传热第13次作业.pdf

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传热学教学辅导资料作业答案2009级热能与动力工程专业适用-1-2011-12-29作业答案（第十三次）P302-3056.选用管壳式换热器，两种流体在下列情况下，何种应安排在管内选用管壳式换热器，两种流体在下列情况下，何种应安排在管内?

何种应在管外何种应在管外?

（1）清洁的和不清洁的；清洁的和不清洁的；

（2）腐蚀性小的和强的；腐蚀性小的和强的；（3）温度高的和常温的温度高的和常温的I（4）高压的和常压的；高压的和常压的；（5）流量大的和小的；流量大的和小的；（6）粘度大和粘度小的；粘度大和粘度小的；（7）密度大的和密度小的。

如果不限于管壳式，试问针对这几种情况，选用何种类型换热器较合适密度大的和密度小的。

如果不限于管壳式，试问针对这几种情况，选用何种类型换热器较合适?

答：

（1）不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗；

（2）腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子。

（3）温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失；（4）压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损失。

（5）流量大的流体放在管外，横向冲刷管束可使表面传热系数增加。

（6）粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。

13.一换热器，重油从一换热器，重油从300冷却到冷却到180，而石油从，而石油从20被加热到被加热到150，如换热器流动方式安排成，如换热器流动方式安排成

（1）顺流；顺流；

（2）逆流；逆流；（3）交叉流交叉流（石油为不混合石油为不混合），问平均温差各为若干，问平均温差各为若干?

解：

顺流：

28020300=t，30150180=t，11230280ln30280ln=tttttm逆流：

150150300=t，16020180=t，155150160ln150160ln=tttttm交叉流：

923.020150180300,464.0203002015022112122=ttttRttttP由P、R查教材P288图10-14得：

温差修正系数89.0=t传热学教学辅导资料作业答案2009级热能与动力工程专业适用-2-2011-12-29平均温差为：

mtmtt=逆13815589.0=补充题：

补充题：

换热器热计算中为何要引入对数平均温差换热器热计算中为何要引入对数平均温差?

在推导对数平均温差时作了哪些简化假设。

在推导对数平均温差时作了哪些简化假设。

答：

计算换热器传热的基本公式为：

（）21ffttkA=，如果冷热流体温差沿整个传热面处处相等，则可直接应用这一公式。

而实际上换热器内冷热流体温差在一般情况下沿传热面是变化的,因此计算换热器传热量的公式应为：

（）dAttkdAxx=021，假定k为常数，如简化计算公式，引入平均温差概念，即假定：

（）AtkdAttkmAx=021，故平均温差tm的计算公式为：

（）dAtAAdAtttAxAxm=00211。

在推导对数平均温差时的简化假设：

（1）传热系数k沿换热面为常数；

（2）换热器无热损失；（3）热物性为定值；（4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略。

P302-30514.流量流量0.1kg/s、pc=2.1kJ/kg.、1t=350的油把相同流量的水从的油把相同流量的水从100加热到加热到200，今有两个套管换热器，今有两个套管换热器，

（1）k=500W/m2.，A=0.8m2；

（2）k=400W/m2.，A=1.2m2，问选哪一个并应用何种流动方式才能满足要求，问选哪一个并应用何种流动方式才能满足要求?

解：

先确定热流体出口温度：

由定性温度1502200100222=+=+=tttm，得kgKkJc313.42=由热平衡方程式（）（）22221111ttcMttcM=，得（）（）1451.21.0100200313.41.035011222211=cMttcMtt确定LMTD：

传热学教学辅导资料作业答案2009级热能与动力工程专业适用-3-2011-12-29因21ttp，显然该换热器为逆流流动方式150200350=t，45100145=t2.8745150ln45150ln=tttttm确定换热量：

（）（）kWttcM4313010020043131.02222=套管换热器：

WtKAm348802.878.0500=套管换热器：

WtKAm418562.872.1400=显然，虽然是逆流方式，两个换热器均不满足要求，更接近一些。

23.一逆流套管换热器，其中油从一逆流套管换热器，其中油从100冷却到冷却到60，水由，水由20加热到加热到50，传热量为，传热量为2.5104W，传热系数，传热系数350W/m2.，油的比热容，油的比热容2.131kJ/kg.，求换热面积，求换热面积?

如使用后产生污垢，垢阻为如使用后产生污垢，垢阻为0.004m./W，流体入口温度不变，问此时换热器的传热量和两流体出口温度各为多少，流体入口温度不变，问此时换热器的传热量和两流体出口温度各为多少?

解：

确定换热面积LMTD法：

法：

5050100=t，402060=t8.444050ln4050ln=tttttm由mtKA=，得2459.18.44350105.2mtKAm=-NTU法：

法：

因t油t水，则油的热容量小，所以换热器效能5.020100601002111=tttt由热平衡方程式（）（）22221111ttcMttcM=得：

KWttCKWttC3.8332050105.2,62560100105.2422max411min=传热学教学辅导资料作业答案2009级热能与动力工程专业适用-4-2011-12-29由75.03.833625maxmin=CC查P279图10-18得：

9.0=NTU由NTU定义知：

2min61.13506259.0mKCNTUA=确定产生污垢热阻后的参数需采用需采用-NTU法法传热系数KmWrKKf28.145004.03501111=+=+=376.062561.18.145min=CAKNTU由NTU=0.376及75.0maxmin=CC查P279图10-18得：

3.0=而3.02010010012111=ttttt，则热流体出口温度（）76201003.01001=t由热平衡方程式（）（）22221111ttcMttcM=得：

换热量（）（）WttcM41111105.176100625=冷流体出口温度383.833105.1204max22=+=+=Ctt26.流量为流量为5000kg/h，入口温度为，入口温度为300的水，通过的水，通过单单壳程、四管程的换热器，能将另一侧流量为壳程、四管程的换热器，能将另一侧流量为10000kg/h的冷水从的冷水从35加热到加热到120，设此时传热系数为，设此时传热系数为1500W/m2.，但在运行，但在运行2年后，冷水只能被加热到年后，冷水只能被加热到95，而其他条件未变，试问产生的污垢热阻为多少，而其他条件未变，试问产生的污垢热阻为多少?

解：

在以下解题过程中，假定水的比热与温度无关，且为kgKkJcp2.4=。

利用LMTD法确定换热面积：

由热平衡方程式（）（）22221111ttcMttcM=得：

换热量（）（）WttcM5322221092.935120102.4360010000=传热学教学辅导资料作业答案2009级热能与动力工程专业适用-5-2011-12-29热流体出口温度（）130102.4360050001092.93003511222211=cMttcMtt180120300=t，9535130=t逆流平均温差为：

0.13395180ln95180ln=tttttm设热流体在壳程，冷流体在管程，则235120130300,32.0353003512022112122=ttttRttttP由P、R查教材P289图10-16得：

温差修正系数85.0=t一壳程、四管程平均温差为：

mtmtt=逆1.11313385.0=由mtKA=，得2585.51.11315001092.9mtKAm=利用LMTD法确定运行两年后的污垢热阻换热量（）（）WttcM5322221073595102.4360010000=热流体出口温度（）180102.4360050001073003511222211=cMttcMtt20595300=t，14535180=t逆流平均温差为：

3.173145205ln145205ln=tttttm则23595180300,23.035300359522112122=ttttRttttP由P、R查教材P289图10-16得：

温差修正系数96.0=t一壳程、四管程平均温差为：

mtmtt=逆4.1663.17396.0=由mtKA=，得KmWtAKm251.7194.16685.5107=原总热阻为KR1=，运行两年后总热阻为frKR+=1传热学教学辅导资料作业答案2009级热能与动力工程专业适用-6-2011-12-29WKmKKrf2000724.0150011.719111=