化工原理传热课上例题

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1、[例4-1]现有一厚度为370mm的平壁面，内壁温度为1650℃，外壁温度为300℃。平壁材料的平均导热系数λ=0.815+0.00076t（t的单位为℃，λ的单位为W/（m·℃）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。1解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度为：平壁材料的平均导热系数为：导热通量为：设壁厚x处的温度为t，则2[W/（m·℃）]（2）导热系数按变量计算3平壁的温度分布关系式：当b=x时，45例4-2某冷库外壁内、外层砖壁厚均为

2、12cm，中间夹层厚10cm，填以绝缘材料。砖墙的热导率为0.70w/m·k，绝缘材料的热导率为0.04w/m·k，墙外表面温度为10℃，内表面为-5℃，试计算进入冷库的热流密度及绝缘材料与砖墙的两接触面上的温度。解：根据题意，已知t1=10℃，t4=-5℃,b1=b3=0.12m，b2=0.10mλ1=λ3=0.70w/m·k,λ2=0.04w/m·k。Qxt1t4t3t2λ1λ2λ3b1b2b36按温度差分配计算t2、t3:℃解：按热流密度公式计算q：[例4-3]为保证安全并减少热损蒸汽管外径d

3、1=140mm，其外有保温层。已知d1处T1=390℃，若保温层外T2≤40℃，保温层的要求Q/L≤450W/m，试求（1）保温层的厚度（2）保温层中温度分布。7T1T2r1r28保温层厚度T1T2r1r2T分布：半径为r处，温度为T。9由结果可见：即使为常数，T分布呈曲线。T1T2r1r210例4-4在一60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/m·℃。现用热电偶测得管内壁温

4、度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。解：(1)每米管长的热损失:此处，r1=0.053/2=0.0265mr2=0.0265+0.0035=0.03mr3=0.03+0.04=0.07mr4=0.07+0.02=0.09m11(2)保温层界面温度t3解得t3=131.2℃[例4-5]常压下，空气以15m/s的流速在长为4m，φ60×3.5mm的钢管中流动，温度由150℃升到250℃。试求管壁对空气的对流传热系数。解：此题

5、为空气在圆形直管内作强制对流定性温度t=（150+250）/2=200℃查200℃时空气的物性数据（附录）如下Cp=1.026×103J/kg.℃λ=0.03928W/m.℃μ=26.0×10-6N.s/m2ρ=0.746kg/m3Pr=0.68特性尺寸d=0.060-2×0.0035=0.053ml/d=4/0.053=75.5>60Re=duρ/μ=(0.053×15×0.746)/(0.6×10-5)=2.28×104>104(湍流)Pr=cpμ/λ=(1.026×103×26.0×10-5)

6、/0.03928=0.68W/m2·℃本题中空气被加热，n=0.4代入Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023×(22800)0.8×(0.68)0.4=60.4[例4-6]一套管换热器，套管为φ89×3.5mm钢管，内管为φ25×2.5mm钢管。环隙中为p=100kPa的饱和水蒸气冷凝，冷却水在内管中渡过，进口温度为15℃，出口为35℃。冷却水流速为0.4m/s，试求管壁对水的对流传热系数。解：此题为水在圆形直管内流动定性温度t=（15+35）/2=25℃查25℃时水的物性数据（见附录）如

7、下：Cp=4.179×103J/kg·℃λ=0.608W/m·℃μ=90.27×10-3N·s/m2ρ=997kg/m3Re=duρ/μ=(0.02×0.4×997)/(90.27×10-5）=8836Re在2300~10000之间，为过渡流区.Pr=cpμ/λ=(4.179×103×90.27×10-5)/60.8×10-2=6.2l/d=2/0.02=100a可按式Nu=0.023Re0.8Prn进行计算,水被加热,n=0.4。校正系数f：[例4-7]一列管式换热器，由Ø25×2.5mm的钢管组

8、成。管内为CO2，流量为6000kg/h，由55℃冷却到30℃。管外为冷却水，流量为2700kg/h，进口温度为20℃。CO2与冷却水呈逆流流动。已知水侧的对流传热系数为3000W/m2·K，CO2侧的对流传热系数为40W/m2·K。试求总传热系数K（考虑污垢热阻），分别用内表面积S1，外表面积S2表示。解：查钢的导热系数λ=45W/m·K取CO2侧污垢热阻Rd1=0.53×10-3m2·K/W取水侧污垢热阻Rd2=0.21×10-3m2·K/W以内、外表面计时，内、