列管式换热器由19根φ19×2mm、长为1.2m的钢管组成，拟用冷水将质量流...

问答题列管式换热器由19根φ19×2mm、长为1.2m的钢管组成，拟用冷水将质量流量为350kg/h的饱和水蒸气冷凝为饱和液体，要求冷水的进、出口温度分别为15℃和35℃。已知基于管外表面的总传热系数为700W/（m²·K），试计算该换热器能否满足要求。

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1.问答题 在套管换热器中用冷水将100℃的热水冷却到50℃，热水的质量流量为3500kg/h。冷却水在直径为φ180×10mm的管内流动，温度从20℃升至30℃。已知基于管外表面的总传热系数为2320W/（m²·K）。若忽略热损失，且近似认为冷水和热水的比热相等，均为4.18kJ/（kg·K）.试求
（1）冷却水的用量；
（2）两流体分别为并流和逆流流动时所需要的管长，并加以比较。

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2.问答题 在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为φ19×2mm的钢管内流动，水的对流传热系数为3490W/（m²·K），煤油的对流传热系数为458W/（m²·K）。换热器使用一段时间后，管壁两侧均产生污垢，煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176m²·K/W和0.00026m²·K/W，管壁的导热系数为45W/（m·K）。试求
（1）基于管外表面积的总传热系数；
（2）产生污垢后热阻增加的百分数。

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3.问答题某流体通过内径为50mm的圆管时，雷诺数Re为1×10⁵，对流传热系数为100W/（m²·K）。若改用周长与圆管相同、高与宽之比等于1：3的矩形扁管，流体的流速保持不变。问对流传热系数变为多少？

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4.问答题用内径为27mm的管子，将空气从10℃加热到100℃，空气流量为250kg/h，管外侧用120℃的饱和水蒸气加热（未液化）。求所需要的管长。

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5.问答题水以1m/s的速度在长为3m的φ25×2.5mm管内，由20℃加热到40℃。试求水与管壁之间的对流传热系数。

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6.问答题某加热炉为一厚度为10mm的钢制圆筒，内衬厚度为250mm的耐火砖，外包一层厚度为250mm的保温材料，耐火砖、钢板和保温材料的导热系数分别为0.38W/（m·K）、45W/（m·K）和0.10W/（m·K）。钢板的允许工作温度为400℃。已知外界大气温度为35℃，大气一侧的对流传热系数为10W/（m²·K）；炉内热气体温度为600℃，内侧对流传热系数为100W/（m²·K）。试通过计算确定炉体设计是否合理；若不合理，提出改进措施并说明理由。（补充条件：有效管径2.0m）

参考答案：设由耐火砖内侧表面和保温材料外测表面的面积分别为A₁和A₄，耐火砖、钢筒和保...

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7.问答题 某一Φ60mm×3mm的铝复合管，其导热系数为45W/（m·K），外包一层厚30mm的石棉后，又包一层厚为30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.15W/（m·K）和0.04W/（m·K）。试求：
（1）如已知管内壁温度为-105℃，软木外侧温度为5℃，则每米管长的冷损失量为多少？
（2）若将两层保温材料互换，互换后假设石棉外侧温度仍为5℃，则此时每米管长的冷损失量为多少？

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8.问答题 某燃烧炉的炉壁由500mm厚的耐火砖、380mm厚的绝热砖及250mm厚的普通砖砌成。其λ值依次为1.40W/（m·K），0.10W/（m·K）及0.92W/（m·K）。传热面积A为1m²。已知耐火砖内壁温度为1000℃，普通砖外壁温度为50℃。
（1）单位面积热通量及层与层之间温度；
（2）若耐火砖与绝热砖之间有一2cm的空气层，其热传导系数为0.0459W/（m·℃）。内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？

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9.问答题某平壁材料的导热系数λ=λ₀（1+aT）W/（m·K），T的单位为℃。若已知通过平壁的热通量为qW/m²，平壁内表面的温度为T₁。试求平壁内的温度分布。

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10.问答题用平板法测定材料的导热系数，即在平板的一侧用电加热器加热，另一侧以冷水通过夹层将热量移走，同时板的两侧由热电偶测量其表面温度，电热器流经平板的热量为电热器消耗的功率。设某材料的加热面积A为0.02m²，厚度b为0.01m，当电热器的电流和电压分别为2.8A和140V时，板两侧的温度分别为300℃和100℃；当电热器的电流和电压分别为2.28A和114V时，板两侧的温度分别为200℃和50℃。如果该材料的导热系数与温度的关系为线性关系，即λ=λ₀（1+aT），式中T的单位为℃。试确定导热系数与温度关系的表达式。

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