化工原理传热计算题专题训练(2)

2025

0.004 0.0000495 0.00008 0.00413

2

Ki 242W/(m C)

（2） 平均温度差

2.8Mpa下水的饱和温度为230℃。

(550 230) (450 230)

2

tm

270 C

（3）热通量

（4）管壁温度

1）先着眼于管内的对流传热。 由牛顿冷却定律： qi i(T Tw) 又 Tw T

qi

500

65.3 10250

3

qi

QAi

Ki tm 242 270 65.3kW/m

2

qo

QAo

Ko tm Ki2025

dido

tm

2

242 270 52.3kW/m

T

550 450

2

500 C

i

239℃

②再眼于管外的对流传热 tw t 方法

(1) 先求传热过程的总热阻及分热阻（基于内表面）

q0

230

52.3 1010000

3

0

235℃

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R

1K1

R1 R2 R3 0.002545

2022.5

1

i

bdi

dm

20

di

0d0

25010000 25

0.004 0.0000495 0.00008

=0.00413(m2℃)/W

(2) 再求管壁温度

在连续传热过程中，温降与热阻成正比。故

T TWT t

R1R

tW tT t

R3R

已知：t = 2300c T =

550 450

2

= 500℃

tw = T-

R1R

(T t)

0.0040.00413

=500 (500 230) 239℃

tw = t +

R3R

(T t)

0.00080.00413

= 230 两种解法结果相同

(500 230) 235℃

分析：由于管内外水沸腾传热系数较大，管内合成转化气对流传热系数相对要小得多,所以壁温接近水的温度。又因为管壁的热阻较小，所以温降也小，也就是说管壁两侧温度比较接近。两种方法略作比较可以发现，第二种方法更简捷、直观。

壁温的估算对工程技术人员十分重要。无论选择换热器类型还是选定换热器都需要知道壁温，一些对流传热系数的计算也需要知道壁温。

3-93 质量流率相同的两种液体通过某套换热器的管程并被加热，其对流传热系数都可以

用下式表示： 0.023

du d(

)

0.8

(

cp

)

0.4

若定性温度下两流体的物性cp = 4.2 cp， = 3.2 为了简化计算，其它物性可认为

1

2

相同，问二者的对流传热系数有多大差别？

解：由给热系数的计算公式知： cp0.4 0.6

1 2

cp 1 cp2

0.4

(

1 2

)

0.6

4.2

0.4

3.2

0.6

3.57

即二者的对流传热系数之比为3.57倍。

分析：在相同的质量流率下，由于两种液体的物性不同，其对流传热系数相差是很大的。换言之，流体的物性对对流传热系数的影响是甚大，这点我们应予以充分注意。至于气体与液体之间，这种区别就更大。例如定性温度为50 c时，在相同的流动状态下，水和空气的对流

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传热系数相差700倍以上。因此在一般操作情况下，空气的流速往往比水的流速要大几倍甚至十几倍。

3-94 在列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走完程，空气走管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将：(1)空气的压强加倍；(2)传热管的数目加倍 试估算Ｑ/ tm将如何变化？

解：（1） 蒸汽》 空气 K 空气

由 Q =KAΔtm

得 Q/ tm K A 空气 A Re=

du

dG

由上可知，当压强加倍后，管内空气的 ，u将有所改变，具体说 增大 u减少，但质量流速G = u 不变。即Re=

dG

不变。

又 r=

cp

不变

不变 Q/Δtm亦不变化

（2）传热管数目加倍。

传热管数目加倍，则传热面积A加倍；但流通面积增大1倍后，流速相应减少1倍，管内

8

对流传热系数减至原来0.50。 0.574倍。

（Q/ tm） A2

2 2 0.574 2 1.15

（Q/ tm） 1A1

1

3-95 一长度为3m、管外径为131mm、管内通有123℃饱和蒸汽的竖直加热管。管外壁的温度为120℃，周围空气的温度为20℃，试求： （1） 每米管道因自然对流而产生的热损失为多少?

（2） 若管外包一层40mm的保温层后,保温层外表面温度降至60℃,上述热损失减至多

少? 解: (1)定性温度=

120 20

2

2

70℃,在此温度下空气的物性为

2

3

2.96 10 2.00 10

Pr 0.701Gr

W/(m ℃） 2.92 101/℃

5

m/s

2

L g t

3

211

3 2.92 10

3 3

9.81(120 20)

5

(2 10)

2

11

1.93 10

Gr Pr 1.93 10

11

0.701 1.36 10

查表得：C1 0.135 n 1/3

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C

L

(Gr Pr)

n

0.135

2.96 10

3

2

(1.36 10

11

)

1/3

=6。84W/（m2℃）

QL

(tW tf) d

6.84(120 20) 3.14 0.131 281W/m

（3） 加保温后定性温度

'

60 20

2

40℃，在此温度下：

' 2.76 10 2W/(m ℃） ' 3.19 10 31/℃ ' 1.70 10 5m2/s

Pr'=0.699 Gr'=

3 3.19 10

3

3

9.81(60 20)

5

(1.70 10

11

)

2

=1.17×10

Gr'·Pr'=1.17×1011×0.699 =8.17×1010 α'=

0.135

2.76 10

3

2

(8.17 10

10

)

1/3

=5.39 W/(m ·℃) (

QL

)=5.39×3.14×0.131(60-20)=88.7W/m

'

即加了保温层后，每米管道的热损失由原来的281W/m减至88.7W/m。

此题亦可采取简化的方法：如上求出α=6.84W/(m ·℃)后，因为保温前后均属自然对流，假定物性不变，则保温前后对流系数的关系为 t1/3120 201/3

() () 1.36 ''

60 20 t

6.84'2

5.03W/(m·℃) ∴

1.36

1.36

简化计算的结果与前面计算相差

5.39 5.03

5.39

6.68％

分析：α=C

L g tL(

3

2

pr)

1/3

可以发现：当n=1/3时，定性尺寸（此例中既蒸汽管的长

度）可以消去。利用这种自然对流与定性尺寸无关的特点，可以在较小尺寸的模型上进行自然

对流传热研究，即所谓的“自模化”实验，从而为实验工作带来诸多方便。

3-96平均温度为270℃的机油从一φ108mm×6mm的钢管中流过。已知油对管壁的对流传热系数为340W/(m2·℃)，大气温度为12℃。 …… 此处隐藏：2296字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……