蒸汽管外面包扎有两层厚度相等的绝缘材料

例题 例1. 蒸汽管外面包扎有两层厚度相等的绝缘材料，第二层的对数平均直径相当于第一 层的对数平均直径的两倍，而第二层的导热系数则为第一层的1/2。若将两层材料互换位置 而其它情况均保持不变， 问每米蒸气管保温层的总热阻改变多少？是增加还是减少？并说明 哪一种绝热层材料包在内层更为有效？ 解：（1）原工况：d m,2 =2d m,1 , 2＝1/21 设内保温层热阻为R 1，外保温层热阻为R2，两层总热阻为R1+2，则： R 12  R 1  R 2      1 A m,1    2 A m,2   (2 2)dm,1L  2(2dm,1)L   2dm,1L （2）新工况：将两层互换位置后，设内保温层热阻为 R 1，外保温层热阻为R 2，两 R 1  2  R 1  R 2      2 A m,1    1 A m,2 层总热阻为R 1 2，则：＋    2dm,1L  1dm,2 L   2dm,1L 1.25 即： R 1+2=1.25R1+2 可见，将绝热材料好的（即小的）放在内层，可以减少热损失。 例例2.2. 每小时500kg的常压苯蒸汽，用直立管壳式换热器加以冷凝，并冷却至 30℃，冷却 介质为20℃的冷水，冷却水的出口温度不超过45℃，冷热流体呈逆流流动。 已知苯蒸汽的冷 凝温度为80℃，汽化潜热为390kJ·kg-1, 平均比热容为1.86kJ·kg-1·K-1, 并估算出冷凝段的传热 系数为500W·m-2·K-1， 冷却段的传热系数为100W·m-2·K-1， 试 求所需的传热面积及冷却水用量为多少？ 解：如图所示为流体流经换热器的换热过程 （1）冷却段热流量为： 500 1.86103(8030) 3600  1  q n,hCp,h (T 1 T 2 )  = 1.29×104W （2）冷凝段热流量为： 例 2 附图 冷却水用量为： = = 0.639kg·s-1  2  q n,h r  500 390103 5.42104W 3600 （3）冷却段： T /  1 q n,cCp,c 1.29104 T 20  24.8C 30.6394.210 / 2 T m  （4）冷凝段： (8024.8)(3020)  26.5C 8024.8 ln 3020 2A1 = = = 4.88m T m  (8024.8)(8045)  44.3C 8024.8 ln 8045 A2 = = = 2.45m2 所需总传热面积为： A = A 1＋A2= 4.88 + 2.44 = 7.33m2 例例3 3. 有一换热器，热流体为100℃的热水，冷流体为20℃的冷水。在某一工况下，两侧 给热系数皆为1000W·m-2·K-1，并测得冷、热水出口温度分别为50℃、30℃。若保持热流体 流量不变， 冷却水用量增加一倍。 问此时冷、 热水出口温度分别为多少？ （近似按平壁处理） 。 解：原工况下： K  1 1  1  1  1 11  10001000 = 500W·m-2·K-1  2 T m  (10050)(3020)  24.85C 10050 ln 3020 热量衡算式：q n,hCp,h(T2－T1) = qn,cCp,c(T2/ -T1/ ) 即：= = = 2.33 又：q n,cCp,c(T2/ -T1/) = KA△T m = = = 1.21 新工况下，冷水流量加倍， 2 = 2 0.8 2 K/ 1 1  1  1 20.8 2  1 11  0.8100021000 635W·m-2·K-1 = · · = = 0.768 设冷、热流体出口温度为T2,2/、T 2,2 , 则： = = = = 2  2.33 = 4.66（1） q n,c Cp,c (T2,2/-T1/) = q n,h C p,h (T 1 -T 2,2 )  KA q n,c (T 1 T 2 / ,2 )  (T 2,2 T 1 /) ln /T 1 T ,22 C (T 2,2 - T1 ) p,c / T 2,2 T 1 / ln T 1 T 2 / ,2 T 2,2 / K/A q n,cCp,c  / (1) qCT 1 /q n C n,hn,h,cp,c 整理得： ln 100T 2 / ,2 T 2,2 20 100T 2 / ,2 T 2,2 20  0.768(4.6611) （2） 16.62 联立（1）、（2）式解得：T 2,2 = 23.8℃,T 2,2 /=36.4℃ 问：当冷水流量增加后，传热推动力及传热速率如何变化？ 例例4 4在间歇搅拌釜内装有外表面积为1m2的沉浸式蛇管换热器，釜内装有1000kg比定 压比热容为3.8103 J·kg-1·℃-1的反应物溶液， 蛇管内通入120℃的饱和蒸汽加热溶液。 若蛇管 总传热系数为600 W·m-2·K-1，试计算将物料由25℃加热至90℃所需的时间。 解：该过程为不定常传热过程 设加热蒸汽温度为T，某瞬间釜内物料温度为t℃，在微分段时间d 内，温度升高 dt，则 /d mc dT  KS(T T )d p mc p 120 25dT dln /KSKS12090T T 250 90mc p 10003.810395 ln 730s  0.203h 6000130 习习题题 1. 如图，有一加热器，为了减少热损失，在壁外面包一层绝热材料,厚度为300mm，导 热系数为0.16W·m·K-1。已测得绝热层外侧温度为30℃，在插入绝热层 50mm处测得温度为75℃。试求加热器外壁面温度为若干？ 2. 红砖平壁墙， 厚度为500mm， 一侧温度为200℃， 另一侧为30℃， 设红砖的平均导热系数=0.81W·m·K-1。试求： （1）单位时间，单位面积上导过的热量； （2）距离高温侧370mm处的温度。 习题1 附 图 3. 用平板法测定材料的导热系数。其主要设备为在平板的一侧用电热器加热，另一侧 用冷水冷却，同时在板之两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为 0.02m2, 材料的厚度为20mm，现测得电流表的读数为2.8A，伏特计的读数为140V，两侧温度分别为 280℃和100℃，试求该材料的导热系数。 4. 燃烧炉的平壁从里到外依次由下列三种砖砌成： 耐火砖 b 1 = 230mm,  1= 1.05 W·m·K-11 绝热砖 b 2 = 230mm,  2= 0.151 W·m·K-1 普通砖 b 3 = 240mm,  3= 0.93 W·m·K-1 若已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖接触处的温度为940℃，而绝热砖与 普通砖接触处的温度不得超过138℃。试问： （1）绝热层需用几块绝热砖？ （2）普通砖外侧温度为若干？ 5. 某炉壁由200m