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第2章
1.锅炉钢板壁厚?1?20mm,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t1?523K,水垢内表面温度为t3?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t2。(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r1?r?0.02,r2?r,
r3?r?0.001,根据题意,可以得到r1?r2?r3,所以Sm1?Sm2
由圆筒壁的导热速率方程:Q?t1?tn?1t1?t3? nb1b2bi???1Sm1?2Sm2i?1?iSmit3?473K,t1?523K,?1?46.5W/?m?K?,?2?1.162W/?m?K?,b1?0.02m,其中,
b2?0.001m,Sm1?Sm2?S。
所以q?Qt?t523?473?13?W/m2?3.874W/m2
0.020.001Sb1?b2??1?246.51.162t1?tn?1t1?t2? nb1bi??1Sm1i?1?iSmi根据圆筒壁的导热速率方程:Q?可以得到:t2?t1-
qb1?1?523?3.874?0.002?506.3(K)
46.52.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
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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:
Q?t1?tn?1t1?t4t1?t4 ??2πLnb3b3b1b2b1b2bi??????S?S?S?r?r?3rm3i?1?iSmi1m12m23m31m12m2式中:t1=500℃,t4=80℃,r1=60/2-3.5=26.5(mm),r2=60/2=30(mm),
r3=30+40=70(mm),r4=70+20=90(mm),b1=3.5mm,b2=40mm,b3=30mm,λ1=45W/( m·℃),λ2=0.07W/( m·℃),λ3=0.15W/( m·℃)。
rm1?r1?r226.5?30??28.3(mm) 22rm2?r3?r270?30??47.2(mm) r370lnln30r2r3?r470?90??80(mm) 22rm3?所以每米管长的热损失为:
t1?t4Q?2πbb1bL?2?3?1rm1?2rm2?3rm3 ?2?3.142?3.142 ?191.6W/m因为Q?500?80W/m
3.54020??45?28.30.07?47.20.15?80t1?tn?1t3?t4t1?t4 ?2πL?2πLnb3b3b1b2bi????r?r?3rm3?3rm3i?1?iSmi1m12m2所以t3?t4?b3Q20??80?191.6??130.8(℃) L2π?3rm32?3.142?0.15?803
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)
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解:(1)苯的定性温度
20?80?50℃,此状况下的物性为: 2??0.45mPa?s,??860kg/m3,cp?1.80kJ/?kg?℃?,??0.14W/?m?℃?
根据公式??0.023?diRe0.8Pr0.4
di=0.020m,
w10.2u?s??1.0m/s
ρA860?38???0.0224Re?du??Cp??0.020?1.0?860?38222(湍流)
0.45?10?31.80?0.45?5.786
0.14Pr????i?0.023?0.023??diRe0.8Pr0.40.14?382220.8?5.7860.4W/m2?℃ 0.020?1505W/m2?℃????(12)苯的流量增加1倍后,
?i'??i?20.8?1505?20.8W/?m2?℃??2620W/?m2?℃?
4
4.苯流过一套管换热器的环隙,自20℃升高至80℃,该换热器的内管规格为φ19 mm×2.5mm, 外管规格为φ38 mm×3 mm。苯的流量为 1800 kg/h,求苯对内管壁的对流传热系数。
20?80解:苯的定性温度?50℃,此状况下的物性为:
2??0.45mPa?s,??860kg/m3,cp?1.80kJ/?kg?℃?,??0.14W/?m?℃?
苯的流速为:
w1800u?s??1.12m/s
?ρA3600?860??0.0322?0.01924套管的当量直径为:
??
化工基础学习知识原理王晓红版习题集规范标准答案第二章
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