【文章內容簡介】 水庫將水打入一水池。水池水面比水庫水面高 50m，兩水面上的壓力均為常壓，要求的流量為90m3/h，輸水管內徑均為 Φ156mm。在閥門全開時，輸水管路的管長和各種局部阻力的當量長度的總和為 1000m，對所使用的離心泵在 Q=65～ 135 m3/h 范圍內屬于高效區(qū)。在高效區(qū)中，泵的性能曲線可以近似地用直線 H=－ 表示，此處 H 為泵的揚程 m， Q 為泵的流量 m3/h。泵的轉速為 2900 r/min，管子摩擦系數 λ=，水的密度 ρ=1000 kg/m3。求： ① 核算一下此泵能否滿足要求？ ② 如泵的效率在 90 m3/h 時可取為 68％，求泵的軸功率。如用閥門進行調 節(jié)，由于閥門關小而損失的功率為多少？ ③ 如將泵的轉速調為 2600 r/min，并輔以閥門調節(jié)使流量達到要求的 90 m3/h，比第（ 2）問的情況節(jié)約能量百分之多少？ 第四章 一、判斷題（正確的劃 √，錯誤的劃 并改正） 1. 傳熱面積相同、材料不同的三層平壁穩(wěn)定熱傳導過程，其中導熱系數 λ1λ3λ2，各層的溫度差為Δt1Δt2Δt3，則各層的熱阻 R1R2R3 。 2. 傳熱面積相同、材料不同的三層平壁穩(wěn)定熱傳導過程，其中厚度 b3b1b2，熱阻 R1R2R3, 則三層的 溫度差為 Δt1Δt2Δt3。 3. 導熱系數及對流傳熱系數均為流體的物性參數。 4. 現(xiàn)有比重為 、 的兩種玻璃棉用作保溫材料。從利于保溫考慮，最好選用比重為 的玻璃棉。 5. 水在管內作湍流流動。若使流速提高至原來的 2 倍，則其對流傳熱系數約為原來的 3 倍。 6. 一般工程材料，其輻射能力愈大，則其吸收輻射的能力愈小。 7. 欲提高總傳熱系數 K 值，關鍵在于提高熱阻較小一側的 ? 。 二、填空題 1. 單層圓筒壁熱阻的表達式為 ______。 2. 平壁穩(wěn)定傳熱過程，通過三層厚度相同的不同材料，每層間溫度變化如圖所示，則可判斷各層導熱系數 ? 的大小 順序為 ______，以及每層熱阻的大小順序為 ______。 3. 在多層平壁穩(wěn)定熱傳導中，通過各層的熱通量 __。 4. 一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當石棉泥受潮后，其保溫效果應 ____，主要原因是 ______。 5. 對流傳熱的特點是 ______。 6. 在對流傳熱過程中，總熱阻是由 ______那一側的對流傳熱所控制。當兩個對 流傳熱系數相差較大時，要提高總傳熱系數 Ｋ 值，關鍵在于提高 ______。 7. 液體的沸騰曲線分成 ______、 ______、 ______區(qū)，工業(yè)鍋爐的設計是依據 ______。 t1 t2 t3 t4 R3 λ 3 R2 λ 2 R1 λ 1 8. 627℃ 時鋼的黑度為 ，則此溫度下對熱輻射的反射率為 ______；吸收率為 ______；透過率為______；輻射能力為 ______。 9. 影響兩固體表面間輻射傳熱量大小的主要因素有 __， __， __， __。 10. 黑體表面溫度由 40℃加熱到 347K，則輻 射能力增加為原來的 ______倍。 11. 有一套管換熱器，環(huán)隙有 ℃蒸汽冷凝，管內空氣從 20℃被加熱到 50℃，管壁溫度應接近 __ ℃。 12. 如圖所示為間壁式換熱器中冷熱流體穩(wěn)態(tài)傳熱過程的溫度分布曲線，該傳熱過程是由 ______、______及 ______三個 串聯(lián)的傳熱環(huán)節(jié)組成，由圖分析可知： 1 ? ______ 2 ? ；控制熱阻應在 ______側，因此若強化該傳熱過程，應從 ______側 著手。 13. 在相同溫度下，實際物體的吸收率 A 與黑體的吸收率 bA 的 關系為 ______。 A. bAA? B. bAA? C. bAA? D. 不一定 三、計算題 1. 壁爐系用厚 225mm 的耐火磚、厚 120mm 的絕熱磚及厚 225mm 的建筑磚筑成。爐內壁溫度為1200K，外壁溫度為 330K。若各種磚的熱傳導系數分別為 K， W/mK 和 K，求單位面積的熱損失及耐火磚與絕熱磚交界處的溫度。 1 2 t1 t3 t2 2. 有一內徑 50mm 的圓管，壁厚 3mm，包以兩層同心的絕熱層，內層厚 25mm，熱傳導系數為K；外層厚為 40mm，熱傳導系數為 。若管內壁溫度為 550K，外表面溫度為 330K，問每米管長的熱損失速率為多少？ 3. 有一外徑 150mm 的鋼管，為減少熱損失，今在管外包以兩層絕熱層。已知兩種絕熱材料的熱傳導系數之比 212??? ，兩層絕熱層厚度相等皆為 30mm。試問應把哪一種材料包在里層時，管壁熱損失較小。設兩種情況下兩絕熱層的總溫度不變。 4. 苯通過一套管換熱器的環(huán)隙，自 20℃ 升至 80℃ ，該換熱器的內管規(guī)格為 f19mm，外管規(guī)格為 f38mm3mm。苯的質量流量為 1800kg/h。試求苯對內管壁的表面?zhèn)鳠嵯禂怠? 5. 飽和溫度為 100℃ 的水蒸汽在長為 ，外徑為 38mm 的豎直圓管外冷凝。管外壁溫度為 92℃ 。試求每小時蒸汽冷凝量。又若將管子水平放置每小時蒸汽冷凝量又為多少。 6. 用熱電偶測量管內空氣溫度，測得熱電偶溫度為 420℃ ，熱電偶的發(fā)射率為 ，空氣對熱電偶的表面?zhèn)鳠嵯禂禐?35W/m2K，管內壁溫度為 300℃ ，試求空氣溫度。 7. 某一逆流操作的套管換熱器。冷卻水進口溫度 1 30t ? ℃ ， 出口溫度 2 84t ? ℃ ；熱流體進口溫度 1 180T? ℃ ，出口溫度 2 120T? ℃ 。改為并流操作，其他條件均不變，兩流體的進出口溫度分別為多少？ 8. 一列管換熱器，管外用 105Pa 的飽和水蒸汽加熱空氣，使空氣溫度從 20℃ 加熱到 80℃ ，質量流量為 2022kg/h?，F(xiàn)因生產任務變化，如空氣流量增加 50%，進、出口溫度仍維持不變，問在原換熱器中采用什么方法可完成新的生產任務？ 9. 在一逆流換熱器中，將 ，苯的平均比熱取 kJ/kgK。冷 卻水入口溫度 290K，出口溫度 320K。換熱器中采用外徑 25mm，內徑 20mm 的鋼管。水走管程，水和苯的對流傳熱系數分別為 和 kw/m2K ，管壁導熱系數為 45 w/mK，水的比熱為 kJ/kgK。若忽略污垢熱阻，試求所需管子總長。 10. 在一管殼式換熱器中，要求用初溫為 30℃ 的原油來冷卻重油，使重油從 180℃ 冷卻到 120℃ 。重油的流量為 10000 kg/h，比熱為 2177 J/kg℃ ；原油的流量為 14000 kg/h，比熱為 1926 J/kg℃ 。若換熱時 的總傳熱系數 Ko= w/m2℃ ，試問當原油和重油為并流操作時： ① 原油的出口溫度為多少？ ② 所需換熱器的換熱面積為多少？ 11. 今欲設計一臺管殼式換熱器，將流量為每小時 80 噸、溫度為 25℃ 的水，用 kg/cm2 的飽和水蒸汽加熱到 60℃ 。已知水一側的對流傳熱系數為 kw/m2℃ ，蒸汽一側的對流傳熱系數為 116 kw/m2℃ 。管子為壁厚僅 1 mm 的薄壁管。若忽略管壁及污垢熱阻，問： ① 所需換熱面積為多少 m2? ② 單位時間的蒸汽耗量為多少 kg/h? kg/cm2 的飽和水蒸汽的溫度為 120℃ ，冷凝潛熱為 2205 kJ/kg,水的比熱取 kJ/kg℃ 。 12. 在并流換熱器中，用水冷卻油。水的進、出口溫度分別為 15℃ 和 40℃ ，油的進、出口溫度分別為 140℃ 和 95℃ 。現(xiàn)因生產任務要求油的出口溫度降至 80℃ ，設油和水的流量、進口溫度及物性均不變，若原換熱器的管長為 1 m，試求將此換熱器的管長增至多少米 才能滿足要求。設換熱器的熱損失可忽略。 13. 在傳熱面積為 10m2 的管殼式換熱器中，用工業(yè)水集中冷卻車間內各離心泵的軸封冷卻用水，工業(yè)水走管程，進口溫度為 20℃ ；軸封冷卻水走殼程，進口溫度為 70℃ ，采用逆流操作方式。當工業(yè)水流量為 kg/s 時，測得工業(yè)水與軸封冷卻水的出口溫度分別為 40℃ 與 29℃ ；當工業(yè)水流量增加一倍時，測得軸封冷卻水出口溫度為 24℃ 。假設管壁兩側剛經過清洗，試計算： ① 工業(yè)水流量變化前后的總傳熱系數； ② 管程和殼程的對流傳熱系數。 （傳熱管可看作薄壁管，水的比熱可近似取為 kJ/kg℃ ，管內流動已達湍流。） 14. 在壁溫為 38℃ 的房間內，有長 6m，直徑為 的水平管道，管壁溫度為 150℃ ，房間內的空氣溫度為 20℃ ，若管道的黑度為 ,試計算管道通過對流和輻射一共散失多少熱量。已知管道與空氣的對流傳熱系數為 w/m2℃ 。 15. 某廠在單殼程雙管程換熱器中，用 130℃ 的飽和水蒸汽將乙醇水溶液從 25℃ 加熱到 80℃ ，列管換熱器由 90 根 ф25，長 3m 的鋼管所構成，乙醇水溶液處理量為 36000kg/h，并在管內流動。飽和水蒸汽在管間冷凝。已知鋼的導熱系數為 45 W/m℃ ，乙醇水溶液在定性溫度下的密度為880kg/m3，粘度為 （厘泊），比熱為 ℃ ,導熱系數為 W/m℃ ，水蒸汽的冷凝傳熱系數為 10000 W/m2℃ ，在操作條件下，垢層熱阻及熱損失可忽略不計，試確定： ① 此換熱器能否完成生產任務？ ② 當乙醇水溶液處理量 增加 20％，在溶液進口溫度和飽和水蒸汽溫度不變的情況下，仍在原換熱器中加熱乙醇水溶液，則乙醇水溶液的出口溫度變?yōu)槎嗌?？（乙醇水溶液的物性可視為不變? 第五章 一、填空 1. 在管殼式換熱器中，熱流體與冷流體進行換熱。若將殼程由單程改為雙程，則傳熱溫差 ______。 2. 在列管換熱器中，擬用飽和蒸汽加熱空氣，則傳熱管的壁溫接近 ______的溫度；總傳熱系數 Ｋ接近 ______的對流傳熱系數；飽和蒸汽應流經 ______。 3. 將單程列管式換熱器改為雙程的作用是 __，但 這將使 __ 減小， __ 增大。 4. 在一臥式加熱器中，利用水蒸氣冷凝來加熱某種液體，應讓加熱蒸汽在 ___程流動，加熱器頂部設置排氣閥是為了 _。 5. 在設計列管式換熱器中，設置折流擋板，以提高 __程流速，設置隔板以提高 ______程流速，以達到強化傳熱的目的。 6. 在確定列管換熱器冷熱流體的流徑時，一般來說，蒸汽走管 ____ ；易結垢的流體走管 _____ ；高壓流體走管 ____ ；有腐蝕性流體走管 ____ ；粘度大或流量小的流體走管 ______。 二、計算題 1. 一列管換熱器，由 ? 252mm 的 136 根不銹鋼管組成。平均比熱為 ℃ 的某溶液在管內作湍流流動，其流量為 15000kg/h，并由 15℃ 被加熱到 100℃ 。溫度為 110℃ 的飽和水蒸汽在殼方冷凝。已知單管程時管壁對溶液的對流傳熱系數 i? 為 520w/m2℃ ，蒸汽對管壁的對流傳熱系數 o? 為104w/ m2℃ ，不銹鋼管的導熱系數 ?? 17 w/ m℃ ，忽略垢層熱阻和熱損失。試求： ① 管程為單程的列管長度（有效長度，下同）； ② 管程為四程時的列管長度（總管數不變，仍為 136 根）。 2. 某廠用兩臺結構完全相同的單程列管換熱器（由 44 根φ 25 、長 2m 的管子構成），按并聯(lián)方式預熱某種料液。 122℃飽和蒸汽在兩換熱器列管外冷凝，料液以等流量在兩換熱器管內流過。料液的比熱為 kJ/kg℃，密度為 1000 kg/m3，當料液總流量為 103m3/s 時（料液在管內呈湍流流動），料液由 22℃被加熱到 102℃，若蒸汽冷凝給熱膜系數為 8 kW/m2℃，管壁及污垢熱阻均可忽略不計。試問： ① 管內料液對流給熱膜系數為多少？ ② 料液總流量與加熱條件不變，將兩臺換熱器由并聯(lián)改為串聯(lián)使用，料液能否由 22℃加熱到 112℃ ? ③ 兩臺換熱器由并聯(lián)改為串聯(lián)后，在料液總流量不變情況下，流經列管的壓力降將增加多少倍