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第四章 传热习题
3．外径为159 mm的钢管，其外依次包扎A、B两层保温材料，A层保温材料的厚度为50 mm，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B层保温材料的厚度为100 mm，导热系数为1.0 W /(m·℃)，设A的内层温度和B的外层温度分别为170 ℃和40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？
解：
QL?t1?t2rr11ln2?ln32??1r12??2r2?2?3.14??170?40?Wm?150Wm1159?2?501159?2??50?100?ln?ln0.11591.0159?100
A、B两层互换位置后，热损失为 QL?t1?t2rr11ln2?ln32??1r12??2r2?2?3.14??170?40?Wm?131.5Wm159?2??50?100?1159?2?501ln?ln1.01590.1159?100
6．在一传热面积为40 m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h，其温度由22 ℃升高到36 ℃。溶液温度由115 ℃降至55 ℃。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40 ℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，
?i、?o分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。
解：求清洗前总传热系数K
?tm??115?36???55?22??C?52.7?C
115?36ln55?22Q30000?4.174?103??36?22? K??W?m2??C??231W?m2??C? S?tm3600?40?52.7求清洗后传热系数K?
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由热量衡算
WhCp,h(T1?T2)?WcCp,c(t2?t1)
??t1) WhCp,h(T1?T2?)?WcCp,c(t2 T2??T1? ?T1?WcCp,cWhCp,h??t1) (t2T1?T2115?55??t2??t1?????115?40?22???C?37.9?C t2?t136?22???115?40???37.9?22??C?38.1?C ?tm??115?40ln37.9?22 K?30000?4.174?103??40?22?W?m2??C??410.8W?m2??C?
3600?40?38.1 清洗前两侧的总传热热阻
?RS?11?11?2?32?????m??CW?1.9?10m??CW KK??231410.8? 7．在一传热面积为25 m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h，其温度由25 ℃升至38 ℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机溶液的温度由110 ℃降至65 ℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。 解：Cp,c?4.17 kJ/(kg·℃) Q?WcCp,c(t2?t1) ?28000?4.17?103??38?25?W?4.22?105W 3600求?tm
有机物 110 → 65 水 38 ← 25
———————————————— ?t 72 40
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?tm?72?40?C?54.4?C
72ln404.22?105 K?W?m2??C??310.3W?m2??C?
25?54.4Q4.22?105 Wh?K?kgs?5.452kgs?1.963?104kgh 3cph?T1?T2?1.72?10??110?65?8．在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h，其初始温度为30 ℃，平均比热容为4.174 kJ/（kg·℃）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h，温度由180 ℃降至120 ℃，平均比热容为1.72 kJ/（kg·℃）。设换热器的总传热系数为500 W/(m2·℃)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。
解： Q?Wcph?T1?T2??14000?1.72??180?120?kJh?1.4448?106kJh?401.3kW 冷却水的出口温度为
?1.4448?106?Q?t2??t1???30?10000?4.174??C?64.61?C Wccpc??逆流时
?tm??180?64.61???120?30??C?ln180?64.61120?3025.39?C?102.2?C 115.39ln90S逆并流时
Q401.3?1032??m?7.854m2 K?tm500?102.2?tm??120?64.61???180?30??C?ln120?64.61180?3094.61?C?94.97?C 55.39ln150Q401.3?1032S逆??m?8.452m2
K?tm500?94.97 9．在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1 600 m3/h，常压下苯的沸点为80.1 ℃，气化热为394 kJ/kg。冷却水的入口温度为20 ℃，流量为35 000 kg/h，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。总传热系数为450 W/(m2·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。
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