化工原理课后答案(中国石化出版社) 第7章 辐射传热与管式加热

第七章 辐射传热与管式加热炉

第七章 辐射传热与管式加热炉

1.有一个炉丝温度为1120K，功率1KW的电炉。若炉丝长0.3m，直径10mm，黑度0.95，试计算炉丝的辐射效率(炉丝辐射功率与电功率之比值)。 解：炉丝辐射功率：

Q??A?0T4=0.95???0.01?0.3?5.67?10?8?11204?798.8(W)

炉丝的辐射效率=798.8?79.8% 10002.有一3×l×lm的热钢锭，它的95％的表面暴露在外。此钢锭的黑度为0.3，它的导热系数非常高(即传热速率不受内部导热的限制)，而周围空气的温度为303K。钢的比热容和密度分别为500J/(kg.K)和7800kg/m3。假定通过支承物的导热损失忽略不计，对流热损失很小，试计算钢锭从1273K冷却至1073K的时间。 (提示：热平衡Q＝dH44，钢锭焓的下降速率。因T>>Ta，故T4-Ta?T) dt解：dH??VcpdT ?VCpdTdHQ?????A?0T4 dtdt?VCpdT分离变量，得：?dt??? 401273?A?0Tt1073?0dt???1273t10737800?3?1?1?500dT ?840.3?0.95?(3?1?4?1?1?2)?5.67?10T1 页 第

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111t??5.17?10?[??(?)]=5598(S)=1.55h 33310731273133.厚金属板上有一个如图所示的开口空腔。若金属板具有均匀温度，且空腔壁面黑度为l，试问空腔壁面所辐射的能量经开口处进入环境的分率是多少?

解：A2?21?A1?12 ?12?A2?2110L??10.6% A140L?40L?2?52L4.两块平行放置的平板，温度分别保持t1＝800K和t2＝300K，板的黑度?1??2＝0.8、板间距离远小于板的宽度和高度。试求板的本身辐射；板1和板2之间的辐射换热量；板1的有效辐射；板1的反射辐射；对板1的投入辐射及板2的有效辐射。

解：⑴板1的本身辐射：

E1??1?oT14?0.8?5.67?10?8??527?273??1.8579?104 Wm2

42 页 第

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板2的本身辐射：

E2??2?oT2?0.8?5.67?104?8??27?273??367.416 Wm2

4⑵板的有效辐射： 由Wi??iEoi??i?Wi?ij

j?1n?W1??1Eo1??1?W1?11?W2?12? 得? ?W2??2Eo2??2?W1?21?W2?22??W1?0.8?5.67?10?8??527?273?4?0.2W2 即? 4?8?W2?0.8?5.67?10??27?273??0.2W1?W1?19430 Wm2解方程组得：? 2?W2?4253.4 Wm?i?Eoi?Wi?Ai 得： 由 Qi??iq1??1?E01?W1??0.8?5.67?10?8??527?273?4?19430??15177(W/m2)?10.2 或另一方法： Q1211?Eo1?Eo2? ???5.67?10?8?8004?3004 =15184 Wm211A1?1?1??1?1?20.80.8??

W1?Eo1?

Q12?10.2??5.67?10?8?8004?15184?=19428 Wm2 A?10.83 页 第

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W2?Eo2?Q12?20.2??5.67?10?8?3004?15184?=4255.27 Wm2 A?20.8 投入辐射：E2i??Wj?ij

E21??11W1??12W2?W2?4255.27 Wm

2 E22??21W1??22W2?W1?19428 Wm

2 反射辐射：ERi??iEti ?1E21?0.2?4255.27?851.54 Wm2 ?2E22?0.2?19428?3885.6 Wm2 板1： 板2： ⑶两板间的辐射换热量，即净辐射量：

Eo1??Eo25.67?10?8?8004?3004q12???15184 Wm2

1111??1??1?1?20.80.85.有一边长为0.5m的正方体空腔，其顶面温度恒为573K，而其余表面的温度均保持373K。假定所有表面的黑度都是0.8，试计算顶面和其它表面之间的辐射换热量。 解：设顶面为表面1，其余表面为表面2， ???21?A10.5?0.5?12??1?0.2 A25?0.5?0.5?22?1??21?1?0.2?0.8

板的有效辐射：由Wi??iEoi??i?Wi?ij

j?1n4 页 第

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得??W1??1Eo1??1?W1?11?W2?12? ?W2??2Eo2??2?W1?21?W2?22?4?W1?0.8?5.67?10?8??573??0.2W2 即? 4?8?W2?0.8?5.67?10??373??0.2(0.2W1?0.8W2)?W1?5147.9 Wm2解方程组得：? 2?W2?1290.4 Wm由 Qi??i?Eoi?Wi?Ai 得 ?iQ1??1?E01?W1?A1?0.8?5.67?10?8??573?4?5147.9??0.5?0.5?964(W)?10.2 方法二：这种情况可看成一物包一物的情况，即将顶面看成其余几面所包的物体 A1(EO1?EO2)0.52?5.67?10?8?(5734?3734)Q12???965.3(W) 21A1110.51?(?1)?(?1)?1A2?20.85?0.520.86.板1和板2平行放置且相距很近。若在它们之间插入一块黑度?3＝0.05的磨光镍片板3，试证明当?1??2＝0.8时，板l和板2之间无遮热板的辐射换热量为有遮热板时的27倍。 证明：无遮热板的辐射换热量为q12?E01?E02E01?E02E?E02 ??0111111.5??1??1?1?20.80.8有遮热板时：q13?E01?E03E01?E03E?E03??01

111120.25??1??1?1?30.80.055 页 第

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q32?E03?E02E03?E02E?E02 ??03111120.25??1??1?3?20.80.05达到热平衡时：q13?q32，即解得：E03?E01?E03E03?E02 ?20.2520.251(E01?E02) 21E01?(E01?E02)E?E03E?E022 q13?01??0120.2520.2540.5E?EE?Eq12/q13=0102/0102=27 1.540.5所以板l和板2之间无遮热板的辐射换热量为有遮热板时的27倍。 7.有一储存液氮的保温瓶，由同心圆筒构成，内层长0.5m，直径为0.2m；而外层长0.52m，直径为0.22m。瓶的颈部非常狭窄，同时中间真空层的表面用黑度为O.04的铝膜覆盖。己知液氮的沸点为126K，室内空气为294K，试计算传给氮的净辐射热。 解：一物包一物：Q12?A1(E01?E02) 1A11?(?1)?1A2?2A1??d1L1?2?(d120.222)???0.22?0.52?2??()?0.1386? 22d220.2)???0.2?0.5?2??()2?0.12? 224A2??d2L2?2?(Eo1??oT14?5.67?10?8??294??423.6 Wm2 E02??oT24?5.67?10?8??126??14.3 Wm2

46 页 第

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A1(E01?E02)0.1386?(423.6?14.3)Q12???3.38W

10.1386?11A11?(?1)?(?1)0.040.12?0.04?1A2?28.有一个4× 4× 4m的空腔，其中一个侧壁温度恒为523K，底面温度维持在303K，其它壁面均绝热。假定所有壁面都是黑表面，并已知垂直面间的角系数为0.2，试计算热的侧壁和底面之间的辐射换热量。

解：设侧壁温度恒为523K的表面为表面1，底面为表面2，其它壁面为表面3

?12?0.2?21?0.2， ?13?1??12?1?0.2?0.8?23?1??21?1?0.2?0.8?31??32?A1?134?4?0.8??0.2A34?4?4A2?234?4?0.8??0.2A34?4?4 ?33?1??31??32?1?0.2?0.2?0.6Eo1??oT14?5.67?10?8??523??4242.2 Wm2 4E02??oT24?5.67?10?8??303??477.9Wm2 4表面1和表面2的直接辐射换热量： Q12?A1?12(E01?E02)?4?4?0.2?(4242.2?477.9)?12045.8W

表面3反射的热量：（?31= ?32）

'Q12?11A1?12(E01?E02)??4?4?(1?0.2)?(4242.2?477.9)?24091.6W22' Q12?Q12?12045.8?24091.6?36137.4W

7 页 第

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9.对流室的烟气中含H2015％(体)，CO27.5％(体)，试求烟气的黑度和吸收率。假定对流室管束为等边三角形排列，炉管为Ф89× 6，管心距S1＝2dc。排间距S2＝0.866S1。烟气的平均温度为848K，管壁温度为558K。 解：由P337表7-3查得，对流室中烟气平均辐射长度为

L?2.8D?2.8?0.089?0.249m

设烟气总压为1atm，pH2O?0.15atm ，pCO2?0.075atm

pH2O?L?0.15?0.249?0.0374atm?m pCO2?L?0.075?0.249?0.0187atm?m

烟气温度为848K，查P338-339图7-8，7-10，7-11，7-12，得

?CO?0.066 ?HO?0.082 ??g?0.045 CHO?1.07

222?g?(?CO??HO)(1???g)?(0.066?0.082?1.07)(1?0.045)?0.147

22管壁温度TW=558K，pH2O?L?(TW558)?0.15?0.249??0.0246atm?m Tg848TW558)?0.075?0.249??0.0123atm?m Tg848pCO2?L?(管壁温度TW=558K，查P338-339图7-8，7-10，7-11，7-12，得

?CO*?0.05 ?HO?0.082 ??g?0.045 CHO?1.07

222*?CO??CO?(22TgTWTgTW2)0.65?0.05?(8480.65)?0.0656558

8480.65)?0.115558

?HO??2*H2O?()0.65?0.082?1.07?(?g?(?CO??HO)(1???g)?(0.0656?0.115)(1?0.045)?0.172

28 页 第

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10.温度为823K的混合气体，在直径为200mm的圆管中流过。混合气体中含有CO2l3％(体)、和H2011％(体)。若管内壁温度恒为423K，黑度等于l。试计算混合气体与单位管长的辐射换热量。可认为气体总压力1.013×l05Pa。 解: 设烟气总压为1atm，pH2O?0.11atm，pCO2?0.13atm

V??4di2l??4?0.22?1?0.01?

A??dil?2?L?3.6?4di2???0.2?1?2??4?0.22?0.22?

V0.01?3.6?0.1636 A0.22pH2O?L?0.11?0.1636?0.02127atm?m pCO2?L?0.13?0.1636?0.018atm?m 烟气温度为823K，查P338-339图7-8，7-10，7-11，7-12，得

?CO?0.069 ?HO?0.05 ??g?0.048 CHO?1.07

222?g?(?CO??HO)(1???g)?(0.069?0.05?1.07)(1?0.048)?0.1166

22管壁温度TW=558K，pH2O?L?(TW423)?0.11?0.1636??0.01093atm?m Tg823pCO2?L?(TW423)?0.069?0.1636??0.009252atm?m Tg823管壁温度TW=558K，查P338-339图7-8，7-10，7-11，7-12，得

?CO*?0.049 ?HO*?0.051 ??g?0.048 CHO?1.07

222?CO??2*CO2?(TgTW)0.65?0.049?(8230.65)?0.07552423

9 页 第

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*?HO??HO?(22TgTW2)0.65?0.051?1.07?(8230.65)?0.075423

?g?(?CO??HO)(1???g)?(0.07552?0.075)(1?0.048)?0.1433

2qgW?5.67?Tg41??WT[?g()??g(W)4] 2100100?5.67?1?182344234[0.1166()?0.1443()]?2771(W/m2)2100100

Q?2771???0.2?1?1741(W/m)

11.一个外径为100mm的钢管，通过室温为300K的大房间，已知管子外壁温度为373K，其表面黑度为0.85，空气与管壁间的自然对流放热系数为8.55W/(m2.K)、试确定辐射换热系数及单位管长的热损失。 解:本题目中的辐射换热可看作是一物包一物的情况 房间中空气的A2>>管子的A1, A1/ A2=0 4qR??1?o?TW?Tg4??0.85?5.67?10?8?(3734?3004)?542.5(W/m2)

辐射换热系数?R?qR542.5??7.43(W/m2?K)

TW?Tg373?300单位管长的热损失： qL?(?R??c)?dl(TW?Tg)?(7.43?8.55)??0.1?1?(373?300)?366.5(W/m)12.用热电偶测量管道中热空气流的温度，热偶读数为200℃, 管道内壁温度为l00℃，热电偶热端的黑度为0.8，由空气流至热端的对流传热膜系数为46.52W/(m2·K)，试求空气的真实温度和以热偶读数为空气温度的测量误差。 解：热电偶的热端既与热空气进行对流传热，又与管内壁进行辐射换热，当热电偶的读数稳定时，上述两个热量达到平衡，即

qA?qB

10 页 第

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热电偶与热空气的对流传热：qA??c?Tg?T1? 热电偶与管壁的辐射传热： qB??o?T14?T24??1A1?1???1???1A2??2??

其中式中下标1为热电偶，2为管壁， ?

A1A2?0 ? ?g1?Tg?T1?A1??1?o?T14?T24?A1

?1?o40.8?5.67?10?84?T1?T2??200??4734?3734?=230℃ Tg?T1??g146.52 误差：??230?200?100%?13.04% 230 如果在热电偶外加一遮热罩，可以减少测量误差。

13.如果上一题中的热电偶外增加一遮热罩，其黑度为0.8。空气至热电偶热端的对流传热膜系数仍为46.52w/( m2·K)，空气至遮热罩内、外壁的对流传热膜系数为11.63W/( m2·K)。假设其它条件不变，试求以热电偶读数作为空气温度之测量误差。 解：解法一（热偶的读数为200℃） 热电偶的热端既与热空气进行对流传热，又与遮热罩进行辐射换热，当热电偶的读数稳定时，上述两个热量达到平衡，即

热电偶与热空气的对流传热：qA??c?Tg?T1? 热电偶与遮热罩的辐射传热： qB?qA?qB

?o?T14?T24?1?111 页 第

?A1A2?1????1????2?

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其中式中下标1为热电偶，2为遮热罩 ? A1A2?1 ? ?c?Tg?T1???o?T14?T24?1?1?1

?2?15.67?10?8473.154?T24代入数据：46.52?Tg?200??11??10.80.8

??整理得：46.52Tg?3.78?10?8T24?2.39?104 （1） 对遮热罩作热量衡算： 空气对流传给遮热罩的热： qair?2?c2?Tg?T2??2?11.63?Tg?T2??23.26?Tg?T2?

热电偶的热端辐射给遮热罩的热： qR1??o?T14?T24?1?1??A1?1???1?A2???2?5.67?10?8473.154?T24?

11??10.80.8??其中式中下标1为热电偶，2为遮热罩，A1遮热罩辐射给管壁的热： qR2?A2?1

?o?T24?Tw4?1?1??A1?1???1??A2??2?4???oT24?TW?0.8?5.67?10?8T24?373.154

????其中式中下标1为遮热罩，2为管壁，A1当达到热平衡，qair+ qR1= qR2

A2?0

代入数据整理,得8.32?10?8T24?23.26T2?23.26Tg?2.77?103 (2)

12 页 第

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由(1)，(2)可解得：T2?451K，Tg?480.1K=207℃ 误差：

207?200?3.43%

207解法二：（空气温度不变为230℃）：

热电偶与热空气的对流传热：qA??c?Tg?T1? 热电偶与遮热罩的辐射传热： qB??o?T14?T24?1?1?A1A2?1????1????2?

其中式中下标1为热电偶，2为遮热罩， ? A1A2?1 ? ?c?Tg?T1???o?T14?T24?1?1?1 ?2?15.67?10?8T14?T24代入数据：46.52?503.15?T1??11??10.80.8 2整理得：46.52?503.15?T1???5.67?10?8T14?T24 （1）

3????对遮热罩作热量衡算： 空气对流传给遮热罩的热： qair?2?c2?Tg?T2??2?11.63?503.15?T2??23.26?503.15?T2?

热电偶的热端辐射给遮热罩的热： qR1??o?T14?T24?1?1?A1A2?1????1????2??2?5.67?10?8T14?T24 3??其中式中下标1为热电偶，2为遮热罩，A1遮热罩辐射给管壁的热：

13 页 第

A2?1

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qR2??o?T24?Tw4??1A1?1????1??1A2??2??4???oT24?TW?0.8?5.67?10?8T24?373.154

????其中式中下标1为遮热罩，2为管壁，A1当达到热平衡：qair+ qR1= qR2 代入数据整理,得：

A2?0

223.26?503.15?T2?+ ?5.67?10?8T14?T24=

3??0.8?5.67?10?8T24?373.154 (2)

??由(1)，(2)可解得：T1?493.62K=220.47℃，T2?467.19K=194.04℃ 误差：230?220.47?4.1% 2302014.某燃料油相对密度d4＝0.970，含硫1.4％(质量)，试求其低发热值和理论空气用量。 20?26?15?0.97?11.45 解：燃料油的族组成：H?26?15d4 C?100??H?S??100?11.45?1.4?87.15

低发热值：Q???81C?246H?26?S?O??6W??4.187 =?81?87.15+246?11.45+26?1.4??4.187

=4.1503?104 kJkgFuel 1?2.67C?8H?S?O?23.21?2.67?87.15?8?11.45?1.4? =23.2 =14.038 kgAirkgFuel理论空气用量：Lo?15加热炉的燃料为重油，其组成(质量百分比)为：C－84％；H－13％；S－1.5％；0－1.5％试求：(1)重油的低发热值；(2)理论空气用量；(3)过剩空气

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系数?＝1.3时的实际空气用量。

解：(1)低发热值：Q???81C?246H?26?S?O??6W??4.187

=?81?84+246?13+26?0??4.187=4.19?104 kJkgFuel

(2)理论空气用量：Lo?1?2.67C?8H?S?O? 23.21?2.67?84?8?13?0? 23.2=14.15kgAirkgFuel=(3)L?L?0?14.15?1.3?18.40

16.已知燃料气之组成如下，试求其低发热值及理论空气用量。

解：由表6-3（P217）可查得各种气体的体积低发热值：

Q???q?iyi?(23384?4.2?11096?9.59?35711?28.01 ?63584?11.09?59472?2.12+91034?9.65?86411?9.40 ?109281?4.39?113719?7.25?138378?0.36)/100 =5.0882?104 kJnm3Fuel

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第七章 辐射传热与管式加热炉

Vo??Voiyi?(7.14?4.2?2.38?9.59?9.52?28.01?16.66?11.09 ?14.28?2.12+23.8?9.65?22.42?9.40?30.94?4.39 ?28.56?7.25?35.7?0.36)/100?0.014/0.21 =13.24 nm3Air/nm3Fuel 组分 体积% 体积低发热值kJ/Nm3 理论空气用量Nm3/Nm3 组分 体积% 体积低发热值kJ/Nm3 H2S 4.2 23384 7.14 C2H4 CO2 H2 N2 O2 1.4 0 0 C4H8 7.25 CH4 C2H6 0.64 9.59 11.9 0 0 C3H8 11096 2.38 C3H6 0 0 C4H10 28.01 11.09 35711 63584 9.52 16.66 C5H10 0.36 2.12 9.65 9.40 4.39 59472 91034 86411 109281 113719 138378 理论空气用量Nm3/Nm3 14.28 23.8 22.42 30.94 28.56 35.7 17.如将天然气甲烷作为加热炉的燃料，试求当过剩空气系数?＝1.25时，甲烷完全燃烧后烟气的分析组成，％(体)。 解：根据燃烧反应： CH4?2O2 ? CO2?2H2O 由此可知1nm3CH4气完全燃烧时需要2nm3O2，即9.524nm3Air 实际空气用量：V??Vo?1.25?9.524?11.9nm3Air 如果认为烟气中只有O2、CO2、H2O、N2，则有

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第七章 辐射传热与管式加热炉

组分 燃烧前 燃烧后 分析组成% 干基组成% CH4 1 0 O2 2.5 0.5 N2 9.4 9.4 CO2 0 1 H2O 0 2 ∑ 12.9 12.9 100 100 3.876 72.868 7.752 15.504 4.587 86.239 9.174 0 18.某厂实测催化原料加热炉的烟气分析组成为：O2─8.0％(体)，CO2─8.0％(体)，试计算其过剩空气系数。 解：??100?yCO2?yO2100?yCO2?4.76yO2?100?8?8?1.56 100?8?4.76?819.某加热炉加热原油52000kg/h，原油开始末气化，由453K加热至638K，并气化率为0.25(质量)，试求炉子的热负荷和燃料用量。 原油性质：d4＝0.9097，特性因数K=11.8，燃料：Ql＝41.88MJ/kg燃料。 热损失：20qL =0.03；烟气出对流室温度比原油入炉温度高140K，过剩空气系Ql数为1.30。 解：有图表集查得Ii?97kcal/kg?406.1kJ/kg IV?270kcal/kg?1130.5kJ/kg IL?226kcal/kg?946.3kJ/kg

Q?G(eIV?(1?e)IL?Ii)?52000?(0.25?1130.5?(1?0.25)?946.3?406.1)?3.03?107KJ/h烟气温度=140+453=593K ??1.3 查P364图7-8得 q2/Ql?14%

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第七章 辐射传热与管式加热炉

??1?q2qL??1?0.14?0.03?0.83 QlQlQ3.03?107B???871.7kgFuel/h 6Ql?41.88?10?0.8320.某加热炉加热原油148000kg/h，原油由460K加热至633K，并气化26.1％(质)，对流室过热蒸汽管的热负荷为1.105MW，炉子的热效率为0.78，燃料的低发热值为41.9lMJ/kg燃料，试求炉子的热负荷和燃料用量。 原油性质： d4＝0.9082，特性因数K＝12。 解：有图表集查得Ii?435.57kJ/kg IV?1113.4kJ/kg 20IL?938.81kJ/kg Q?G[eIV?(1?e)IL?Ii]?QV ?148000?(0.261?1113.4?(1?0.261)?936.81?435.57)?1.105?106?3600?8.52?107KJ/hQ8.52?107??2.61?103kgFuel/h B?7Ql?41.91?10?0.7821.由20根Ф102×6mm，长10m的管子排成双排管，管心距Sl为管外径的二倍，管排一面受辐射，一面受反射。试求；(1)管排总的当量冷平面；(2)第一排管总的当量冷平面；(3)第二排管总的当量冷平面?(4)第一排管接受直接辐射的当量冷平面；(5)第二排管接收直接辐射的当量冷平面。 解：20根管呈双排错列，则管排的冷平面面积： Acp???n?1?S1?do?Lef???10?1??0.24?0.12??10?22.8m2

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第七章 辐射传热与管式加热炉

角系数由P224图6-25可查得各种情况下的角系数： ⑴管排总的当量冷平面面积： 由Sdo?2查图6-25中A线，得角系数?1?0.979

Aef1??1Acp?0.976?22.8?22.253m2 ⑵第一排管的当量冷平面面积： 由Sdo?2查图6-25中c线，得角系数?2?0.69

Aef2??2Acp?0.69?22.8?15.732m2 ⑶第二排管的当量冷平面面积： 由Sdo?2查图6-25中E线，得角系数?3?0.29

Aef3??3Acp?0.29?22.8?6.612m2 ⑷第一排管接受直接辐射的当量冷平面面积： 由Sdo?2查图6-25中D线，得角系数?4?0.65

Aef4??4Acp?0.65?22.8?14.82m2 ⑸第二排管接受直接辐射的当量冷平面面积： 由Sdo?2查图6-25中F线，得角系数?5?0.21

Aef5??5Acp?0.21?22.8?4.788m2 22.其炼油厂常压加热炉辐射室内，除沿炉壁装有Ф152×l0，有效管长为11.15m的管子76根外(单排管，管心距为304mm)，沿径向还装有呈十字交叉的管子44根(见图)，其中8根为Ф219×12，其余为Ф152×10，管心距都是管外径的2倍。试计算辐射室总的有效辐射面积(不包括遮蔽管)。

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第七章 辐射传热与管式加热炉

解：对其中1/4部分计算其Aef：

Acp1??n?1?S1Lef??19?1??0.304?11.15?61.01m2

沿径向部分Acp2??4?1??0.438?11.15??18?1??0.304?11.15?72.27m2 对贴壁排列的管子：?1?0.88（B线） 沿径向排列的管子：?2?0.65（D线）

Aef??1Acp1??2Acp2?0.88?61.01?0.65?72.27?100.06(m2) Aef总?4Aef?4?100.66?402.66(m2)

23.已知一圆筒炉辐射室的尺寸如下：炉膛直径Ф5518mm，高12.68m，辐射管为Ф152× 8，管心距304mm，有效长度为12m，共计52根，两路并联，单排排列。对流室最下一排管仍为Ф152× 8，管心距304mm，计8根，管有效长2748mm。

如油品出对流室的温度为290℃，出辐射室的温度为370℃，气化率0.3(质)。油品的流量为102.5t/h，d4=0.8832，K＝12。燃料气密度为

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第七章 辐射传热与管式加热炉

1.3kg/Nm3，用量为l070Nm3/h，燃料低发热值为51.29MJ/Nm3。试求当过剩空气系数?＝1.3时，此炉能否完成加热任务。 解：⑴辐射室的热负荷：QR 其中：G Ii IV IL

?G?eIV??1?e?IL?Ii?

?102.5?103kgh?28.47kgs e=0.3

?1.01?173?4.187?103?7.3159?105 Jkg ??273?3??4.187?103?1.143?106 Jkg

?1.01?232?4.187?103?9.811?105 Jkg

? QR?28.47?0.3?1.143?106??1?0.3??9.811?105?7.3159?105 =8.486?106 W ⑵当量冷平面面积： 辐射管：??Acp1?nS1Lef?52?0.304?12?189.70 m2

Sdo?2得?1?0.885 查图6-25中B线由 遮蔽管： Acp2?nS1Lef?8?0.304?2.748?6.683 m2 ?2?1.0

?Acp?0.885?189.70?1.0?6.683?174.19 m2

⑶有效辐射面积与当量冷平面面积之比： 炉膛总面积：

?A??Dh?2?? 42???5.518?12.68?2?0.785?5.518?267.5m2D2 有效反射面面积：

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第七章 辐射传热与管式加热炉

AR??A??Acp?267.5?174.19?93.31m2

AR93.31 反射面与辐射面面积的比值：??0.536

?Acp174.19⑷烟气黑度： 已知空气过剩系数? CO2?1.3，由图6-26（P225）查得

?H2O的分压：PCO2?H2O?0.223atm

由表6-4（P225）查得烟气的平均辐射长度：L?1d ? PL=0.233?5.518=1.231 atm?m ?5.518m

由于烟气温度未知，因此需要先假设一个烟气温度。 设tg?700℃,查图6-27（P226）得烟气黑度为?g?0.548

⑸总辐射交换因素F： 由图AR6-28（P227），根据?0.536，?g?0.548

?Acp 可查得F=0.603 ⑹辐射室热平衡： ?q?qtg?BQ?q?QR? 根据 ，其中热损失??1???0.02 ???AcpF?Q?Q???AcpFQ? 烟气带走的热量损失：由图6-23（P219）中tg?700℃，

??1.3 可查得

qtgQ??0.36

q?qtg??1???1?0.02?0.36?0.62

Q?Q?22 页 第

辐射室的热效率：

第七章 辐射传热与管式加热炉

辐射段总吸热量：

QR1070?51.29?106?0.62?174.19?0.603?3600 ?AcpF

?8.9976?104Wm2?7.7361?104kCalm2?h⑺辐射室烟气出口温度：

已知原料辐射室温度为290℃，出辐射室温度为370℃

??290?370?50?380℃ 则管壁温度可估算为Tt?2 根据图6-24（P223），取Tt 在图上定出A点： ?380℃的曲线 tg?700℃， 再假设tgQR?7.7361?104kCalm2?h?AcpF??

?850℃，由上面的方法可求出： ?g?0.527，F=0.587，qtgQ??0.45 QR1070?51.29?106??1?0.02?0.45??174.19?0.587?3600 ?AcpF

?7.9018?104Wm2?6.794?104kCalm2?h 在图上定出B点：

??QRtg?850℃，?6.794?104kCalm2?h?AcpF??

在图中连接A、B两点与Tt?380℃相交，可得交点坐标

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第七章 辐射传热与管式加热炉

QR tg?800℃，?7.2?104kCalm2?h?AcpF??

⑻辐射室的热效率： 由tg?800℃可计算得?g?0.527，F=0.587，qtgQ??0.448

??1?0.02?0.448?0.532

⑼辐射管表面热强度：

QR8.533?106qR???2.766?104 Wm2ARt52??0.152?12?8??0.152?2.748 ⑽能否完成任务：

QR' QR' ???AefF?7.2?104?174.19?0.582?1.163?8.533?106W?AcpF QR ??QR ' ?辐射室能满足要求 24.根据上题条件，假设对流室内装炉管(包括遮蔽管)共14排，每排8根Ф152× 8标准钉头管，钉头高为38mm。理论空气用量为13.1Nm3/Nm3燃料。试计算对流室的热负荷和钉头管的表面热强度。 25.根据23、24题计算结果，如对流室高为4.584m，烟气直径为Ф1600，试求所需烟气的高度。

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