化工原理传热计算题专题训练(3)

2

1881671

=188W，为不保温时的

2

=11.3%。

分析：比较保温前后可以看出：保温前总热阻为0.0517(m·℃)/W，保温后总热阻为0.543(m·℃)/W，大了一个数量级；保温前钢管外壁温度为250℃，保温后保温层表面温度降至50℃，下降了200℃。

本例提示我们：高温设备经保温可极大限度地减少热损失，因此是十分必要的。 3-97 有两条φ48mm×3mm的蒸汽管道，管内饱和蒸汽的温度皆为120℃。不同的是管线甲外包有一层λ=0.75W/(m2·℃)、厚10mm的绝热层，而管线乙没有。设周围空气为20℃，空气的对流传热系数αa=10W/(m2·℃)。试比较哪一个管道的散热速率大。请说明原因。

解：因为管壁的热阻很小，故管壁外表面温度可取作120℃。

求单位管长的热损失：

(1) 管线甲

甲管外包有绝热层，因此总散热损失包括单位时间内通过绝热层的导热量与空气对流传热热量二者之和，即

QL

Q1 Q2

t t212

lnr2r1

t2 t3

1

2

2 r2

=

t1 t3

12 0.75

ln6848

1

2 0.068 10

=185W/m

(2) 管线乙

乙管外无绝热层，总散热损失即单位时间内管壁与空气的对流传热量。

QL

=απd1(t1-t3)=10π×0.048(120-20)=151W/m

由以上计算可以看出，包有绝热层的管甲的散热量反而裸管乙要大。 为什么会出现这样的结果呢？

分析：由(a)式我们不难看出，管甲的散热总热阻R为导热热阻

12

lnr2r1

和对流传热热

阻

1

2 r2

之和。随着绝热层厚度的增加即r2增大，导热热阻增大，对流传热热阻减小。当绝

热层厚度从零开始增大时，总热阻R先是降低到某一个临界值后又逐渐增大。

临界半径可由

dRdr2d(

求出：

12

dRdr2

ln

r2r1

1

2 r2

)

dr2

12 r2

12 r

22

化工原理专题训练,传热计算题专题训练

令

dRdr2

=0 则临界半径 r2=

0.7510

d

本题中，临界半径r2==0.075m=75mm，管道中的绝热层厚度为10mm，其半径为３4mm，

在临界半径之内，此时随绝热层厚度增大，热损失增大。 由r2=

d

还可以看出，对于直径较小的管道特别是导线，一定要选用绝热或绝缘性能好(λ

大)的材料做绝热或绝缘层，否则就会事与愿违。

3-98在管道中心装有热电偶以测量管内空气的温度。由于热电偶温度上升后对管壁进行辐射传热，测温元件的温度t1低于空气的真实温度ta。

(1) 试推导计算测量误差的关系式。

(2)已知热偶的指示温度t1=220℃，管道内壁温度tW=120℃，热偶的黑度为0.8，空气对流传热系数α=40W/(m2·℃)·。试求真实的空气温度。 解 (1) 热电偶的绝对温度T1=(t1+273)K 管壁的绝对温度TW=(tW+273)K 空气与热电偶的对流传热为 q= 热电偶与管壁之间的辐射传热为

T 4 T 4

q C1 2 1 W

100 100

QA

=α(ta-t1)

A1 A2

1 C1 2 C0 5.67

T 4 T

则 q 5.67 1 W

100 100

4

稳态下，二者热通量相等，即：

T 4 T 4 W

t t1 5.67 1

100100

绝对误差

4

TW

t t t1 5.67 a

100 100

4 T1

相对误差

E 2 将已知数据代入上式： 绝对误差

tt

化工原理专题训练,传热计算题专题训练

44

0.8 220 273 120 273

t t 220 5.67 39.9 C

40 100100

空气的真实温度 t 220 39.9 260 C 相对误差 E

tt

39.9260

15.4%

分析：由计算结果知，相对误差较大。由 a ①减小热电偶的黑度 ；

式法有：

② 增大空气的对流传热系数 。为此应增大空气流速，或将热电偶安放在管中心处； ③将管壁保温以提高壁温Tw；

④在热电偶处加一遮热罩，限 制热电偶与管道内壁的辐射传热。

3-99

为了减小测量误差，

在上题热电偶处加一黑度为0.55

的遮热罩，空气的对流传热系数﹑管

壁温度和空气的真实温度不变。求热

电偶指示的温度。分析如图3-7，热偶加遮热罩后，

热偶对管道内壁的辐射传热被抑制， 空气 变为热偶对遮热罩内壁的辐射。当

空气对热偶的对流传热速率与热偶 图 3-7 3-99 附图

对遮热罩的辐射传热速率相等时，热电偶指示的温度即为所求。但因遮热罩的温度为未知，必须建立一个新的热平衡关系，即空气对遮热罩的对流传热速率加上热偶对遮热罩的辐射传热速率等于遮热罩对管道内壁的辐射传热速率。

由于热偶对遮热罩的辐射传热速率远小于空气对遮热罩的对流传热速率，在计算热罩热平衡时可以忽视不计。

解： 1 遮热罩的热平衡计算

设A为遮热罩两侧的平均表面积，t2为遮热罩的温度。 空气对遮热罩的对流传热速率

Q2 . 2A t t2 a

化工原理专题训练,传热计算题专题训练

遮热罩对管壁的辐射传热速率

T 4 T 4

Q2 C0 A 2 W b

100 100

平衡时，式 a 式 b

将已知数据代入即可求得遮热罩的温度 t2 241 C 2 热电偶热平衡计算

设热电偶的外表面积为A'，黑度为 '。

①空气对热电偶的对流传热速率

Q3 A' t t1 40A' 260 t1 c ②热电偶对遮热罩的辐射传热速率

T 4 T 4 T 4 514 4

'''

Q C0 A 1 2 5.67 0.8A 1 d

100100100100

平衡时，式 c 式 d

将已知数据代入，即可求得热偶的指示温度

t1 254 C 相对误差

E 仅为不加遮热罩时的

2.315.4

260 254260 14.9%

2.3%

可见在热偶外安装遮热罩可使热偶的指示温度更接近气体的真实温度，明显地降低了测量

误差，是一种行之有效的方法。

3-100 拟在列管式换热器中用120 C的饱和蒸气将存放在常压贮槽中的温度为20 C ﹑比热容为2.09kJ/(kg· C)﹑质量为2 10kJ的重油进行加热。采用输油能力为6000kg/h的油泵将油从贮槽送往换热器，经加热后再返回，油循环流动。若要求经4h后油温升至80 C，试计算所需换热器的传热面积。

4

化工原理专题训练,传热计算题专题训练

假定整个加热过程中K0均可取作350W/（m2 ℃），而且任一瞬间槽内温度总是均匀的。 分析：此为一不稳定传热过程。因为重油离开换热器的出口温度t2总是随着进口温度（即槽内温度）变化。因此，可先通过热量衡算和总传热速率方程先求出t2与t1﹑A0的关系，然后将此关系再代入热平衡方程 …… 此处隐藏：2313字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……