[理学]第04章热量传递.ppt

液体的导热系数 以列管式换热器为例计算平均温差 【例4-1】 某平壁厚度b=0.37m，内表面温度t1=1650℃，外表面温度t2=300℃，平壁材料导热系数λ=0.815+0.00076t，W/（m·℃）。试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。 解： 导热系数按常量计算 平壁的平均温度 ℃ 平壁材料的平均导热系数 W/（m·℃） 导热热通量为： W/m2 设壁厚x处的温度为t，则由式4-6可得 故 上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。 【例4-2】 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？ 【例4-6】 热空气在冷却管管外流过，α2=90W/（m2·℃），冷却水在管内流过， α1=1000W/（m2·℃）。冷却管外径do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m·℃）。试求：①总传热系数Ko；②管外对流传热系数α2增加一倍，总传热系数有何变化？③管内对流传热系数α1增加一倍，总传热系数有何变化？ 解： ①由式4-70可知 80.8W/（m2·℃） 可见管壁热阻很小，通常可以忽略不计。 ② 传热系数增加了82.4%。 ③ 【例4-7】 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh=230W/（m2·K），水的对流传热系数αc=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。 作业： 1、一废热锅炉，由?25×2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227℃，管内走合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧?i=300W/m2·K，水侧?o=10000W/m2·K，钢的导热系数为45W/m·K，若忽略污垢热阻，试求： (1)以内壁面为基准的总传热系数Ki; (2)单位面积上的热负荷q(W/m2); (3)管内壁温度TW及管外壁温度Ti; (4)试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达500℃左右仍可使用钢管做换热管。 2、流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由150℃降至80℃；壳程冷却用水，进口温度为15℃，出口温度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为1.02kJ/kg·℃，水的比热为4.17kJ/kg·℃，不计温度变化对比热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4）此时的冷却水用量为多少？ 3、在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（?水?空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 第五节 换热器 一、换热器的分类与结构形式 按用途分 按交换方式分 加热器、预热器、过热器、蒸发器、再沸器、冷却器、冷凝器 间壁式 直接接触式 蓄热式 第五节 换热器 二、管式换热器 蛇管式换热器 列管式换热器 套管式换热器 第五节 换热器 三、板式换热器 夹套式换热器 平板式换热器 （1）增大传热面积 采用小直