【正文】 )，已知耐火磚內(nèi)側(cè)為1000℃，普通磚外壁溫度為35℃。試問(wèn)絕熱磚厚度至少為多少才能保證絕熱磚內(nèi)側(cè)溫度不超過(guò)940℃，普通磚內(nèi)側(cè)不超過(guò)138℃。解： （a）將t2=940℃代入上式，可解得b2= (b)將t3=138186。C 解得b2=將b2=(a)式解得：t2=℃6. mm的不銹鋼管，其材料熱導(dǎo)率為21W/mK；管外包厚40mm的石棉，(mK)。若管內(nèi)壁溫度為330℃，保溫層外壁溫度為105℃，試計(jì)算每米管長(zhǎng)的熱損失；解：這是通過(guò)兩層圓筒壁的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，各層的半徑如下, 每米管長(zhǎng)的熱損失：W/m7. 蒸汽管道外包有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同的絕熱層，設(shè)外層的對(duì)數(shù)平均直徑為內(nèi)層的2倍。其導(dǎo)熱系數(shù)也為內(nèi)層的兩倍。若將二層材料互換位置，假定其它條件不變，試問(wèn)每米管長(zhǎng)的熱損失將變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍？說(shuō)明在本題情況下，哪一種材料放在內(nèi)層較為適合?解： 因?yàn)?，所以位置互換前，，則每米管長(zhǎng)的熱損失位置互換后，，每米管長(zhǎng)熱損失q′故位置互換前，即導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在內(nèi)層時(shí)，會(huì)取得較好的保溫效果。8 常壓下溫度為20℃的空氣以60m3/h的流量流過(guò)直徑為f57180。、長(zhǎng)度為3m的換熱管內(nèi)，被加熱升溫至80℃，試求管內(nèi)壁對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。解：空氣的定性溫度：℃。在此溫度查得空氣的物性數(shù)據(jù)如下：， m/sl/d=3/=60W/m2K9. 96%的硫酸在套管換熱器中從90℃冷卻至30℃。硫酸在直徑為f2長(zhǎng)度為3m的內(nèi)管中流過(guò)，流率為800kg／h。試求硫酸對(duì)管壁的傳熱膜系數(shù)。已知硫酸在定性溫度下的物性如下：， 解：ｍ/s　　　　?。▽恿鳎┯捎诠茏雍芗?xì)，液體黏度較大，故可忽略自然對(duì)流的影響，a可用下式計(jì)算：W/m2K10. 98％。 硫酸的平均溫度為70℃，換熱器內(nèi)管直徑為φ25，外管直徑是φ513mm。試求：硫酸的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知定性溫度下硫酸的物性為： ， ；壁溫60℃下硫酸黏度cP解：以d1及d2分別代表內(nèi)管外徑和外管內(nèi)徑，則當(dāng)量直徑de為m （過(guò)渡區(qū)）湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)：W/m2K校正系數(shù)：過(guò)渡區(qū)時(shí)對(duì)流傳熱膜系數(shù)：W/m2K11 水在一定流量下流過(guò)某套管換熱器的內(nèi)管，溫度可從20℃升至80℃，此時(shí)測(cè)得其對(duì)流傳熱系數(shù)為1000W/(m2K)。試求同樣體積流量的苯通過(guò)換熱器內(nèi)管時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)為多少？已知兩種情況下流動(dòng)皆為湍流，苯進(jìn)、出口的平均溫度為60℃。解： 由查得水物性：，。查得時(shí)，苯的物性：，，12 150℃的飽和水蒸汽在一根外徑為100mm、已知管外壁溫度為110℃。分別求該管垂直和水平放置時(shí)的蒸汽冷凝傳熱系數(shù)。解：（1）假定冷凝液為層流流動(dòng)，則膜溫為（150+110）/2=130℃，此溫度下水的物性為：r=；m=s；l=(mK)150℃時(shí)水的相變焓為：r=2119kJ/kg。所以校核冷凝液膜的流動(dòng)是否為層流。冷凝液膜流動(dòng)雷諾數(shù)計(jì)算如下：將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式可得：層流假定成立，以上計(jì)算有效。（2）當(dāng)管水平放置時(shí)，直接用如下公式計(jì)算蒸汽冷凝傳熱系數(shù)：W/m2K13. 豎直放置的蒸汽管，管外徑為l00mm。若管外壁溫度110℃，周圍空氣溫度為30℃，試計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)散失于周圍空氣中的熱量。解：定性溫度℃下，空氣的物理性質(zhì)為：cP＝（kg℃），λ＝（ｍ℃），μ＝105Pas，ρ＝體積膨脹系數(shù) 格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)普朗特準(zhǔn)數(shù) 則 W/m2℃Q=aAΔt=π（11030）= 14 ℃冷卻至40℃。冷卻水進(jìn)口溫度為25℃，其出口溫度選定為35℃。試求冷卻水的用量。解：苯的平均溫度為60℃，查得該溫度下其比熱為：℃水的平均溫度為30℃，查得該溫度下其比熱為：℃熱平衡方程：冷卻水用量：kg/s=8021kg/h15 流量為10000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的空氣在換熱器中被飽和水蒸汽從20℃加熱至60℃，所用水蒸汽的壓強(qiáng)為400kPa（絕壓）。若設(shè)備熱損失為該換熱器熱負(fù)荷的6%，試求該換熱器的熱負(fù)荷及加熱蒸汽用量。解：查得空氣在平均溫度40℃下的比熱容為：cp2=℃。400kP下水的相變焓為2138kJ/kg?？諝獾馁|(zhì)量流量：kg/h熱負(fù)荷：kW考慮熱損失的熱平衡方程：加熱蒸汽用量：16 在一套管換熱器中用飽和水蒸汽加熱某溶液。水蒸汽通入環(huán)隙，其對(duì)流傳熱系數(shù)為10000 W/m2℃；溶液在f25180。，其對(duì)流傳熱系數(shù)為800 W/m2℃。180。103 m2℃/W，管外污垢熱阻和管壁忽略不計(jì)。試求該換熱器以換熱管的外表面為基準(zhǔn)的總熱系數(shù)及各部分熱阻在總熱阻中所占的百分?jǐn)?shù)。解：m2℃/WK= W/m2℃蒸汽側(cè)熱阻/總熱阻=溶液側(cè)污垢熱阻/總熱阻=管內(nèi)污垢熱阻/總熱阻=17. 以三種不同的水流速度對(duì)某臺(tái)列管式換熱器進(jìn)行試驗(yàn)。第一次試驗(yàn)在新購(gòu)進(jìn)時(shí)進(jìn)行；第二次試驗(yàn)在使用了一段時(shí)間之后進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)水在管內(nèi)流動(dòng)，且為湍流，管外為飽和水蒸氣冷凝。管子直徑為f25，其材料導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/（m℃）。兩次試驗(yàn)結(jié)果如下實(shí)驗(yàn)次數(shù)第一次第二次水流速度(m/s)總傳熱系數(shù)(W/m2K)211526601770試計(jì)算： （1）第一次試驗(yàn)中蒸汽冷凝傳熱系數(shù)； （2）第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)水側(cè)的污垢熱阻（蒸汽側(cè)污垢熱阻忽略不計(jì)）。解：第一次試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有污垢生成，則可用下面方法求得蒸汽冷凝的傳熱系數(shù)a1（、）。 （a） （b）在兩次試驗(yàn)中管壁熱阻及a1相同，上二式相減得： 解得：m2℃/W (c)因?yàn)樗诠軆?nèi)是湍流，所以與存在如下關(guān)系 (d)式(c)與(d)聯(lián)立求解可得：W/（m2℃），W/（m2℃）由式(a)：m2℃/WW/（m2℃）（2），兩次試驗(yàn)中總傳熱系數(shù)不同是由于在管壁表面上產(chǎn)生污垢。第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)：水側(cè)污垢熱阻：m2℃/W18 在一石油熱裂裝置中，所得熱裂物的溫度為300℃。今擬設(shè)計(jì)一列管式換熱器，用來(lái)將熱石油由25℃預(yù)熱到180℃，要求熱裂物的終溫低于200℃，試分別計(jì)算熱裂物與石油在換熱器中采用逆流與并流時(shí)的平均溫差。解：在逆流時(shí)：℃在并流時(shí)：℃19 擬在列管式換熱器中用初溫為20℃／s的溶液（／kg℃、密度為850kg／m3）由80℃冷卻到30℃。換熱直徑為f25。水走管程、溶液走殼程，兩流體逆流流動(dòng)。／(m2℃)／(m2℃)，污垢熱阻和管壁熱阻可忽略。若水的出口溫度不能高于50℃，試求換熱器的傳熱面積。解：熱負(fù)荷： W平均傳熱溫差：℃總傳熱系數(shù)：m2℃/W解得：K=(m2℃)由總傳熱速率方程可得：m220 在列管式換熱器中用水冷卻油，并流操作。水的進(jìn)、出口溫度分別為15℃和40℃，油的進(jìn)、出口溫度分別為150℃和100℃?，F(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口溫度降至80℃，假設(shè)油和水的流量、進(jìn)口溫度及物性均不變，原換熱器的管長(zhǎng)為lm，試求在換熱管根數(shù)不變的條件下其長(zhǎng)度增至多少才能滿足要求。設(shè)換熱器的熱損失可忽略。解：原工況：℃新工況：熱容流率比與原工況相同，即，可得℃℃熱負(fù)荷之比：換熱管長(zhǎng)之比：（總傳熱系數(shù)相同）21 一列管冷凝器，換熱管規(guī)格為25。，其溫度由20℃升至40℃。流量為4600kg/h、溫度為75℃的飽和有機(jī)蒸汽在殼程冷凝為同溫度的液體后排出，冷凝潛熱為310kJ/kg。已知蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為820 W/ m2℃，K/W。蒸汽側(cè)污垢熱阻和管壁熱阻忽略不計(jì)。試核算該換熱器中換熱管的總根數(shù)及管程數(shù)。解：定性溫度下水的物性如下：cp2=K，r2=，l2=K，m2=103Pas冷凝放熱量則冷卻水用量每程的管數(shù)可由水的總流量和每管中水的流速求出：，取為ni=24根每管程的傳熱面積為： W/ m2℃；W/ m2℃℃ m2管程數(shù) 取管程數(shù)N=4 總管數(shù)：n=N ni=96根22 在某四管程的列管式換熱器中，采用120℃的飽和水蒸汽加熱初溫為20℃的某種溶液。溶液走管程，流量為70000kg/h，在定性溫度下其物性為：103Pas，K，K。溶液側(cè)污垢熱阻估計(jì)為6104 m2℃/ W，蒸汽冷傳熱系數(shù)為10000 W/m2℃，管壁熱阻忽略不計(jì)。換熱器的有關(guān)數(shù)據(jù)為：換熱管直徑，管數(shù)120，換熱管長(zhǎng)6米。試求溶液的出口溫度。解：四管程，每一程的流通截面積：溶液在管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)：普朗特準(zhǔn)數(shù)：管程對(duì)流傳熱系數(shù)：W/m2K總傳熱系數(shù)m2℃/ WW/m2K總傳熱面積：飽和蒸汽加熱，由式（322）：即 解得：℃23 有一逆流操作的列管換熱器，殼程熱流體為空氣，其對(duì)流傳熱系數(shù)W/(m2K)；冷卻水走管內(nèi)，其對(duì)流傳熱系數(shù)W/(m2K)。已測(cè)得冷、熱流體的進(jìn)、出口溫度為：℃、℃、℃、℃。忽略管壁及污垢熱阻。其它條件不變，當(dāng)空氣流量增加一倍時(shí)，求水和空氣的出口溫度和，并求現(xiàn)傳熱速率Q’比原傳熱速率Q增加的倍數(shù)。解：在原工況中 W/ (m2℃)當(dāng)空氣流量加倍時(shí)，由上面的結(jié)果可知：其中 W/ (m2℃)。于是 ，原工況中 所以 新工況下的熱量衡算： 以上兩線性方程聯(lián)立求解可得：℃；℃24 兩平行的大平板相距8mm，溫度為420K；，溫度為300K，試計(jì)算兩板之間的輻射傳熱熱通量。解：這屬于表39中所列的第一種情況，故：，而W/m225 試計(jì)算一外徑為48mm，長(zhǎng)為12m的氧化鋼管，其外壁溫度為300℃時(shí)的輻射熱損失。若將此管放置于：（1）空間很大的的廠房?jī)?nèi)，其刷有石灰粉的墻壁溫度為27℃，；（2）截面為200180。200mm的紅磚砌成的通道中，通道壁面的溫度為27℃。解：。以下計(jì)算中，變量下標(biāo)1指氧化鋼管，下標(biāo)2指石灰粉刷壁或紅磚。 （1）這屬于很大的物體2包括物體1，故： A=A1；總輻射系數(shù)；=（2）此尺寸紅磚墻包圍鋼管，前者的面積既不很大，它也不是恰好包住，這屬于表39中所列的第5種情況。故：A=A1；；而=第四章 蒸發(fā)第四章 蒸發(fā)用一單效蒸發(fā)器將2500kg/h的NaOH水溶液由10%濃縮到25%（均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），已知加熱蒸氣壓力為450kPa，,溶液的沸點(diǎn)為115℃，(kg℃)，熱損失為20kW。試計(jì)算以下兩種情況下所需加熱蒸汽消耗量和單位蒸汽消耗量。（１）進(jìn)料溫度為25℃；（2）沸點(diǎn)進(jìn)料。解：（1） 求水蒸發(fā)量W應(yīng)用式（41）（2）求加熱蒸汽消耗量應(yīng)用式（44）由書(shū)附錄查得450kPa和115℃則進(jìn)料溫度為25℃時(shí)的蒸汽消耗量為：?jiǎn)挝徽羝牧坑墒剑?5a）計(jì)算，則 原料液溫度為115℃時(shí)單位蒸汽消耗量 由以上計(jì)算結(jié)果可知，原料液的溫度愈高，蒸發(fā)1 kg水所消耗的加熱蒸汽量愈少。試計(jì)算30%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，的NaOH水溶液在60 kPa（絕）壓力下的沸點(diǎn)。解： T‘查 ℃，汽化潛熱為2652kJ/kg由式（49） 可求其中 f由式（410）求得，即 查附錄 為160℃則 =160100=60℃ ℃即 ℃在一常壓?jiǎn)涡д舭l(fā)器中濃縮CaCl2水溶液，％（質(zhì)分?jǐn)?shù)），密度為1300kg/m3，（表壓）飽和蒸汽加熱，求傳熱的有效溫差。解：確定溶液的沸點(diǎn)t1 (1)計(jì)算查附錄 p=, T‘=100℃,r’= kJ/kg查附錄 常壓下35%的CaCl2水溶液的沸點(diǎn)近似為℃ ℃(2)計(jì)算 查附錄 當(dāng)pav=180。103kPa時(shí),對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度 Tpav=℃ ℃(3)取℃(4)溶液的沸點(diǎn) ℃則傳熱的有效溫度差為：（表壓）飽和蒸汽的飽和蒸汽溫度 T=℃℃４、用一雙效并流蒸發(fā)器將10%（質(zhì)量％，下同）的NaOH水溶液濃縮到45%，已知原料液量為5000kg/h，沸點(diǎn)進(jìn)料。加熱蒸汽用蒸氣壓力為500 kPa（絕），各效傳熱面積相等，已知一、二效傳熱系數(shù)分別為K1=2000 W/(m2K)，K２=1200 W/(m2K)，若不考慮各種溫度差損失和熱量損失，且無(wú)額外蒸汽引出，試求每效的傳熱面積。解：（1）總蒸發(fā)量由式（424）求得 （2）設(shè)各效蒸發(fā)量的初值，當(dāng)兩效并流操作時(shí) 又 再由式（425）求得 （3）假定各效壓力，求各效溶液沸點(diǎn)。按各效等壓降原則，即各效的壓差為： kPa故 p1== kPa p3=查第一效p1= kPa下飽和水蒸氣的飽和蒸汽溫度 T1=℃，其r1= kJ/kg查第二效p2= kPa下飽和水蒸氣的飽和蒸汽溫度 T2=℃，其r2= kJ/kg查加熱蒸汽p=500kPa下, 飽和溫度T=℃,r= kJ/kg（4）求各效的傳熱面積，由式（433）得因不考慮各種溫度差損失和熱損失，且無(wú)額外蒸汽引出，故加熱蒸汽消耗 m2m2(5) 校核第1次計(jì)算結(jié)果，由于A1≠A2 ，重新計(jì)算。1）A1=A2=A調(diào)整后的各效推動(dòng)力為： 將上式與式（4—34）比較可得 =且 經(jīng)處理可得： m2則 ℃，℃2）重新調(diào)整壓降 ，則 ℃其對(duì)應(yīng)的飽和壓力=,其第四章 蒸發(fā)第四章 蒸發(fā)用一單效蒸發(fā)器將2500kg/h的NaOH水溶液由10%濃縮到25%（均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），已知加熱蒸氣壓力為450kPa，,溶液的沸點(diǎn)為115℃，(kg℃)，熱損失為20kW。試計(jì)算以下兩種情況下所需加熱蒸汽消耗量和單位蒸汽消耗量。（１）進(jìn)料溫度為25℃；（2）沸點(diǎn)進(jìn)料。解：（1） 求水蒸發(fā)量W應(yīng)用式（41）（2）求加熱蒸汽消耗量應(yīng)用式（44）由書(shū)附錄查得450kPa和115℃則進(jìn)料溫度為25℃時(shí)的蒸汽消耗量為：?jiǎn)挝徽羝牧坑墒剑?5a）計(jì)算，則 原料液溫度為115℃時(shí)單位蒸汽消耗量 由以上計(jì)算結(jié)果可知，原料液的溫度愈高，蒸發(fā)1 kg水所消耗的加熱蒸汽量愈少。試計(jì)算30%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，的NaOH水溶液在60 kPa（絕）壓力下的沸點(diǎn)。解： T‘查 ℃，汽化潛熱為2652kJ/kg由式（49） 可求其中 f由式（410）求得，即 查附錄 為160℃則 =160100=60℃ ℃即 ℃在一常壓?jiǎn)涡д舭l(fā)器中濃縮CaCl2水溶液，％（質(zhì)分?jǐn)?shù)），密度為1300kg/m3，（表壓）飽和蒸汽加熱，求傳熱的有效溫差。解：確定溶液的沸點(diǎn)t1 (1)計(jì)算查附錄 p=, T‘=100℃,r’= kJ/kg查附錄 常壓下35%的CaCl2水溶液的沸點(diǎn)近似為℃ ℃(2)計(jì)算 查附錄 當(dāng)pav=180。103kPa時(shí),對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度 Tpav=℃ ℃(3)取℃(4)溶液的沸點(diǎn) ℃則傳熱的有效溫度差為：（表壓）飽和蒸汽的飽和蒸汽溫度 T=℃℃４、用一雙效并流蒸發(fā)器將10%（質(zhì)量％，下同）的NaOH水溶液濃縮到45%，已知原料液量為5000kg/h，沸點(diǎn)進(jìn)料。加熱蒸汽用蒸氣壓力為500 kPa（絕），各效傳熱面積相等，已知一、二效傳熱系數(shù)分別為K1=2000 W/(m2K)，K２=1200 W/(m2K)，若不考慮各種溫度差損失和熱量損失，且無(wú)額外蒸汽引出，試求每效的傳熱面積。解：（1）總蒸發(fā)量由式（424）求得 （2）設(shè)各效蒸發(fā)量的初值，當(dāng)兩效并流操作時(shí) 又 再由式（425）求得 （3）假定各效壓力，求各效溶液沸點(diǎn)。按各效等壓降原則，即各效的壓差為： kPa故 p1== kPa 1