化工4 传热概论.ppt

例2、Φ50×5㎜的不锈钢管，导热系数λ1＝16Ｗ／（ｍ·Ｋ），外面包裹厚度为30mm导热系数λ２＝0.2W/（ｍ·Ｋ）的石棉保温层。若钢管的内表面温度为623Ｋ，保温层外表面温度为373Ｋ，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。 二、影响对流传热系数的因素 1、流体的物理性质：密度、比热容、导热系数、粘度、膨胀系数 3、流体流动状态：层流、湍流 ?湍 ?层 4、流体的相态变化：沸腾、冷凝 ?相变 ?无相变 5、传热面的形状：特性尺寸l 对流动与换热有主要影响的传热面——尺寸 例3、冷却水在Φ25×2.5㎜，长为2m的钢管中以1m/s的流速通过。冷却水的进、出口温度为20℃和50℃，求管壁对水的对流传热系数？ 例4、质量分数为98%，密度?=1800kg/m3的硫酸，以1m/s的流速在套管换热器的内管中被冷却，进、出口温度分别为90℃和50℃，内管直径为Φ25×2.5㎜。管内壁平均温度为60℃。试求硫酸对管壁的对流传热系数。 已知70℃硫酸的物性参数如下： 壁温60℃时的硫酸黏度：1267 W/（m2·℃）） 例5、在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水进出口温度分别为290K和320K。试求冷却水消耗量。 例6、每小时8000m3（标准状况）的空气在蒸汽加热器中从12℃被加热到42℃，压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。若设备的热损失估计为热负荷的5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。 一侧变温传热、两侧变温传热 例7、在一列管式换热器中，将某溶液自15℃加热至40℃，载热体从120℃降至60℃。试计算换热器逆流和并流时的冷、热流体平均温度差。 例8、在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却油。冷却水在壳程流动，进出口温度分别为15℃和32℃。油的进、出口温度分别为100℃和40℃。试求两流体间的温度差。 （三）平壁与薄管壁的总传热系数计算 例9、在一内管为?25?2.5mm的套管式换热器中，CO2气体在管程流动，对流传热系数为40 W/(m2?℃)。壳程中冷却水的对流传热系数为3000W/(m2?℃)。试求：（1）总传热系数；（2）若管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（以外表面积计） 例10、由?25?2.5mm的锅炉钢管组成的废热锅炉，壳程为压力2570kPa（表压）的沸腾水。管内为合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气侧?2=300 W/(m2?℃)，水侧?1=104 W/(m2?℃)。忽略污垢热阻，试求平均壁温TW和tW。 例11、在一内管为?180?10mm的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h，进、出口温度分别为为90℃和60℃。壳程中冷却水的进、出口温度分别为20℃和50℃，总传热系数为2000W/(m2?℃)。试求： （1）冷却水用量； （2）逆流流动时的平均温度差及管子的长度； （3）并流流动时的平均温度差及管子的长度； 例12、在一内管为?25?2.5mm的套管式换热器中，用水冷却苯，冷却水在管程流动，入口温度为290K，对流传热系数为850W/(m2?℃)。壳程中流量为1.25kg/s的苯与冷却水逆流换热，苯的进、出口温度为350K、300K，苯的对流传热系数为1700W/(m2?℃)。已知管壁的导热系数为45W/(m?℃)，苯的比热为cp=1.9kJ/(kg?℃)，密度为ρ=880kg/m3。忽略污垢热阻。 试求：在水温不超过320K的最少冷却水用量下，所需总管长为多少？（以外表面积计） 例13、有一黑体表面温度为0℃，该黑体的辐射能力为多少？如将黑体加热到546℃，其辐射能力增加到多少倍？ 灰体的黑度不随波长而变化。 习题1 解：由题意可知，上述传热过程为稳态传热，所以 q＝q1＝q2＝q3 要使耐火砖厚度最小，炉膛壁外壁温度不应大于900 ?C。 （1）耐火砖 习题2 解： 解：定性温度t=(200+120)/2=160，查表得 ρ＝0.815kg/m3 Cp=1.017kJ/kg ?C λ=3.64W/m ?C μ=24.5mPas 解：已知温度计温度t1＝300 ?C，壁温t2＝230 ?C 对流传热 辐射传热 解（1）并流 圆缺形 圆盘形 多管程：管内流体u???? 加挡板：增大壳程流体的湍动?壳程?? 四、 传热过程的强化途径 1、增大?tm 加热剂T1?或冷却剂t1? 两侧变温，尽量采用逆流 强化传热，可?tm?、A/V?、K? 2、增大A/V 直接接触传热，可增大A 和湍动程度 采用高效新型换热器 从改进传热面结构入手来增大A 和湍动程度，使Q? (a)光直翅片