化工原理傳熱典型例題題解課件.ppt
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1、第第6章章 傳熱傳熱 典型例題題解典型例題題解例例1:管路熱損失的計(jì)算管路熱損失的計(jì)算為減少熱損失,在外徑為為減少熱損失,在外徑為150mm的飽和蒸汽外覆蓋厚度為的飽和蒸汽外覆蓋厚度為100mm的保溫層,保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)的保溫層,保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)0.1030.000198t(式式中中t 為為0C)。)。已知飽和蒸汽溫度為已知飽和蒸汽溫度為1800C,并測(cè)得保溫層中央厚并測(cè)得保溫層中央厚度為度為50mm處的溫度為處的溫度為1000C,試求:試求:(1)由于熱損失每米管長(zhǎng)的蒸汽冷凝量為多少?)由于熱損失每米管長(zhǎng)的蒸汽冷凝量為多少?(2)保溫層的外測(cè)溫度為多少?)保溫層的外測(cè)溫度為多少?例例2:
2、用平板法測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)用平板法測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù) 平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱,另一側(cè)用冷水冷卻,同時(shí)在板之兩側(cè)均用平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱,另一側(cè)用冷水冷卻,同時(shí)在板之兩側(cè)均用熱電偶測(cè)定其表面溫度。將所測(cè)材料制成厚度為熱電偶測(cè)定其表面溫度。將所測(cè)材料制成厚度為、直徑為直徑為120mm的圓形平板的圓形平板 ?,F(xiàn)測(cè)得電加熱器的功率為現(xiàn)測(cè)得電加熱器的功率為40.0W,兩側(cè)面的溫度分別為兩側(cè)面的溫度分別為200oC和和80oC。由于安裝由于安裝不當(dāng),待測(cè)材料的兩邊各有一層厚度為不當(dāng),待測(cè)材料的兩邊各有一層厚度為0.1mm的靜止空氣層,的靜止空氣層,不計(jì)熱損失,求所測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)的近似值不計(jì)熱
3、損失,求所測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)的近似值 、準(zhǔn)確值準(zhǔn)確值、相對(duì)誤差。相對(duì)誤差。解:解:(1)近似值)近似值(2)準(zhǔn)確值)準(zhǔn)確值(3)相對(duì)誤差)相對(duì)誤差例例3:管路熱損失的計(jì)算:管路熱損失的計(jì)算 505的不銹鋼管,其導(dǎo)熱系數(shù)的不銹鋼管,其導(dǎo)熱系數(shù)1=16w/(m.k),外包外包30mm 厚的石棉,石棉的導(dǎo)熱系數(shù)厚的石棉,石棉的導(dǎo)熱系數(shù)2=0.2w/(m.k)。若管內(nèi)若管內(nèi)壁壁溫度為溫度為 350oC,保溫層外壁溫度為保溫層外壁溫度為 100oC,試計(jì)算每米試計(jì)算每米管長(zhǎng)的熱損失。管長(zhǎng)的熱損失。解:解:例例4(接上題):(接上題):505的不銹鋼管,其導(dǎo)熱系數(shù)的不銹鋼管,其導(dǎo)熱系數(shù)1=16w/(m.k),
4、外包外包30mm 厚的石棉,石棉的導(dǎo)熱系數(shù)厚的石棉,石棉的導(dǎo)熱系數(shù)2=0.2w/(m.k)。若管內(nèi)壁若管內(nèi)壁溫度為溫度為 350oC,保溫層外壁溫保溫層外壁溫度為度為 100oC。(。(已計(jì)算出單位管長(zhǎng)的熱損失為已計(jì)算出單位管長(zhǎng)的熱損失為397w/m。)。)若在若在石棉層外再包一層厚石棉層外再包一層厚 30mm,導(dǎo)熱系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)為=0.w/(m.k)的保溫材料。已知環(huán)境溫度的保溫材料。已知環(huán)境溫度tb=20oC。保溫材料保溫材料外與環(huán)境之間的對(duì)流給熱系數(shù)外與環(huán)境之間的對(duì)流給熱系數(shù)在兩種情況下相同。求:在兩種情況下相同。求:()單位管長(zhǎng)的熱損失;()保溫層外壁溫度()單位管長(zhǎng)的熱損失;()保溫
5、層外壁溫度t4。解:解:加加保溫材料之前保溫材料之前加加保溫材料之后保溫材料之后影響管內(nèi)流體湍流時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素影響管內(nèi)流體湍流時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素(4-19)式式1)若保持其它條件不變)若保持其它條件不變,流體流量增加流體流量增加1倍倍,變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦蹲優(yōu)樵瓉淼亩嗌俦?2)若保持其它條件和流量不變)若保持其它條件和流量不變,流通管的管內(nèi)徑流通管的管內(nèi)徑 d 減小減小1倍倍,變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦蹲優(yōu)樵瓉淼亩嗌俦?一定要考慮到流速的變化一定要考慮到流速的變化.若流體流量增加若流體流量增加50%?例例5:冷凝給熱系數(shù)的計(jì)算:冷凝給熱系數(shù)的計(jì)算 溫度為溫度為120oC的飽和水蒸氣在單根管外
6、冷凝的飽和水蒸氣在單根管外冷凝.管外徑為管外徑為60mm,管長(zhǎng)為管長(zhǎng)為1m 。管管外壁溫度為外壁溫度為100oC。試試計(jì)算計(jì)算:(1)管子垂直放置時(shí)的)管子垂直放置時(shí)的;(;(2)冷凝液膜由層流冷凝液膜由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)的臨界高度轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r(shí)的臨界高度LC ;(;(3)管子水平放置時(shí)的管子水平放置時(shí)的。解解:(1)管子垂直放置)管子垂直放置(2)(3)管子水平放置)管子水平放置例例1:總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù) K 的計(jì)算的計(jì)算管外,熱空氣對(duì)管壁的給熱系數(shù)為管外,熱空氣對(duì)管壁的給熱系數(shù)為90W/(m2.oC)。管內(nèi),冷卻水與管內(nèi),冷卻水與管壁之間的給熱系數(shù)為管壁之間的給熱系數(shù)為1000W/(m2.o
7、C)。管外徑管外徑16mm,壁厚壁厚1.5mm 導(dǎo)熱系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)為40W/(m.oC),試求:試求:1、傳熱系數(shù)、傳熱系數(shù)K;2、管外給熱系數(shù)管外給熱系數(shù) 增加一倍,增加一倍,K有何變化?有何變化?3、管內(nèi)給熱系數(shù)、管內(nèi)給熱系數(shù) 增加一倍,增加一倍,K有何變化?有何變化?解:解:1、2、2、忽略管壁熱阻,忽略管壁熱阻,K 比比K增加了增加了83%3、忽略管壁熱阻,、忽略管壁熱阻,K”比比K增加僅增加僅6%例例2:壁溫的計(jì)算壁溫的計(jì)算某一蒸發(fā)器,管內(nèi)通某一蒸發(fā)器,管內(nèi)通90oC的熱流體進(jìn)行加熱,給熱系數(shù)為的熱流體進(jìn)行加熱,給熱系數(shù)為1160W/(m2.oC)。管外有某種流體沸騰,沸點(diǎn)為管外有某
8、種流體沸騰,沸點(diǎn)為50oC,給熱系數(shù)為給熱系數(shù)為5800 W/(m2.oC)。試求以下兩種情況下的壁溫。試求以下兩種情況下的壁溫。1、管壁無污垢;、管壁無污垢;2、外側(cè)有污垢,污垢熱阻為、外側(cè)有污垢,污垢熱阻為Rs2=0.005m2.oC/W解:忽略管壁熱阻解:忽略管壁熱阻解得解得Tw=56.7oC 2、外側(cè)有污垢熱阻、外側(cè)有污垢熱阻解得解得Tw=84.5oC包括污垢層和對(duì)流層的溫差是包括污垢層和對(duì)流層的溫差是 Tw-50比較比較:外側(cè)無污垢熱阻時(shí)外側(cè)無污垢熱阻時(shí)Tw=56.7oC仍然忽略管壁熱阻仍然忽略管壁熱阻傳熱基本方程式的應(yīng)用傳熱基本方程式的應(yīng)用例例1:在傳熱面積為:在傳熱面積為10m2
9、的管殼式換熱器中,用工業(yè)水冷卻各車間的管殼式換熱器中,用工業(yè)水冷卻各車間的離心泵油封廢水,工業(yè)水走管程,進(jìn)口溫度為的離心泵油封廢水,工業(yè)水走管程,進(jìn)口溫度為20,廢水走殼程,廢水走殼程,進(jìn)口溫度進(jìn)口溫度70,逆流操作。當(dāng)工業(yè)水流量為,逆流操作。當(dāng)工業(yè)水流量為1.0kg/s時(shí),測(cè)得工業(yè)水時(shí),測(cè)得工業(yè)水與廢水的出口溫度分別為與廢水的出口溫度分別為40和和29,當(dāng)工業(yè)水流量增加一倍時(shí),當(dāng)工業(yè)水流量增加一倍時(shí),測(cè)得廢水的出口溫度為測(cè)得廢水的出口溫度為24,管壁和污垢熱阻均可不計(jì)。兩種水的,管壁和污垢熱阻均可不計(jì)。兩種水的比熱均取比熱均取4.2kJ/(kg).計(jì)算原工況下管程和殼程的對(duì)流給熱系數(shù)各計(jì)算原
10、工況下管程和殼程的對(duì)流給熱系數(shù)各為多少?為多少?例例2:一傳熱面積為:一傳熱面積為15m2的列管式換熱器,殼程用的列管式換熱器,殼程用110oC的飽和水蒸氣將管程某的飽和水蒸氣將管程某溶液由溶液由20oC加熱到加熱到80oC,溶液的處理量為溶液的處理量為2.5104kg/h,比熱為比熱為4kJ/(kg.k),試求此操作條件下的總傳熱系數(shù)。該換熱器使用一年之后,由于污垢熱阻增加,試求此操作條件下的總傳熱系數(shù)。該換熱器使用一年之后,由于污垢熱阻增加,溶液的出口溫度降為溶液的出口溫度降為72oC,若要使溶液的出口溫度仍保持為若要使溶液的出口溫度仍保持為80oC,則則需要將加需要將加熱水蒸氣的溫度提高
11、到多少溫度?熱水蒸氣的溫度提高到多少溫度?解解:(1)保持保持Q、t2=80oC不變,不變,例例3:一列管式換熱器,按傳熱管的內(nèi)表面積計(jì)算的傳熱面積:一列管式換熱器,按傳熱管的內(nèi)表面積計(jì)算的傳熱面積A1=50m2。流量流量為為5200m3/h(P=101325Pa,T=273.15K條件下),在管內(nèi)從條件下),在管內(nèi)從20oC被加熱被加熱到到90oC。壓力為壓力為200kPa的飽和水蒸氣(飽和溫度為的飽和水蒸氣(飽和溫度為120oC)在在殼程冷凝放出殼程冷凝放出熱量。試求:熱量。試求:(1)總傳熱系數(shù))總傳熱系數(shù)K;(;(2)當(dāng)當(dāng)空氣流量增加空氣流量增加25%時(shí),其出口溫度時(shí),其出口溫度變?yōu)槎?/p>
12、少?(變?yōu)槎嗌???)若保持空氣的出口溫度不變,則飽和水蒸氣的壓強(qiáng)應(yīng)調(diào)整到多)若保持空氣的出口溫度不變,則飽和水蒸氣的壓強(qiáng)應(yīng)調(diào)整到多少?(少?(4)若保持空氣的出口溫度不變,不調(diào)整飽和水蒸氣的壓強(qiáng),改變換熱管)若保持空氣的出口溫度不變,不調(diào)整飽和水蒸氣的壓強(qiáng),改變換熱管的長(zhǎng)度,則管長(zhǎng)為原管長(zhǎng)的多少倍?的長(zhǎng)度,則管長(zhǎng)為原管長(zhǎng)的多少倍?解:解:(1)原工況原工況新工況新工況新工況新工況利用傳熱基本方程式解法利用傳熱基本方程式解法(即消元法)即消元法)例例1:第一類命題的操作型計(jì)算:有一逆流操作的:第一類命題的操作型計(jì)算:有一逆流操作的換熱器,熱流體為空氣,冷卻水走管內(nèi),換熱器,熱流體為空氣,冷卻水
13、走管內(nèi),。已測(cè)得冷、熱流體進(jìn)出口溫度分別為。已測(cè)得冷、熱流體進(jìn)出口溫度分別為管壁熱阻可以忽略。當(dāng)水流量管壁熱阻可以忽略。當(dāng)水流量增加一倍時(shí),試求(增加一倍時(shí),試求(1)水和空氣的出口溫度)水和空氣的出口溫度t2和和T2(2)換熱量(熱流量)換熱量(熱流量)Q比原換比原換熱量熱量Q增加多少?增加多少?傳熱綜合例題傳熱綜合例題例例1:第一類命題的操作型計(jì)算:有一逆流操作的換熱器,熱流體:第一類命題的操作型計(jì)算:有一逆流操作的換熱器,熱流體為空氣,為空氣,冷卻水走管內(nèi),冷卻水走管內(nèi),。已測(cè)得冷、熱流體進(jìn)出口溫度分別為。已測(cè)得冷、熱流體進(jìn)出口溫度分別為管壁熱阻可以忽略。當(dāng)水流量增加一倍時(shí),試求:(管壁
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