传热习题答案

解：以下标1表示绝缘层A的内表面，2表示绝缘层A与B的交界面，3表示绝缘层B的外表面。

（1）每米管长的热损失

Q2l(t1t3) r3r211lnlnAr1Br22(t1t3)Q2(17038)49.3W/m

r150501505025r11llnlnln2ln3500.0755050Ar1Br20.05∴

(2)A、B界面温度t2 因系定态热传导，故

Q1Q2Q49.3 lll∴

2(170t2)49.3

15050ln0.0550解得 t2=

（3）两种材料互换后每米管长的热损失

同理

Q'l2(17038)53.1W/m

150501505025lnln0.075500.055050由上面的计算可看到，一般说，导热系数小的材料包扎在内层能够获得较好的保温效果。

1、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000

，用

夹套加热，传热面积为，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的，

℃，求将溶液由30℃加热至60℃所需要

加热蒸气为的饱和水蒸气，传热系数为的时间

已知溶液比热为

℃，热损失忽略不计。

解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量：

而夹套的传热效率：其中，对于

℃

的饱和水蒸气，

℃

则

∴ 所需加热时间为：

2、解：（1）甲苯蒸气冷凝放热量为：Q1W1r2000363726000kJ/h 冷却水吸收热量：Q2Q1W2Cp(t2t1)50004.19(t216)726000kJ/h

t250.65C

(3分)

tm(2)传热平均温差为(2分)

Tt1(Tt2)50.651675.35CTt111016lnln11050.65Tt2

d1157125.75104m2K/W总传热系数： K2h1d1h224005010000

∴K2= W//(m2·K)

(2分)

726000103A2Q/K2tm1.539m236001739.175.35∴传热面积

∴套管长度为l=A/πd2=(π×=8.6m (2分)

(3)冷却水入口温度升高后，总传热系数未变，传热量变为

QW2cp2(t2't1')K2A2t2't1'Tt1'lnTt2'

111025ln110t2'

50004.191031739.11.5393600即：

解得： t2’=56.34℃ (4分)

Q'W2Cp(t2't1')W1'r

∴W1'50004.19(56.3425)/3631808kg/h (2分)

4、废热锅炉由25mm2.5mm的锅炉钢管组成。管外为水沸腾，绝对压强为，管内走合成转化气，温度由550℃降至450℃。已知转化气一侧，

℃）。若忽略污垢热阻，求换热管的壁温

解：方法一：

及

℃）水侧。

（1）

Ki=242W/(m·℃) （2） 平均温度差

2

先求总传热系数（以管子内表面为基准）

下水的饱和温度为230℃。

∴

（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：

又

②再眼于管外的对流传热

℃

方法二：

(1) 先求传热过程的总热阻及分热阻（基于内表面）

℃

=(℃)/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

已知：t = 230c T =

0

= 500℃

∴ tw = T-

=℃

tw = t +

= 两种解法结果相同

℃

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。

5、有一φ50×4.5mm的钢管，管内通225℃饱和水蒸气，为了减少热损失，管外包一层厚度为50mm，导热系数为（m·K）的石棉，置于温度为25℃的环境中，已知管内蒸汽冷凝对流给热系数为10W/（m·K），保温层外壁对周围空气对流给热系数为10W/（m·K），钢管导热系数为40W/（m·K），225℃饱和水蒸气的汽化潜热为1880kJ/kg，试求：（1）估计钢管壁温；

（2）计算保温层外壁温度；

（3）计算每米管长每小时蒸汽冷凝量kg/（m·h）。（18分）

4

2

2

5、（18分）

解：（1）因α1＝10W/m·K，α2＝10W/m·K，故α1>>α2 故壁温接近于α大一侧的流体温度，则Tw≈225℃ …3分 （2）Δtm=225-25=200℃ …2分

dm1505091mm …2分 150ln5011d2d211d1dm211.082W/m2K …3分

11500.0515014410.1911010422

且K定态导热, 各层传热速率相等,

Q/lKAtm/l1.0820.15200102W/m

2A(twt)100.15(tw25)

tw46.6℃ …4分

（3）Q/lqm1r1

qm1

Q11025.42105kg/sm0.195kg/mh …4分 3lr11880.310