传热计算(课堂版).doc

1、某蒸汽管外包有两层厚度相等的绝热材料，已知第二层的平均直径相当于第一层的平均直径的两倍，而第二层的导热系数为第一层的二分之一。如将两层材料的位置调换，则每米管长的热损失将如何变化？（不计钢管热阻,并设两层材料对换位置后,外侧壁温相同,均为t3 ） 解：由多层圆筒导热关系, ｑl=（t1－t3）/（ln（r2/r1）/（2πλ1）＋ln（r3/r2）/（2πλ2）） ｑl’=（t1－t3）/（ln（r2/r1）/（2πλ2）＋ln（r3/r2）/（2πλ1）） 按题意：rm2=2rm1和 λ2=（1/2）λ1 ……① 故由 rm2=（r3－r2）／ln（r3／r2）=2rm1=2×（r2－r1）／ln（r2／r1） 而 r3－r2=r2－r1，故 ln（r2／r1）=2ln（r3／r2） ……② 由①、②代入下式： ql/ql’=(ln(r2/r1)/ 2πλ1)＋ln(r3/r2)/(2πλ2))/(ln(r2/r1)/(2πλ2)＋ln(r3/r2)/(2πλ1))=4/5，即对换后，热损失减少20%一单壳程单管程列管换热器，由多根φ25mm×2.5mm的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m/s，流量为15000kg/h，比热为1.76kJ/（kg·K），密度为858kg/m3，温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/（m2·K）和10000 W/（m2·K）。钢的导热系数为45 W/（m·K）。垢层热阻忽略不计。求：（1）总传热系数；（2）管子根数及管长；解：（1）Q=WCp△t=15×103×1.76×103×（50－20）/3600=2.20×105 △tm=[(130－20+(130－50]/2=95℃ 以外表面为基准的传热系数： Ko=1/[1/10000＋0.0025×0.025)/(45×0.0225)＋0.025/700×0.02)]=513w/（m2·K） （2）V=W/ρ=15×103/(3600×858)=0.0049m3/s S=V/u=0.0049/0.5=9.8×10-3m2 S截=πd2n / 4 n=4S截 /（πd2）=4×0.0098/（3.14×0.022）=31根 o=Q/（Ko·△tm）=220000/（513×95）=4.5m2 o=nπdol l= So/（nπdo）=4.5/（31×3.14×0.025）=1.85m 取2m （3）因管程流速小，α也小，故应强化管程，可改为双管程。 某厂只能用120℃饱和水蒸汽， 通过φ25×2.5mm，长3m的单管程列管式换热器，将列管内的17.2m3/h水溶液从 20℃加到 75℃，冷凝水于饱和温度下排出。 已知管侧水溶液αi＝2500W/m2.℃，壳侧蒸汽α0＝10000W/m2.℃，溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？水溶液密度ρ=1050kg/m3,比热为4.17kJ/kg.℃。热损失及管壁、垢层热阻均可忽略。检修时发现该换热器有三根管子已坏, 拟将坏管堵塞再继续使用, 试问此方案是否可行?（通过计算或推导说明）。解：Q＝W·Cp·Δt＝17.2×1050/3600×4.17×103×(7520) =1151kW K0＝1/（25/(2500×20) + 1/10000）＝1666.67W/m2.℃ Δtm =(100-45)/ln(100/45)= 68.88 ℃ A0=1151×103/(1666.67×68.88)= 10.02m2 n＝10.02/(π×0.025×3 )= 42.55 ≈43 [根] αi=(n/n)0.8αi =(43/40) 0.8×2500 = 2650 W/m2.℃ K＝1/（1.25/2650 +1/10000）＝1750 W/m2.℃ A＝π×0.025×3×40≈9.425 m2 Q＝KAΔtm =1750×9.425×68.88= 1136kW 由于 Q ＜ Q，故不能完成换热任务。 拟设计由φ25×2mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。平均比热为 4187J/kg.℃ 的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由15℃加热到100℃。温度为 110℃ 的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数为 520W/m2℃, 蒸汽冷凝时的对流传热系数为1.16×104W/m2℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m.℃, 忽略污