传热典型例题Word格式文档下载.docx
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得
W/（m2·
℃）
得kg/h
分析：
注意本题为将纯苯蒸汽冷凝成饱和液体，故属于一侧恒温的传热过程。
例3第一类操作型问题在一逆流操作的单壳程、双管程的管壳式换热器中，冷、热流体进行热交换。
已知两流体的进、出口温度分别为T1=200℃、T2=93℃,t1=35℃、t2=85℃。
当冷流体流量减少一半，热流体的流量及冷、热流体的进口温度不变时，试求两流体的出口温度和传热量减少的百分数。
假设流体的物性及总传热系数不变，换热器热损失可忽略。
本题采用法计算。
因为℃
℃
所以
故热流体为最小值流体。
原工况下：
得
设新工况下热流体仍为最小值流体，在新工况下：
所以℃
因为℃℃
故假设新工况下热流体为最小值流体正确。
原工况下的传热量
新工况下的传热量
故传热量减少的百分数为
本题为在同一换热器内，求工况改变前后的某物理量变化情况，此类题用法计算较为方便。
例4换热器的操作与调节
一套管换热器用133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从33℃加热到73℃，氯苯流量为5500Kg/h。
现因某种原因，氯苯流量减少到3300Kg/h，但其进出口温度维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求？
此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？
（设两种工况下的蒸汽冷凝热阻，管壁热阻，垢层热阻及热损失均可略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化。
）
例5换热器的串并联问题
某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m2（管外面积），均由128根Ф25×
2.5mm的钢管组成。
壳程为170℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜热为r=2054KJ/kg），凝液不过冷。
空气走管程，其入口温度t1=30℃，流量为4500kg/h假定空气的物性参数不随温度、压力变化，可视为常数，分别为CP=1.005KJ/Kg.K，ρ=1.06Kg/m3，μ=20.1×
10-3cp,λ=0.029w/m.k。
热损失可略，管内湍流时空气的对流给热系数可用下式计算：
Nu=0.02Re0.8。
（1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，试求空气的出口温度t2（℃）及水蒸汽的总冷凝量m1（kg/h）
（2）若两台改为串联使用，试求此时空气的出口温度t2（℃）及水蒸汽的总冷凝量m1（kg/h）。
（3）试比较并联及串联时传热效率的大小，并求两情况下总传热能力的比值Q串/Q并。
解:
例6非稳态传热问题
有一带夹套的反应釜，釜内盛有某反应液。
反应液的初始温度为20℃。
釜内液体由于剧烈地搅拌可认为温度均一。
反应液需加热到80℃进行反应。
（1）若夹套内通以120℃的蒸汽加热，已知前10分钟反应液的温升为60℃，则反应液由初始温度加热至反应温度需要多少时间？
（2）若夹套内通以进口温度为120℃的热流体加热，前10分钟反应釜的温升同样为60℃，则反应液由初始温度加热到反应温度需多少时间？
（热流体无相变）
解
（1）热流体有相变时
（2）热流体无相变时
例7定常态辐射传热车间内有一高和宽各为3m的炉门（黑度ε1＝0.70），其表面温度为600℃，室内温度为27℃。
（1）试求由于炉门辐射而引起的散热速率。
（2）若在炉门前25mm处放置一块尺寸和炉门相同而黑度为0.11的铝板作为热屏，则散热速率可降低多少？
（1）放置铝板前由于炉门辐射而引起的散热速率
由于炉门被车间四壁所包围，则；
又S2>
>
S1，故，于是
S=S1=3×
3＝9m2
w/（m2·
K4）
（2）放置铝板后由于炉门辐射而引起的散热速率
以下标1、2和3分别表示炉门、房间和铝板。
假定铝板的温度为T3，则当传热达稳态时，炉门对铝板的辐射传热速率必等于铝板对房间的辐射传热速率，此即由于炉门辐射而引起的散热速率。
炉门对铝板的辐射传热速率为
因S1=S3，且两者相距很小，故可认为是两个极大平行平面间的相互辐射，故。
故（a）
铝板对房间的辐射传热速率为
式中S3=3×
则（b）
于是Q1-3=Q3-2
解得K
将T3值代入式b，得
w
放置铝板后因辐射引起的散传速率可减少的百分率为
求解本题时，注意放置铝板后，当传热达稳态时，炉门对铝板的辐射传热速率必等于铝板对房间的辐射传热速率，此即由于炉门辐射而引起的散热速率。
例8换热器的选型某化工厂在生产过程中，需将纯苯液体从80℃冷却到55℃，其流量为20000kg/h。
冷却介质采用35℃的循环水。
要求换热器的管程和壳程压降不大于10kPa，试选用合适型号的换热器。
1.估算传热面积，初选换热器型号
（1）基本物性数据的查取
苯的定性温度℃
根据设计经验，选择冷却水的温升为8℃，则水的出口温度为℃
水的定性温度℃
查得苯在定性温度下的物性数据：
kg/m3kJ/（kg·
λ=0.129W/（m2·
℃）Pa·
s
查得水在定性温度下的物性数据：
λ=0.633W/（m2·
（2）热负荷计算
W
冷却水耗量：
kg/s
（3）确定流体的流径
该设计任务的热流体为苯，冷流体为水，为使苯通过壳壁面向空气中散热，提高冷却效果，令苯走壳程，水走管程。
（4）计算平均温度差
暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温度差：
苯80→55
冷却水43←35
3720
计算和：
由、值，查相关图，，因，选用单壳程可行。
（5）选值，估算传热面积
参照附录，取=450W/（m2·
m2
（6）初选换热器型号
由于两流体温差<
50℃，可选用固定管板式换热器。
由固定管板式换热器的系列标准，初选换热器型号为：
G400Ⅱ-1.6-22。
主要参数如下：
外壳直径400mm公称压力1.6MPa
公称面积22m2管子尺寸管子数102管长3000mm
管中心距32mm管程数2
管子排列方式正三角形管程流通面积0.016m2
实际换热面积m2
采用此换热面积的换热器，则要求过程的总传热系数为
℃）
2.核算压降
（1）管程压降
管程流速m/s
（湍流）
对于碳钢管，取管壁粗糙度mm
由~关系图中查得
Pa
Pa<
10kPa
（2）壳程压降
管子为正三角形排列=0.5
取折流挡板间距
壳程流通面积m2
壳程流速m/s
所以Pa
计算结果表明，管程和壳程的压降均能满足设计条件。
3.核算总传热系数
（1）管程对流传热系数αi
（2）壳程对流传热系数αo（Kern法）
管子为正三角形排列，则
m
m/s
壳程中苯被冷却，取
（3）污垢热阻
参考附录，管内、外侧污垢热阻分别取为
Rsi=2.00×
10-4（m2·
℃）/WRso=1.72×
℃）/W
（4）总传热系数
管壁热阻可忽略时，总传热系数为
故所选择的换热器是合适的，安全系数为
设计结果为：
选用固定管板式换热器，型号：
略。
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