化工原理传热习题解答(4)

∵tg?Q1745??t1??300?312?C A?60 由计算过程可见，提高?，提高tw，降低?，均可减少误差。

22. 功率为1kW的封闭式电炉，表面积为0.05 m2，表面黑度0.90。电炉置于温度为20

o

C的室内，炉壁与室内空气的自然对流对流传热系数为10 W/（m2·K）。求炉外壁温度。

已知：Q=1kW，A=0.05 m2，t＝tw＝20 oC，?＝0.90，?＝10 W/（m2·K） 求： TW＝？

解： 定态时，发散量应等于辐射、对流传热之和

??TW?4?tW?4?Q???C0?? ????????TW?t? A100100????????1034?0.9?5.67?10?8TW?2934?10?TW?t? ∴

0.05?? 整理上式得：

5.103?10?9TW?TW?2331?0 试差得：TW＝746K＝473℃

23. 盛水2.3kg的热水瓶，瓶胆由两层玻璃壁组成，其间抽空以免空气对流和传导散热。玻璃壁镀银，黑度0.02。壁面面积为0.12 m2，外壁温度20 oC，内壁温度99 oC。问水温下降1 oC需要多少时间？

已知：G=2.3kg，?1??2?0.02，A＝0.12 m2，t2＝20 oC，t1＝99 oC。塞子处热损不计 求： 水降1 oC时，?＝？ 解：

4A1

?1 ?12?1 拟定态处理 A2

??T1?4?T2?4?AC0???????100100?????0.12?5.67?3.724?2.934?????0.81W 辐射热：Q?111??12??1?1?20.02??查99 oC水，cp＝4.22×103J/kg·K ∵Q???G?Cp?t ∴??G?Cp?tQ2.3?4.22?103?1??1.2?104s?3.3h

0.8124. 有一单壳程双管程列管换热器，管外用120 oC饱和蒸汽加热，常压干空气以12m/s的流速在管内流过，管径为?38×2.5mm，总管数为200根，已知空气进口温度为26 oC，要求空气出口温度为86 oC，试求：（1）该换热器的管长应为多少？（2）若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为?54×2mm，总管数减少20％，此时的出口温度为多少？(不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失)。

已知：单壳程双管程, 管外饱和蒸T=120oC，管内干空气u＝12m/s，管子?38×2.5mm，n＝200，t1＝26 oC，t2＝86 oC

求： （1）L （2）n??80%n，管子?54×2mm，qm2不变，t2?? 解： t??t1?t226?86??56?C 22 查56oC干空气，cp＝1.0kJ/kgoC，??1.07kg/m3，??1.99?10?5Pa，

??0.0286W/mK，Pr＝0.697

（1）qm2?n?2?d?u??100?0.785?0.0332?12?1.07?1.1kg/s 24 Q?qm2cp2?t2?t1??1.1?103??86?26??6.6?104W Re?du??d?0.033?12?1.07?2.13?104>104

?31.99?100.0330.8?0.0286?2?0.023Re0.8Pr0.4?0.023???2.13?104??0.6970.4?50W/m2?K

由管外蒸汽冷凝?1??2 ∴K??2 Q?KA?tm?K?n?dL??tm ?tm?t2?t186?26??59?C T?t1120?26lnlnT?t2120?86Q6.6?104 ∴L???1.08m

K?n?d??tm50?200?3.14?0.033?59(2) ∵qm2不变，∴u?1 nd2u0.81 K??2?0.2?0.81.8

dndK??n??d? ∵?????K?n???d??

0.81.8?1??33???????0.8??55?0.81.8?0.566

A?n?d?50??0.8??1.21 And33?KA?T?t1t2?t1? ?exp? ∵qm2cp2?t2?t1??KA ∴

??T?t1T?tqc2m2p2??lnT?t2?T?t1K?A??exp? ∴

??T?t2?q?c?m2p2?????exp??0.566?1.21KA???T?t1??1.5qc??T?t?m2p22????0.686????0.686

120?260?120?26??? 即??120?t2120?86???t??73.2?C

25. 试估计一列管式冷凝器，用水来冷凝常压下的乙醇蒸气。乙醇的流量为3000kg/h，冷水进口温度为30 oC，出口温度为40 oC。在常压下乙醇的饱和温度为78 oC，汽化潜热为

o

925kJ/kg。乙醇蒸气冷凝对流传热系数估计为1660 W/（m2·C）。设计内容：（1）程数、总

管数、管长；（2）管子在花板上排列；（3）壳体内径。 解：热负荷Q?W?r?3000?925?771kW 3600由于乙醇无腐蚀性可走壳程，水走管程， 水的定性温度t??t1?t330?40??35?C 32查35 oC水，cp2?4174J/kg??C，??994kg/m3，??0.625W/m?K

??72.7?10?5Pa?s Pr＝4.87

Q771?103W2???18.5kg/s

cP2?t2?t1?4174??40?30?选用?25×2.5mm的钢管，选水的流速u?1m/s ∵W2?n?2?d?u?p Np4

4Wn4?18.5?22??59.2 2Np?d?u?p3.14?0.02?1?994n?57，Np?2，∴n?Np?57?114根 Np取

采用三角形排列，设等边六角形层数为a，则交点数 n??1?6?1?2?...?a??1?3a?a2

现取a为6层，则n??1?36?62?127，除去中间双管的隔板位置13个交点，即可安置127-13＝114根管子，取管中心间距t＝32mm（取t＝1.25a?后园整得） 外壳内经D的计算：

取外层管中心间与壳壁的最小距离为距38mm（取t＝1.25a?后园整得） ∴D?2at?2?0.038?2?6?0.032?2?0.038?0.46m 管子长度计算： u?????4W24?18.5??1.04m/s 2n3.14?0.02?57?9942?d???Np Re?du???d?0.02?1.04?9944?2.84?10>104 ?572.7?100.625?2.84?1040.02 a2?0.023Re0.8Pr0.4?0.023???0.8?4.870.4?4.95?103W/m3?K

考虑水的垢层热阻，查教材，取R2?0.21?10m?K/W（取河水的） 考虑乙醇蒸汽垢层热阻，查得R1?0.14?10mK/W

?32?32?111?d???R2??R?1???dKa2a1????11?20??3?3?0.21?10?0.14?10??1.0?10?3m2K/W???34.95?101660?25?2

W/mK（以内表面为基准） ∴ K?1000 ?tm?t2?t140?30??42.8?C T?t178?30lnlnT?t278?40 ∵ Q?KA?tm?K?n?dL??tm

Q771?103 L计??3?2.51m

K?n?d??tm10?114?3.14?0.02?42.8

A实?1.2，∴L实?1.2L计?1.2?2.51?3.0m A计 设计结果：

（1）采用双管程，管子总数114根，长度3m，管子?25×2.5； （2）管子按等边三角形排列，t＝32mm，管子为六层； （3）外壳的内径为460mm

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