化工原理傳熱課上例題ppt課件

1、 例例4-1 4-1 現(xiàn)有一厚度為現(xiàn)有一厚度為370mm370mm的平壁面，內(nèi)的平壁面，內(nèi) 壁溫度為壁溫度為1650，外壁溫度為，外壁溫度為300 。平壁。平壁資料的平均導(dǎo)熱系數(shù)資料的平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.815+0.00076t t的的單位為單位為， 的單位為的單位為W / m 。假設(shè)。假設(shè)將導(dǎo)熱系數(shù)分別按常量取平均導(dǎo)熱系數(shù)將導(dǎo)熱系數(shù)分別按常量取平均導(dǎo)熱系數(shù)和變量計(jì)算時(shí)，試求平壁的溫度分布關(guān)系式和變量計(jì)算時(shí)，試求平壁的溫度分布關(guān)系式和導(dǎo)熱熱通量。和導(dǎo)熱熱通量。1.解：1導(dǎo)熱系數(shù)按常量計(jì)算 平壁的平均溫度為： 平壁資料的平均導(dǎo)熱系數(shù)為： 導(dǎo)熱通量為： 設(shè)壁厚x處的溫度為t，那么xxqxttxttq

2、36491650556.1677.5165011297523001650221Cttt556.197500076.0815.0m W / m 221/5677300165037.0556.1mWbttq.2導(dǎo)熱系數(shù)按變量計(jì)算222212212b0/56773001650200076.03001650815.0200076.0815.0)00076.0815.0(dxq積分：)00076.0815.0()00076.0815.0(21mWqttttqbdttdttqdxdxdttdxdtqtt3.平壁的溫度分布關(guān)系式：平壁的溫度分布關(guān)系式： 當(dāng)b=x時(shí)，212212200076.0815.0tt

3、ttqbxttx76221049.1107.41-1072t:整理，得1650200076.01650815.056774tt2.5例例4-2 4-2 某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為某冷庫外壁內(nèi)、外層磚壁厚均為12cm12cm，中間，中間夾層厚夾層厚10cm10cm，填以絕緣資料。磚墻的熱導(dǎo)率為，填以絕緣資料。磚墻的熱導(dǎo)率為0.70w/mk0.70w/mk，絕緣資料的熱導(dǎo)率為，絕緣資料的熱導(dǎo)率為0.04w/mk0.04w/mk，墻，墻外外表溫度為外外表溫度為10 10 ，內(nèi)外表為，內(nèi)外表為-5 -5 ，試計(jì)算進(jìn)入，試計(jì)算進(jìn)入冷庫的熱流密度及絕緣資料與磚墻的兩接觸面上的冷庫的熱流密度及絕緣資料與磚

4、墻的兩接觸面上的溫度。溫度。解：解： 根據(jù)題意，知根據(jù)題意，知t1=10 ，t 4 = - 5 , b 1 = b 3 = 0 . 1 2 m ，b2=0.10m1= 3= 0.70w/mk, 2= 0.04w/mk。Qt1t4t3t211 22 33b1b2b3.6233221141/27.570.012.004.010.070.012.0)5(10)(mWbbbttAQq 按溫度差分配計(jì)算按溫度差分配計(jì)算t2、t3: Cbqttbttq 1 . 970. 012. 027. 51011121121 1 . 4) 5(70. 012. 027. 54333 tbqt 解：按熱流密度公式計(jì)算解

5、：按熱流密度公式計(jì)算q q：.例例4-3 為保證平安并減少熱損為保證平安并減少熱損 蒸汽管外徑d1=140mm，其外有保溫層。知d1處T1=390，假設(shè)保溫層外T240， 保溫層的 要求Q/L450W/m， 試求1保溫層的厚度 2保溫層中溫度分布。7)./(0002. 01 . 0CmWT T1T2r1r2.81212rlnL/Q)TT(2rln 214. 0ln450)40390(143. 02 L/Q)TT(2rlnrln)r/rln(211212 mr141.02 mrr071. 007. 0141. 012 保溫層厚度保溫層厚度T1T2r1r2.T 分布：半徑為分布：半徑為 r 處，溫

6、度為處，溫度為T。9)/ln()(2450/11rrTTLQ 143.02)07.0ln(ln501 rTT86.941ln84.500 r由結(jié)果可見：即使由結(jié)果可見：即使 為常數(shù)，為常數(shù)，T T 分布呈曲線。分布呈曲線。T1T2r1r2.10例例4-4 在一在一603.5mm的鋼管外層包有兩層絕熱資料，里層的鋼管外層包有兩層絕熱資料，里層為為40mm的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱系數(shù)的氧化鎂粉，平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.07W/m，外層為，外層為20mm的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)的石棉層，其平均導(dǎo)熱系數(shù)=0.15W/m?，F(xiàn)用熱電偶。現(xiàn)用熱電偶測(cè)得管內(nèi)壁溫度為測(cè)得管內(nèi)壁溫度為500，最外層外表溫度為，最外層外表溫

7、度為80，管壁的導(dǎo)熱，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)系數(shù)=45W/m。試求每米管長(zhǎng)的熱損失及兩層保溫層界面的。試求每米管長(zhǎng)的熱損失及兩層保溫層界面的溫度。溫度。 34323212141ln1+ln1+ln1)(2=rrrrrrttLQq 解：解：(1)每米管長(zhǎng)的熱損失每米管長(zhǎng)的熱損失:此處，此處，r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07m r4=0.07+0.02=0.09m.11/4.19107.009.0ln15.0103.007.0ln07.010265.003.0ln451)80500(14.32mWLQq(2) 保溫層界面

8、溫度保溫層界面溫度t323212131ln1ln1)(2rrrrttLQ03.007.0ln07.010265.003.0ln451)500(14.324.1913t解得解得 t3=131.2 . 例例4-5 常壓下，空氣以常壓下，空氣以15m/s的流速在長(zhǎng)為的流速在長(zhǎng)為4m，603.5mm的鋼管中流動(dòng)，溫度由的鋼管中流動(dòng)，溫度由150升到升到250。試求管壁對(duì)空氣的。試求管壁對(duì)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。對(duì)流傳熱系數(shù)。 解：此題為空氣在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)迫對(duì)流解：此題為空氣在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)迫對(duì)流 定性溫度定性溫度 t=150+250/2=200 查查200時(shí)空氣的物性數(shù)據(jù)附錄如下時(shí)空氣的物性數(shù)據(jù)附錄如下

9、 Cp=1.026103J/kg. =0.03928W/m. =26.010-6N.s/m2 =0.746kg/m3 Pr=0.68特性尺寸特性尺寸 d=0.060-20.0035=0.053m l/d=4/0.053=75.5 60 .Re=du/=(0.05315 0.746)/(0.6 10-5) =2.28 104 104(湍流湍流)Pr=cp/=(1.026 103 26.0 10-5)/0.03928=0.688 .444 .60053.003928.0 Nud W/m2 此題中空氣被加熱，此題中空氣被加熱，n=0.4代入代入 Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023(22

10、800)0.8(0.68)0.4=60.4 .例例4-6一套管換熱器，套管為一套管換熱器，套管為893.5mm鋼管，內(nèi)管為鋼管，內(nèi)管為252.5mm鋼管。環(huán)隙中為鋼管。環(huán)隙中為p=100kPa的飽和水蒸氣冷凝，冷的飽和水蒸氣冷凝，冷卻水在內(nèi)管中渡過，進(jìn)口溫度為卻水在內(nèi)管中渡過，進(jìn)口溫度為15，出口為，出口為35。冷卻水流。冷卻水流速為速為0.4m/s，試求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。，試求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。 解：此題為水在圓形直管內(nèi)流動(dòng)解：此題為水在圓形直管內(nèi)流動(dòng) 定性溫度定性溫度 t=15+35/2=25 查查25時(shí)水的物性數(shù)據(jù)見附錄如下時(shí)水的物性數(shù)據(jù)見附錄如下 ：Cp=4.179103J

11、/kg =0.608W/m =90.2710-3Ns/m2 =997kg/m3 Re=du/=(0.020.4 997)/(90.27 10-5=8836 Re在在230010000之間，為過渡流區(qū)之間，為過渡流區(qū).Pr=cp/=(4.17910390.2710-5)/60.810-2 =6.2 l/d=2/0.02=100a可按式可按式Nu=0.023Re0.8Prn 進(jìn)展計(jì)算進(jìn)展計(jì)算,水被加熱水被加熱, n=0.4。9524. 088361061Re10618 . 158 . 15 f19789524. 0)2 . 6()8836(02. 0608. 0023. 0)()(023. 04

12、. 08 . 04 . 08 . 0 fcuddpii 校正系數(shù)校正系數(shù) f ：.例例4-7 一列管式換熱器，由一列管式換熱器，由252.5mm的鋼管組成的鋼管組成。管內(nèi)為。管內(nèi)為CO2，流量為，流量為6000kg/h，由，由55冷卻到冷卻到30。管外為冷卻水，流量為。管外為冷卻水，流量為2700kg/h，進(jìn)口溫度為，進(jìn)口溫度為20。CO2與冷卻水呈逆流流動(dòng)。知水側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)與冷卻水呈逆流流動(dòng)。知水側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為為3000W/m2K，CO2 側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為40 W/m2K 。試求總傳熱系數(shù)。試求總傳熱系數(shù)K思索污垢熱阻，分思索污垢熱阻，分別用內(nèi)外表積別用內(nèi)外表積S

13、1，外外表積，外外表積S2表示。表示。 解：查鋼的導(dǎo)熱系數(shù)解：查鋼的導(dǎo)熱系數(shù) =45W/mK 取取CO2側(cè)污垢熱阻側(cè)污垢熱阻Rd1=0.5310-3m2K/W 取水側(cè)污垢熱阻取水側(cè)污垢熱阻Rd2=0.2110-3m2K/W.以內(nèi)、外外表計(jì)時(shí)，內(nèi)、外外表分別用下標(biāo)以內(nèi)、外外表計(jì)時(shí)，內(nèi)、外外表分別用下標(biāo)1、2表示。表示。 kmwddRRddddbKm 2212d1d212111/5 .38025. 002. 000021. 000053. 0025. 002. 0300010225. 002. 0450025. 04011111 kmwRddRddbddKm 22121d221212/7 .300

14、0021. 002. 0025. 000053. 0300010225. 0025. 0450025. 002. 0025. 04011111 2211111dSdSbdSKdSm .例例4-8一列管換熱器由一列管換熱器由25mm2.5mm的鋼管組成的鋼管組成試求：試求：1總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K；2假設(shè)將管外假設(shè)將管外 2提高一倍，其他不變，提高一倍，其他不變，K值如何變化？值如何變化？3假設(shè)將管外假設(shè)將管外 1提高一倍，其他不變，提高一倍，其他不變，K值如何變化？值如何變化？空氣空氣T1冷水冷水t1t2T2鋼管鋼管 =45Wm-1 K-1 。 1=4000Wm-2 K -1管外空氣側(cè)的管外空

15、氣側(cè)的 2= 50Wm-2 K -1.解：25mm2.5mm 12221121 .4902037. 002. 000006173. 00003125. 05010225. 0025. 0450025. 0020. 04000025. 011 KmWKddbddKm 冷水冷水t1鋼管鋼管 =45Wm-1 K-1 1=4000Wm-2 K -1管外空氣側(cè)的管外空氣側(cè)的 2T1T2t2.22提高一倍時(shí)：3 1提高一倍時(shí)： 12221124 .9601037. 0250/100006173. 00003125. 011 KmWKddbddKm 12221125 .4902022. 002. 00000

16、6173. 02/0003125. 011 KmWKddbddKm .原：原：K1=49.1 Wm-2 K -1 ， 2提高一倍時(shí)：提高一倍時(shí)：K2=96.97 Wm-2 K -1 ， 1提高一倍時(shí)：提高一倍時(shí)：K3=49.6 Wm-2 K -1結(jié)論：要想提高結(jié)論：要想提高K值，必需分析各熱阻的大值，必需分析各熱阻的大小，減小控制步驟的熱阻，那么可明顯小，減小控制步驟的熱阻，那么可明顯提高提高K值，加大傳熱速率。值，加大傳熱速率。.例例4-9 現(xiàn)要求每小時(shí)將現(xiàn)要求每小時(shí)將500kg的乙醇飽和蒸氣的乙醇飽和蒸氣Tb=78.5 在換熱器內(nèi)冷凝并冷卻至在換熱器內(nèi)冷凝并冷卻至30 ,知其傳熱系數(shù)在冷凝

17、和冷卻時(shí)分別為知其傳熱系數(shù)在冷凝和冷卻時(shí)分別為1=3500Wm-2 K-1， 2=700Wm-2 K-1，t1=15 ， t2=35。知水的傳熱系數(shù)。知水的傳熱系數(shù)3=1000Wm-2 K-1，cp,c=4.2kJkg-1K-1,忽略管壁和污垢熱阻忽略管壁和污垢熱阻,求換熱器的傳熱面積。求換熱器的傳熱面積。.解：乙醇冷凝放熱：乙醇冷卻放熱：WkgJskgrqQhm513,11022. 1108803600500 WCCkgJskgtcqQhphm4113,21089. 1305 .78108 . 23600500 總放熱：總放熱：Q1+Q2=1.41105W.冷卻水流量 用傳熱速率方程求傳熱面

18、積，既有相變傳熱，也有無相變的變溫傳熱，因此將傳熱面積分段求解，分為冷凝段和冷卻段，求得兩段分界處的水溫，再求其他。 111512,68. 1153542001041. 1 skgCCkgJWttcQqcpcm78.578.5353015. 冷凝段 兩段分界處水溫：t=35-17.3=17.7 78.578.5353015,tcqrqcpcmhm Ccqrqtcpcmhm 3 .17420068. 11022. 15,.冷凝段：冷凝段： 1231177810001350011111 KmWK 251 ,11104. 36 .517781022. 1mtKQSm Ctm 6 .51355 .78

19、7 .175 .78ln355 .787 .175 .781 ,78.578.535301517.7 .冷卻段冷卻段 換熱器傳熱面積S=S1+S2=3.04+1.40=4.44m2 Ctm 8 .3215307 .175 .78ln15307 .175 .782, 123224121000170011111 KmWK 242,22240. 18 .324121089. 1mtKQSm 78.578.535301517.7 .3. 換熱器的操作型計(jì)算換熱器的操作型計(jì)算假設(shè)qm,c=1.2 qm,c，t1、t2不變，應(yīng)采取什么措施? 忽略管壁熱阻和污垢熱阻T1T2t1t28020T=116.3P=

20、1.765 105Pa殼間水蒸氣冷凝殼間水蒸氣冷凝空氣湍流空氣湍流例例4-10. 原流量下： 新流量下： 2傳熱速率 原流量下 ，式中 蒸氣蒸氣空氣空氣蒸氣蒸氣空氣空氣 111 K 0525(1)熱量恒算熱量恒算tcqQcpcm ,QtcqtcqQcpcmcpcm2 . 12 . 1, mtKAQ 空氣空氣 K60002000030000100000T2T1t1t2 12 KmW. 新流量下，強(qiáng)迫湍流，管徑不變， 那么8 . 01u uu2 . 1 16. 12 . 12 . 18 . 08 . 08 . 0 uu空氣空氣空氣空氣 16. 1mmtKAtAKQ mmmmmttttKAtKAQQQQ 034. 116. 12 . 116. 12 . 1. 原流量下 新流量下 Ctm 5 .61803 .116203 .116ln803 .116203 .116Ctm 6 .635 .61034. 1 CTTTTtm 6 .638020ln8020CT 2 .118只需提高飽和蒸氣的壓力才干滿足要求。只需提高飽和蒸氣的壓力才干滿足要求。Pap510961. 1 T1= 116.3T2=T1t1=20t2=80P=1.765 105PaT1=？qm,c=1.2 qm,c.例例4-11 在一由在一由252.5mm鋼管構(gòu)成的廢熱鍋爐中，管內(nèi)通入高溫