文档介绍：第四章作业题及参考答案
题1:某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成,两层的厚度均为100mm,/(m·℃)/(m·℃)。待操作稳定后,测得炉膛的内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失,在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、/(m·℃)的保温材料。操作稳定后,又测得炉内表面温度为740℃,外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变,试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几?
解:加保温层前单位面积炉壁的热损失为
此时为双层平壁的热传导,其导热速率方程为:
W/m2
加保温层后单位面积炉壁的热损失为
此时为三层平壁的热传导,其导热速率方程为:
故加保温层后热损失比原来减少的百分数为:
题2:某热交换器厂试制一台新型热交换器,制成后对其传热性能进行实验。为了测定该换热器的传热系数K,用热水与冷水进行热交换。现场测得:,进口温度63℃,出口温度50℃。冷水进口温度l9℃,出口温度30℃,逆流,。×103J/()。
解:由传热速率方程得K=Q/S△t均
①热负荷Q=qm热c热(T1-T2)=××103×(63-50)=287500W
②平均温度差△t均逆流热流体6350
冷流体3019
△t 33 31
由于=,所以△t均=(△t1+△t2)/2=32℃
③传热面积S=
④传热系数K=Q/S△t均=2140W/( m2·℃)
题3:在某一化工生产流程中,换热器采用一种高温流体来预热原料液,将原料有25℃预热到180℃,而高温流体经过换热,由300℃降至200℃。使计算采用逆流操作与采用并流操作时的平均温度差,并进行比较。
解:由题意已知高温流体:,
原料液:
,
根据总传热方程q=K·A·,若在传热速率相同传热系数也相同的情况下,比较采用并流操作与逆流操作所需传热面积,可得
。
题4:用300kpa的饱和蒸汽(134℃)通入夹套式换热器夹套,使甲苯沸腾蒸发,℃,·,换热器的传热面积为1,每小时汽化200kg甲苯。求换热器的传热系数K値。如果换热器的热损失为换热量的10%,134℃的饱和蒸气冷凝热为2160kJ·kg-1,求每小时消耗多少公斤饱和蒸气。
解:甲苯的质量流量为
换热器的传热速率为甲苯所得到的热量,
恒温传热平均温差为。
换热器的传热系数可以根据传热速率方程计算:
考虑10﹪热损失,每小时消耗蒸汽量为
题5:一换热器用外径20mm,厚2mm的铜管制成传热面。管内走某种气体,其流量为400kg/h,由50℃冷却到20℃,平均比热容为830J/(kg·℃)。管外冷却水与管内气体逆流流动,流量为l00kg/h,其初温为10℃,变热区间的平均比热容为4190J/(kg·℃)。已知热流体一侧的对流传热系数为60W/(m2·℃),管壁对水的对流传热系数为ll50W/(m2·℃)。若忽略污垢热阻,不计热损失且按薄壁对待,试求:①冷却水的终温;②传