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第五章 传热过程基础
1.用平板法测定固体的导热系数,在平板一侧用电热器加热,另一侧用冷却器冷却,同时在板两侧用热电偶测量其表面温度,若所测固体的表面积为0.02 m2,厚度为0.02 m,实验测得电流表读数为0.5 A,伏特表读数为100 V,两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃,试求该材料的导热系数。
解:传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热(导热)速率相等,即
式中
将上述数据代入,可得
2.某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成,操作稳定后,测得炉的内表面温度为1500 ℃,外表面温度为100 ℃,试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为,绝缘砖的导热系数为,。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。
解:此为两层平壁的热传导问题,稳态导热时,通过各层平壁截面的传热速率相等,即
(5-32)
或 (5-32a)
式中
代入λ1、λ2得
解之得
则
3.外径为159 mm的钢管,其外依次包扎A、B两层保温材料,A层保温材料的厚度为50 mm,导热系数为0.1 W /(m·℃),B层保温材料的厚度为100 mm,导热系数为1.0 W /(m·℃),设A的内层温度和B的外层温度分别为170 ℃和40 ℃,试求每米管长的热损失;若将两层材料互换并假设温度不变,每米管长的热损失又为多少?
解:
A、B两层互换位置后,热损失为
4.直径为mm的钢管用40 mm厚的软木包扎,其外又包扎100 mm厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为℃,绝热层外表面温度为10 ℃。软木和保温灰的导热系数分别为℃)和℃),试求每米管长的冷损失量。
解:此为两层圆筒壁的热传导问题,则
5.在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为Φ25 mm×2.5 mm的钢管,其导热系数为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动,其对流传热系数为2 600 W/(m2·℃),热空气在壳程流动,其对流传热系数为52 W/(m2·℃)。试求基于管外表面积的总传热系数,以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。
解:由
??得钢的导热系数
mm mm
壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为
管程对流传热热阻占总热阻的百分数为
管壁热阻占总热阻的百分数为
6.在一传热面积为40 m2的平板式换热器中,用水冷却某种溶液,两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h,其温度由22 ℃升高到36 ℃。溶液温度由115 ℃降至55 ℃。若换热器清洗后,在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下,冷却水的出口温度升至40 ℃,试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设:(1)两种情况下,冷、热流体的物性可视为不变,水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃);(2)两种情况下,分别相同;(3)忽略壁面热阻和热损失。 解:求清洗前总传热系数K
求清洗后传热系数
由热量衡算
清洗前两侧的总传热热阻
7.在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中,用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h,其温度由25 ℃升至38 ℃,平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机溶液的温度由110 ℃降至65 ℃,平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略,试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。
解: kJ/(kg·℃)
求
有机物 110 → 65
水 38 ← 25
————————————————
72 40
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