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精品
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第 2 章
锅炉钢板壁厚
1
20m m ,其导热系数
1
46.5W/ m K 。若粘附在锅炉内
壁上的水垢层厚度为
2
1mm ,其导热系数
2
1.162W/ m K 。已知锅炉钢板
外表面温度为 t
1
523K ,水垢内表面温度为 t
3
473K ,求锅炉每平方米表面积
的传热速率,并求钢板内表面的温度t
2
。(原题 1)
解:该题为圆筒壁的热传导问题,如果设锅炉的半径为r ,则r
1
r 0.02 ,r r,
2
r
r
0.001 ,根据题意,可以得到r
r
r ,所以S
S
3
1
2
3 m 1
m 2
由圆筒壁的导热速率方程: Q
t t t t
13b b1 n 1
1
3
b b
n b
i 1 2
S S S
i 1 i mi
1 m 1 2 m 2
其中,t
523K
,t
473K ,
46.5W/
m
K
,
1.162W/
m
K
,b
0.02m ,
1
3
1
2
1
b 0.001m , S S S 。
2 m 1 m 2
所以 Q t t 523 473 2 2
q 1 3
bS b
b
1 2
0.02 0.001 W/m
46.5 1.162
3.874W/m
1 2
根据圆筒壁的导热速率方程: Q
t t t t
12b1 n 1
1
2
b
n b
i 1
S S
i 1 i mi
1 m 1
可以得到: t
2
qb
t- 1
1
1
523
3.874 0.002 506.3(K )
46.5
在一φ60×3.5mm 的钢管外包有两层绝热材料,里层为 40mm 的氧化镁粉,平均导热系数 0.07W/ m ℃ ; 外层为 20mm 的石棉层, 平均导热系数0.15W/ m ℃ 。现用热电偶测得管内壁温度为 500℃,最外层表面温度为
80℃。已知钢管的平均导热系数 45W/ m ℃ ,试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。
(原题 2)
解:根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式:
t t
bbbbbbb
b
b
b
b
b
b
b
i
1
2
3
1
2
3
S
S
S
S
r
r
r
i mi
1 m 1
2 m 2
3 m 3
1 m 1
2 m 2
3 m 3
n
t t 2πL t t
1 41 4
1 4
1 4
式 中 : t=500℃ , t=80℃ , r=60/2-3.5=26.5(mm), r=60/2=30(mm) ,
1 4 1 2
r=30+40=70(mm) , r=70+20=90(mm) , b =3.5mm , b =40mm , b =30mm ,
3 4 1 2 3
λ=45W/( m·℃), λ=0.07W/( m·℃),λ=0.15W/( m·℃)。
1 2 3
r r
r 1 2
26.5 30
28.3(mm )
m 1 2 2
r r
r 3 2
70 30
47.2(mm )
m 2 r 70
ln 3 ln
r 30
2
r r
r 3 4
70 90
80(mm )
m 3 2 2
所以每米管长的热损失为:
2πQ t
2π
1 4
L b b b
1 2 3
r r r
1 m 1 2 m 2 3 m 3
2 3.142 3.142
191.6W/m
500 80 W/m
3.5 40 20
45 28.3 0.07 47.2 0.15 80
因为Q
t t
1 n 1
n b
2πL t t
1 4b b b
1 4
t t
2πL 3 4
b
i 1 2 3 3
S r r r r
所以 Q
i 1 i mi
b
1 m 1 2
m 2 3
m 3 3
20
m 3
130.8
t t
3 4 L 2π
3
r
3 m 3
80 191.6
2 3.142 0.15 80
(℃)
3
有一列管式换热器,由 38 根φ25×2.5mm 的无缝钢管组成,苯在管程流动,由 20℃加热到 80℃,苯的流量为 10.2 kg/s,饱和蒸汽在壳程冷凝。试求:(1)管壁对苯的对流传热系数?(2)若苯的流量提高一倍,对流传热系数将有何变 化?(原题 4)
解:(1)苯的定性温度 20 80 50 ℃,此状况下的物性为:
2
0.45mPa s, 860kg /m 3 , c
p
1.80kJ / kg ℃ , 0.14W / m ℃
根据公式 0.023 d
i
d =0.020m,
i
Re 0.8 Pr0.4
u w s
10.2
1.0m /s
ρA
Re du
860 38 0.022
4
0.020 1.0 860 38222 (湍流)
0.45 10 3
C
Pr p
1.80 0.45
0.1
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