传热习题课计算题要点.docx

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传热习题课计算题要点

传热习题课计算题要点

1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。

已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；冷水走壳程，测得进口温度为15℃，出口温度为30℃，逆流流动。

（取水的比热cp=4.18×103J/kg·K）

解：

换热器的传热量：

Q＝qmcp（T2－T1）

＝1500/3600×4.18×103×（80－50）=52.25kW

传热温度差△tm：

热流体80→50

冷流体30←15

△t1=50，△t2=35

传热温度差△tm可用算数平均值：

℃

℃

2、一列管换热器，由φ25×2mm的126根不锈钢管组成。

平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由20℃加热到80℃，温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。

已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi为520W/m2·℃，蒸汽对管壁的传热系数α0为1.16×104W/m2·℃，不锈钢管的导热系数λ＝17W/m·℃，忽略垢层热阻和热损失。

试求：

管程为单程时的列管长度（有效长度）

（总传热系数：

以管平均面积为基准，）

解：

传热量：

Q＝qmcp（t2－t1）

＝15000/3600×4187×（80－20）≈1.05×106W

总传热系数：

（以管平均面积为基准）

解得：

K＝434.19W/m2·℃

对数平均温差：

110110

2080

△t1=90△t2=30

℃

传热面积：

；列管长度：

3、有一列管式换热器，装有φ25×2.5mm钢管320根，其管长为2m，要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。

若水蒸汽的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K，管壁及两侧污垢热阻均忽略不计，而且不计热损失，已知空气在平均温度下的物性常数：

λ=2.85×10-2W/m·K，μ=1.98×10-5N·s/m2，cp=1kJ/kg·K，Pr=0.7。

试求：

（1）空气在管内的对流传热系数；

（2）求换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）；

（3）通过计算说明该换热器能否满足要求；

（4）计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。

解：

（1）空气在管内流速：

0.6＜Pr=0.7＜160l/d=2/0.02=100＞50

传热系数αi

=85.68W/m2·K

（2）总传热系数：

解得：

K＝68.08W/m2·K

（3）传热量：

实际所需传热面积：

108108

2085

△t1＝88△t2＝23

℃

该换热器所能提供传热面积：

∵＜∴该换热器能满足要求。

（4）

℃

Ai=nπdil=320×3.14×0.02×2＝40.19m2

℃

所以：

壁温接近于蒸汽流体一侧（或者说接近α大的一侧流体温度）

4、用110℃的饱和水蒸汽将流量为35m3/h的某稀溶液在双程列管换热器中从75℃加热至90℃。

若每程有直径为φ25×2.5mm的管子30根，且以管外表面积为基准的传热系数K=2800W/m2.℃，蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽略不计。

试求：

（1）换热器所需的管长；

（2）当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为0.00008m2.℃/W，若维持溶液的原流量及进口温度不变，其出口温度为多少？

又若必须保证溶液原出口温度，可采用什么措施？

注：

溶液的密度及比热与水近似：

ρ＝1000kg/m3；cP=4.2kJ/kg·℃。

解：

（1）110110

7590

3520

（或℃）

传热面积：

A＝nπd（2L）

L＝A/（2nπd）=8.16/（2×30π×0.025）＝1.7m

（2）

所以：

℃

110110

75t2

35110－t2

解得：

t2≈88℃

措施：

（1）提高加热蒸汽温度（调节蒸汽的压力）；

（2）清除污垢。

5、热空气在φ25×2.5mm的钢管外流过，对流给热系数为50W/m2.K，冷却水在管内流过，对流给热系数为1000W/m2.K，已知钢管的导热系数λ=45W/m·K，水侧污垢热阻，热空气侧污垢热阻。

试求：

（1）传热系数；

（2）若管内对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？

（3）若管外对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？

解：

已知，

（1）

（2）若管内对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即

解得：

传热系数提高：

（3）若管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即

解得：

传热系数提高：

6、某厂只能用120℃饱和水蒸汽，通过φ25×2.5mm、长3m的单管程列管式换热器，将列管内的17.2[m3/h]水溶液从20℃加热到75℃，冷凝水于饱和温度下排出。

已知管侧水溶液，壳侧蒸汽，溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？

水溶液密度，比热为。

热损失及管壁、垢层热阻均可忽略。

检修时发现该换热器有三根管子已坏，拟将坏管堵塞再继续使用，试问此方案是否可行（通过计算或推导说明）？

解：

（1）

120120蒸汽

2075水

△t1＝100△t2＝45

（2），且（连续性方程）

故

不能完成换热任务

7、有单程列管换热器，传热面积为4，由的管子组成。

用初温为25℃的水，将机油由200℃冷却至100℃，水走管内，油走管间。

已知水和机油的质量流量分别为1200kg/h和1400kg/h，其比热分别为4.18kJ/（kg·℃）和2.0kJ/（kg·℃），水侧和油侧的对流传热系数分别为：

1800W/（m2·℃）和200W/（m2·℃），两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻，忽略热损失。

试校核该换器是否适用？

解：

机油放出的热量：

kJ/h

冷却水的出口温度：

℃

对数平均温差：

热流体200→100

冷流体80.8←25

℃

总传系数为：

W/（m2·℃）

所需传热面积为：

∵传热所需面积大于换热器的传热面积

∴该换热器不适用。

8、在内管为的套管换热器中，将流量为3600kg/h的某液态烃从100℃冷却到65℃，其平均比热容kJ/（kg·℃），环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃，平均比热容kJ/（kg·℃），基于传热外表面积的总传热系数W/（m2·℃），假设其值恒定，忽略热损失。

试求：

（1）冷却水用量；

（2）计算两流体在逆流下的平均温差；

（3）所需传热面积。

解：

（1）冷却水用量:

（2）逆流下的平均温差:

热流体100→65

冷流体50←40

℃

（3）所需传热面积

传热量为：

则

9、100℃的水蒸气在管壳式换热器的管外冷凝，冷凝潜热为2258.4kJ/kg，总传热系数为2039W/（m2·℃），传热面积12.75m2；15℃的冷却水以2.25×105kg/h流量在管内流过，设总传热温差可以用算术平均值计算，试求：

（1）冷却水出口温度；

（2）水蒸气冷凝量（kg/h）。

解：

100100

　　　　　15t2

（1）冷却水出口温度

（2）水蒸气冷凝量（kg/h）

10、在列管式换热器中用热水加热冷水，热水流量为4.5×103kg/h，温度从95℃冷却至55℃，冷水温度从20℃升到50℃，总传热系数为2.8×103W/（m2·℃）。

已知：

Cp热水=4.181kJ/（kg·℃），Cp冷水=4.174kJ/（kg·℃）。

试求：

（1）冷却水流量；

（2）两种流体做逆流时的平均温度差和所需的换热面积；

（3）两种流体做并流时的平均温度差和所需的换热面积；

（4）依据计算结果，对逆流和并流做一比较，可得到那些结论。

解：

（1）冷却水流量

∵

（2）

热流体95→55

冷流体50←20

（3）

热流体95→55

冷流体20→50

（4）

①在相同的进、出口温度的条件下，平均温度差；

②逆流操作时，热流体用量可以比并流操作时少。