14-化学工程基础-2013-4-26-2003(习题讲解).ppt

第二章习题讲解 2-7：在?57×2.5 mm的蒸汽管（ 管材的λ = 45 W/(m ? K)）的外壁包一层25 mm厚，热导率λ2 = 0.2 W/(m ? K)的石棉层。蒸气管的内壁温度为175℃，石棉层外表面温度为50℃。试求每米蒸气管单位时间所损失的热量。欲在石棉层外再加一层热导率为0.07 W/(m ? K)的氧化镁保温材料，使热损失为原来的一半，设总温度差保持不变，试问此保温材料应多厚? r1 r2 r3 t1 t2 已知：λ1 = 45 W/m·℃；λ2 = 0.2 W/m·℃ ； λ3 = 0.07 W/m·℃；t1 = 175℃；t2 = 50℃ r1 = (0.057 ? 0.006)/2 = 0.0255 m r2 = 0.057/2 = 0. 0285 m r3 = 0.0285 + 0.025 = 0.0535 m 解：每米管长的热损失： r1 r2 r3 r4 t1 t2 总温度差t1?t2不变，热损失减半： r1 r2 r3 r4 t1 t2 2-12：列管式换热器，由60根?23×1.5 mm的钢管组成，水在管内流速为1 m/s，冷水进、出口温度各为20℃及46℃，管长2 m。试求： （1）管壁对水的传热膜系数； （2）管内壁温度； （3）如将总管数改为50根，管长增加到2 m以上，但保持传热面积和冷却水量不变，求此时传热膜系数并与原传热膜系数比较。 解：（1）水的定性温度：tm = (20 + 40)/2 = 33℃ 查表得33℃时水的物性参数： ρ = 994.7 kg/m3，λ = 0.6225 W/(m ? K)， Cp= 4.174 kJ/(kg ? K)，μ = 75.73×10-5 Pa ? s；Pr = 5.09 已知：di = 23-1.5×2 = 20 mm = 0.02 m; u = 1 m/s Re = diuρ / μ = 0.02×1×994.7 / 59.73×10-5 = 2.627×104 104 （湍流） 0.7 Pr = 3.54 160 L/di = 2/0.02 = 100 50 μ = 75.73×10-5 Pa.s 2.0×10-3 Pa ? s 流体被加热，取 n = 0.4 α = 0.023 × (0.6225 / 0.02)×(2.627×104 )0.8×5.090.4 = 4711 W/(m2 ? K) （2）由热量衡算：αA(tw-tm) = qm·cp·Δt tw = tm + qm·cp·Δt/αA = tm + qm·cp·Δt/απdL qm = ρuA’ = ρuπd2/4 tw = tm + ρuπd2cpΔt/4απdL= tm + ρudcpΔt/4αL = 33 + [994.7 ×1 ×0.02 ×4.174 ×103 ×(46?20)/4 ×4711 ×2] = 90.3℃ （3）冷却水量不变 qm = qm’，即： uA = u’ A’ (u’ /u) = (A / A’ ) = (nπr2 / n’πr2) = (n / n’) = 60/50 =1.2 ? / ?’ = (u / u’ )0.8 ?’ = ? (u’ /u)0.8 = 4711 × 1.20.8 = 5451 W/(m2 ? K) 2-20： 0.2 MPa的饱和水蒸气在一列管式换热器的管间冷凝，以预热水。水在?25×2.5 mm的钢管内以0.6 m/s的速度流过，进口温度为20℃，至出口加热到80℃。取水蒸气冷凝传热系数为10 000 W/(m2 ? K)，水侧污垢热阻为0.6×10-3 (m2 ? K)/W，忽略管壁热阻，试求： （1）传热系数K； （2）操作1年后，由于水垢积累，换热能力下降，如果水量不变，进口温度仍为20℃，其出口温度水温仅升至70℃，求此时的传热系数和污垢热阻。 解：（1）水的定性温度：tm = (80 + 20)/2 = 50℃ 查表得50℃时水的物性参数： ρ = 988.1 kg/m3，λ = 0.6478 W/(m ? K)， Cp= 4.174 kJ/(kg ? K)，μ = 54.94×10-5 Pa ? s；Pr = 3.54 已知：di = 25-2.5×2 = 20 mm = 0.02 m; u = 0.6 m/s