傳熱系數(shù)可近似不變，此時水的出口溫度為多少？ 有一套管換熱器，內(nèi)管為Φ193 mm，管長為2 m，環(huán)隙的油與管內(nèi)的水流向相反，油的流量為270 kg/h，進口溫度為100 ℃，水的流量為360 kg/h，入口溫度為10 ℃， kJ/(kg℃) kJ/(kg℃)，且已知以管外表面積為基準的傳熱系數(shù)K=374 W/(m2℃)，試求油和水的出口溫度為多少？ 今有一套管換熱器，冷熱流體進口溫度分別為40 ℃和100 ℃，已知并流操作時，冷流體出口溫度為60 ℃，熱流體出口溫度為80 ℃，試問逆流操作時，冷熱流體出口溫度為多少？設K為定值。傳熱綜合題 在一套管換熱器中，用水蒸汽加熱空氣，已知空氣側對流傳熱系數(shù)為40 W/(m2℃)，蒸汽冷凝側的對流傳熱系數(shù)為5000 W/(m2℃)，現(xiàn)欲提高此傳熱過程的總傳熱系數(shù)，應從何著手解決？試用具體數(shù)據(jù)說明理由。（注：管壁熱阻及污垢熱阻可忽略） 接觸法硫酸生產(chǎn)中用氧化后的高溫SO3混合氣預熱原料氣（SO2及空氣混合物）， 已知：列管換熱器的傳熱面積為90m2 ，原料氣入口溫度t1=300℃，出口溫度t2 =430℃。SO3混合氣入口溫度T1 =560 ℃，兩種流體的流量均為10000 kg/h，熱損失為原料氣所得熱量的6%， kJ/(kg℃)，且兩流體可近似作為逆流處理。求： （1）SO3 混合氣的出口溫度T2； （2）傳熱系數(shù)K為多少。 某列管換熱器，管間通飽和水蒸汽，可將一定流量作湍流流動的空氣加熱至指定溫度，若須進一步提高空氣出口溫度，擬將加熱管管徑增加一倍（管長、管數(shù)、流態(tài)及其它條件均不變），你認為此措施是否可行，并說明理由。 舉例說明下列各圖的物理意義，并寫出△tm的數(shù)學表達式： 在內(nèi)管為Φ18910 mm的套管換熱器中，將流量為3500 kg/h的某液態(tài)烴從100 ℃冷卻到60℃，其平均比熱Cp烴= kJ/(kg℃)，環(huán)隙走冷卻水，其進出口溫度分別為40℃和50℃，平均比熱Cp水= kJ/(kg℃)，基于傳熱管外表面積的總傳熱系數(shù)Ko=2000 W/(m2℃)，設其值恒定，忽略熱損失。試求： （1）冷卻水用量； （2）分別計算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及所需管長。 某廠一單管程單殼程列管換熱器，列管規(guī)格為Φ25 mm，管長6 m，管數(shù)501根，管程走熱氣體，流量為5000 kg/h， kJ/(kg℃)，進口溫度500 ℃；殼程走冷氣體，流量為4000 kg/h， kJ/(kg℃)，進口溫度30 ℃。 （1）逆流操作時，測得熱氣體的出口溫度為200 ℃，求總傳熱系數(shù)K為多少W/（m2℃）； （2）如采用并流操作，熱氣體的出口溫度有無可能降為200 ℃？為什么？ 在一列管換熱器內(nèi)，用110 ℃的飽和水蒸汽加熱管內(nèi)的湍流流動的空氣，使其從30 ℃升至45 ℃，若將空氣的流量增加一倍而入口溫度不變，試求加熱蒸汽量為原用量的倍數(shù)。忽略管壁熱阻、垢層熱阻和熱損失，并忽略因空氣出口溫度變化所引起的物性變化。 用120℃的飽和水蒸汽將流量為36 m3/h的某稀溶液在雙程列管換熱器中從80 ℃ 加熱至95 ℃。若每程有直徑為Φ25 mm的管子30根，且以管外表面積為基準的傳熱系數(shù)K=2800 W/(m2℃)。蒸汽側污垢熱阻和管壁熱阻可忽略不計，試求： （1）換熱器所需的管長； （2）當操作一年后，由于污垢累積， m2℃/W，若維持溶液的原流量及進口溫度不變，其出口溫度為多少？又若必須保證溶液原出口溫度，可以采取什么措施？ 注：溶液的密度及比熱與水近似：ρ=1000 kg/m3 ；Cp= kJ/(kg℃) 用一傳熱面積為3 m2，由