5计算题题目9修订版.docx

1、5计算题题目9修订版 层次：A 2 j05a10067如图所示,有一稳定导热的平壁炉墙,墙厚240mm ,导热率=0.2W/(m),若炉墙外壁温度t3 =45,为测得炉墙内壁温度t1 ,在墙深 100mm处插入温度计,测得该处温度t2 = 100,试求炉墙内壁温度t1 。5 j05a10073 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)，传热面积为12.75m2，15的冷却水以2.25105kg/h 的流量流进管内，水的比热为4.187kJ/(kgoC),求水蒸气冷凝量？ 9 j05a10203 常压下338K之甲醇蒸汽经冷凝器

2、冷凝后,送入冷却器中冷却至300K。冷凝器与冷却器中所用冷却水的初温都是290K,终温都是305K。试安排两换热器中流体的流程及流向, 并计算平均温度差。(换热器均为单管程、单壳程)11 j05a10205 某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m, 耐火砖导热率=1.038W/(m)。其外用导热率为 0.07W/(m)的绝热材料保温。炉内壁温度为980,绝热层外壁温度为38, 如允许最大热损失量为950W/m2。求:(1) 绝热层的厚度; (2)耐火砖与绝热层的分界处温度。 13 j05a10208 在内管为18010mm的套管换热器中,将流量为3500kg/h的某液态烃从100冷却到60,其

3、平均比热cp=2.38kJ/(kg),环隙走冷却水,其进出口温度分别为40和50,平均比热cp=4.174kJ/(kg)。基于传热外表面积的总传热系数K=2000W/(m2), 且保持不变。设热损失可以忽略。试求: (1)冷却水用量; (2)计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。17 j05a10243 为了测定套管式甲苯冷却器的传热系数,测得实验数据如下:冷却器传热面积 A=2.8m2,甲苯的流量W1=2000kg/h,由80冷却到40,甲苯的平均比热 cp1=1.84kJ/(kg)。冷却水从20升高到30,两流体呈逆流流动,求所测得的传热系数K为多少?若水的比热cp2=4.18kJ

4、/(kg),问水的流量为多少?层次：B 4 j05b10071 方型窑炉的炉壁由两层砖砌成，内层为 240mm耐火砖=0.9W/(mK)，外层为 240mm红砖=0.6W/(mK)，炉膛内壁面温度为 700，外壁面温度为60，试求单位面积(2)的散热速率及两层交界面的温度。 上题中若炉气向壁面的对流给热系数1为30W/(m2K)，壁面向外界空气的对流辐射联合给热系数2为20W/(m2K), 求炉膛内炉气温度和外界空气温度。 6 j05b10074 有一段管径为1084mm的蒸汽管道，裸露于气温为20的环境中，管内通以100的饱和水蒸气。测得每米管长的冷凝水量为0.70kg/h ，钢的导热率为4

5、5W/( mK),蒸汽冷凝潜热为2258kJ/kg，取蒸汽冷凝给热系数为104 W/( m2 K)。试计算： A)管外壁温度tw ； B)辐射散热量占总热量损失的百分率,已知管外壁面黑度为0.8 。 12 j05b10108 一套管换热器,由483mm和252.5mm的钢管组成,两种流体在内管和环隙流过，分别测得对流给热系数为1和2，若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。 求:将内管改为322.5mm后,管内对流给热系数有何变化?(假设流动状态皆为湍流) 17 j05b10193 在管长为1m的冷却器中,用水冷却油。已知两流体作并流流动,油由420K冷却到370K,冷却

6、水由285K加热到310K。欲用加长冷却管子的办法,使油出口温度降至350K。若在两种情况下油、水的流量,物性常数,进口温度均不变,冷却器除管长外,其他尺寸也均不变。试求管长。 20 j05b10212 在逆流换热器中,将油从25加热到50,热水的进口温度为80,出口温度为35,求该换热器的效率。21 j05b10213 某列管换热器，用100水蒸气将物料由20加热至80，传热系数100W(2K)。经半年运转后，由于污垢的影响，在相同操作条件下物料出口温度仅为70，现欲使物料出口温度仍维持80，问加热蒸汽温度应取何值？ 24 j05b10246 用175的油将300kg/h的水由25加热至90

7、, 水的比热取4.2kJ/(kg)。已知油的比热为2.1kJ/(kg),其流量为400kg/h,今有以下两个传热面积均为0.72m2的换热器可供选用。 (1)换热器1:K1=625W/(m2),单壳程,双管程,=0.7; (2)换热器2:K2=500W/(m2),单壳程,单管程,tm按逆流计。 为保证满足所需换热量应选用那一个换热器。 26 j05b15075某平壁炉炉壁由耐火砖、保温砖和建筑砖三种材料组成，相邻材料之间接触密切，各层材料的厚度和导热率依次为b1=250mm,1=1.4W/(mK), b2=130mm,2=0.15W/(mK),b3=200mm,3=0.8W/(mK)。已测得耐

8、火砖与保温砖接触面上的温度 t2=820 ，保温砖与建筑砖接触面上的温度t3=260，试求： (A)各种材料层的单位面积计的热阻； (B)通过炉壁的热量通量； (C)炉壁导热总温差及其在各材料层的分配。27 j05b15078 炉壁由绝热砖和普通砖两层平壁组成。已知(绝热)=0.2W/(mK) ，厚b(绝热)=200mm,(普通)=0.7W/(mK),普通砖外侧壁温t3=50,两砖交界面温度t2=200, 外界空气温度t =10, 炉外壁对大气的联合给热系数为10W/(m2K)。 (A)求单位面积炉壁热损失Q/A; (B)假如t1,t及联合给热系数不变, 两层砖位置互换, 热损失(Q/A)如何

9、变化? 两砖交界面温度t2及保温层外侧温度t3如何变化? 由计算结果得出什么结论? 30 j05b15083 车间内有一高和宽各为1m的炉门, 其黑度为0.78, 炉门的辐射散热量为20kW。若车间内温度为25, 则炉门的温度为多少?黑体的辐射系数C0=5.67W/(m2K4) 有一套管换热器, 长10m,管间用饱和蒸汽加热, 空气在一定流量下由内管流过, 温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一倍(即Wc=2Wc),并近似认为加热面的壁温不变,要使空气出口温度仍达到原指定温度, 则套管加热器的长度应为原来的几倍? 32 j05b15087 一单壳程单管程列管换热器, 由多根252.5mm 的

10、钢管组成管束, 管程走某有机溶液, 流速为0.5m/s，流量为15T/h,比热为1.76kJ/(kgK),密度为858kg/m3,温度由20加热至50。壳程为130的饱和水蒸气冷凝。管程、壳程的对流给热系数分别为700W/(m2K)和10000W/(m2K)。钢导热率为45W/(mK)。垢层热阻忽略不计。 求: (A)总传热系数; (B)管子根数及管长; (C)在冷流体进口温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要采取什么措施？33 j05b15088 在传热面积为20m2的某换热器中, 用温度为20, 流量为13200kg/h 的冷却水,冷却进口温度为110的醋酸, 两流体逆流流动

11、。换热器刚投入使用时,冷却水出口温度为45, 醋酸出口温度为40, 运转一段时间后, 冷热流体流量不变, 进口温度不变, 而冷却水的出口温度降至38, 试求传热系数下降的百分率。水的比热cp=4.2kJ/(kg),热损失可忽略。 35 j05b15103 某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5m2的单程列管换热器。用180的热废气预热轻油,轻油走管外,其流量为200kg/h,比热为2kJ/(kg), 温度由30升至80。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为70。求: (A)换热器的热负荷和传热系数。 (B)若由于长期运转,轻油在管外结垢,已知污垢热阻为总热阻的10%,若仍要求轻油出口

12、温度不变，试估算在其他条件基本不变的情况下,轻油处理量如何变化?（略去热气出口温度的变化）36 j05b15109 90的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到50，换热器的换热面积为62，传热系数K=230W/(m2)，正丁醇的流量为1930kg/h。冷却介质为18水,热损失可以忽略。 求：(A)冷却水出口温度； (B)冷却水消耗量。 正丁醇cp12.98kJ/(kg) 水 cp24.187kJ/(kg) 38 j05b15187 在一列管换热器内，用110的饱和水蒸气加热管内湍流流动的空气，使其从30升至45，若将空气的流量增加一倍而入口温度不变，试求加热蒸汽用量为原用量的倍数。 忽略管壁热阻、垢

13、层热阻及热损失，并忽略因空气出口温度变化所引起的物性变化。39 j05b15190 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150降至80;壳程冷却用软水,进口温度为15,出口温度为65,与气体作逆流流动。两者均处于湍流。已知气体侧的对流给热系数远小于冷却水侧的对流给热系数。试求: 1.冷却水用量; 2.如进口水温上升为20,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度?冷却水用量为多少?管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。气体的平均比热为1.02kJ/(kgK),水的比热为4.17kJ/(kgK),不计温度变化对比热的影响。解:(1)冷却水用量 Q=W

14、1cp1(T1-T2)=W2cp2(t2-t1) Q=20001.02(150-80)=W24.17(65-15) =14.3104kJ/h W2=14.3104/(4.17(65-15)=685kg/h (2)由题知 io 原情况 Q=KiAitm=iAitm (1) 新情况 Q=KiAitm=iAitm (2) 因气体的冷却任务没有变化 Q=Q 气体的流量及管子尺寸没有变化 i=i 两种情况都用同一设备 Ai=Ai 比较式1及式2 得: tm=tm 原情况 t1=150-65=85 t2=80-15=65 t1/t2=85/65=1.32 tm=(85+65)/2=75 新情况 t1=15

15、0-t2 t2=80-20=60 tm=(150-t2)+60/2=75 解得 t2=60 t1=150-60=90 t1/t2 =90/60=1.5 故tm用算术平均值计算是可以的. 新情况的热衡算: W24.17(60-20)=20001.02(150-80) W2=856kg/h 需将水量调至856kg/h。43 j05b15201 有一台套管换热器,内管为382.5mm钢管,外管为573mm钢管,换热管总长36m,逆流操作,管内走水,将管间4200kg/h的苯液从65冷却到35,水温从25升到35,现已知苯侧对流给热系数为2030W/(m2K),水侧对流给热系数为6610W/(m2K)

16、,苯侧垢层热阻为0.18(m2K)/kW,苯液比热cP1=1.80kJ/(kgK),钢导热率=45W/(mK)。试计算 (1)该换热器传热系数K (2)水侧垢层热阻Ra2 Q=W1cp1(T1-T2) =(4200/3600)1.81000(65-35)=63000W A1=d1L=3.140.03836=4.295m2 tm=(t1-t2)/Ln(t1/t2) =(65-35)-(35-25)/Ln(30/10)=18.2 K1=Q/(A1tm)=63000/(4.29518.2) =805.95W/(m2K)(2) Rs2=1/K-(1/1+bA1/(Am)+Rs1+A1/(2A2) =1

17、/805.95-(1/2030+0.002538/(4535.5)+0.18/1000+38/(661033) =0.000334(m2K)/W44 j05b15214 拟在单程逆流列管换热器中用35的冷水将流量为1kg/s、温度为150的热油冷却至65,油走管内,软水走壳程,水的出口温度为75,已知油与水均处在湍流,并知此条件下对流给热系数分别为水:2000W/(m2),油1000W/(m2), 油的平均比热为4kJ/kg,若换热器传热面积为11m2 ,热损失、垢层及管壁热阻均可不计,试求: 1.该换热器是否可用? 2.若油的流量增至1.2kg/s,油、水出口温度及其他条件均不变,仅将流程改

18、为双程并知双程时温差校正系数为0.85,该换热器能否用? 略去水侧对流给热系数的变化。 47 j05b20089 用一传热面积为3m2由252.5mm的管子组成的单管程单壳程列管式换热器, 用初温为10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1000kg/h和1200kg/h, 其比热分别为4.18kJ/( kgK) 和2.0kJ(kgK);水侧和油侧的对流给热系数分别为2000W/(m2K) 和250W/(m2K), 两流体呈逆流流动, 忽略管壁和污垢热阻。(A)计算说明该换热器是否合用? (B)夏天当水的初温达到30, 而油的流量及冷却程度不变时

19、, 水流量亦不变，该换热器是否合用? 如何解决? (假设传热系数不变) tm=(132.6-90)/Ln(123.6/90)=110 1/K1=1/ 1+d1/( 2d 2)=1/250+25/(200020) K1=216.2W/(m2K) A1=Q1/(Ktm)= 2.40108/(216.23600110)=2.8m23m2 不适用 解决办法是调大水量, 使t2,tm,并使, K48 j05b20092 有一列管式换热器, 装有252.5mm 钢管300 根, 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。若水蒸气的

20、冷凝给热系数为1104W/(m2K), 管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计, 而且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为cp=1kJ/(kgK), =2.8510-2W/(mK),=1.9810-5(PaS), Pr=0.7。试求: (A)空气在管内的对流给热系数; (B)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准); (C)通过计算说明该换器能否满足需要? (D)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。49 j05b20098有一列管换热器,由252.5mm长为2m的26根钢管组成。用120饱和水蒸气加热某冷液体,该液体走管内,进口温度为25,比热为1.76kJ/(kg),流量为18600k

21、g/h。管外蒸汽的冷凝给热系数为1.1104W/(m2), 管内对流给热热阻为管外蒸汽冷凝给热热阻的6倍。求冷液体的出口温度。(设换热器的热损失、管壁及两侧污垢热阻均可略去不计) 51 j05b20100 有一换热器由252mm钢管组成,管外为常压下的苯饱和蒸汽冷凝,苯的沸点为80,管内走冷却水,温度由10升高到30。已知,苯的冷凝给热系数为 600W/(m2K), 水的对流给热系数为400W/(m2K),钢的导热率为50W/(mK), 忽略垢层的热阻。求: (A)热流体一侧的平均壁温; (B)冷流体一侧的平均壁温。(热、冷侧壁温各自为恒值)52 j05b20101 16的盐水以3840kg/

22、h的流率通过套管换热器的内管而被加热。内管为382.5mm的钢管，每段长6m。105的热水以4m3 /h的流率在环隙内流过，而被冷却至48。两流体作逆流流动。热水对管壁的对流给热系数o 为 5000W/(m2)，已知盐水物性(平均温度下)=1200kg/m3 ，cp =3.3kJ/(kg)，=0.9510 3 Pas,=0.56W/(m)，管内外污垢热阻分别为Rs1 =1/3788 (m2)/W，Rs o =1/3846 (m2)/W。求盐水出口温度和所需套管的段数。忽略管壁热阻及热损失。(热水在平均温度下的cp=4.18kJ/(kg) ,=1000 kg/m3) 55 j05b20145 某

23、厂用120饱和水蒸气, 通过252.5mm,长3m的单管程列管式换热器,将列管内的17.2m3/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1=2500W/(m2),壳侧蒸汽0=10000W/(m2), 溶液在管内呈湍流,试问换热器的管数为若干?水溶液密度=1050kg/m3,比热为4.17kJ/(kg)。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)。56 j05b20194 有一单程列管式冷凝器,安装有252.5mm,长2m的钢管60根。水蒸气在管间冷凝,冷凝温度为100。

24、冷却水走管内,流量为50m3/h,其进、出温度分别为20和40,试计算此冷凝器的总传热系数K值。 在保持原来冷凝量的前提下,为节约水,要求冷却水量减少一半。今拟将水侧由单程改为3程。设管壁两侧的污垢热阻及管外蒸汽冷凝热阻均忽略不计,换热器热损失不计,试通过计算说明该方案从传热原理上是否可行。 计算中取水的平均物性为:cp =4.187kJ/(kg),=996kg/m3 ,黏度=1cP。57 j05b20196 有一套管换热器由573.5mm与894.5mm钢管组成,5000kg/h的甲醇在内管中流动,其温度由60冷却至30,甲醇对内管壁的对流给热系数为1=1500W/(m2K)。冷却水在环隙内

25、流动,其进、出口温度分别为20和35,甲醇和冷却水逆流操作,忽略热损失及垢层热阻,试求: (1)冷却水用量(kg/h) (2)所需套管长度 甲醇物性数据为:cp1=2.6kJ/(kgK), 冷却水物性数据为:cp2=4.18kJ/(kgK)，=996.3kg/m3, 2=0.603W/(mK),=0.84510-3PaS 钢导热率:=45W/(mK) 58 j05b20202 采用传热面积为4.48m2 单程管壳式换热器,进行溶剂和某水溶液间的逆流传热,溶剂为苯,流量为3600kg/h, 比热为1.88kJ/(kg)的苯, 80冷却至50, 水溶液由20被加热到30。忽略热损失。试求: (1)

26、传热系数K (2)因前工段的生产情况有变动,水溶液进口温度降到10, 但由于工艺的要求,水溶液出口温度不能低于30。若两流体的流量及苯的进口温度不变, 原换热器是否能保证水溶液的出口温度不低于30? 两种情况下两流体的物性常数可视为不变。层次：C 2 j05c10220 某蒸汽管外包有两层厚度相等的绝热材料，已知第二层的平均直径相当于第一层的平均直径的两倍，而第二层的导热率为第一层的二分之一。如将两层材料的位置调换，调换后第一、二层的平均直径与原来第一、二层的相同，则每米管长的热损失将如何变化？设钢管外壁温度及最外层绝热材料的外壁温度不变。4 j05c10254 欲将夹套加热器中的某溶液进行加

27、热,使其从30加热至60,溶液量为6000kg, 传热面积为6m2,容器内有搅拌器,因此器内液体各处的温度可视为均匀的, 加热蒸汽为0.1MPa的饱和水蒸气,传热系数为800W/(m2),求将溶液由30加热至60所需要的时间? 已知溶液比热为5kJ/(kg),热损失忽略不计。5 j05c15096 有一列管式换热器，列管由薄壁钢管制成。壳程通入温度为120的饱和水蒸汽。管内走空气，空气流量为2.5104kg/h，呈湍流流动，进口温度为30，出口温度为80，现将空气流量提高50%，进口温度不变。问此时的换热量为多少？空气比热Cp=1005J/kgK，假设空气的物性保持不变。6 j05c15117

28、 拟设计由252mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。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15加热到100。温度为 110的饱和水蒸气在壳层冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流给热系数i= 520W/(m2),蒸汽冷凝时的对流给热系数0=1.16104W/(m2),不锈钢管的导热率=17W/(m),忽略垢层热阻和热损失。试求: (A)管程为单程时的列管长度(有效长度,下同); (B)管程为4程时的列管长度(总管数不变,仍为136根)。 9 j05c15200 某厂精馏塔顶冷凝器中有252.5mm的管50根,长2m,管内通冷却水,流速为1.0

29、m/s,其进、出口温度分别为20和40,管外为蒸汽冷凝,试求: (1)管壁对冷却水的对流给热系数; (2)该厂仓库有一台与上述传热面积相同,管径相同,但管数为60根的换热器拟作备品。若要求维持原有的加热任务,加热蒸汽温度也不变, 问该换热器是否合用? 水物性数据可取为: cp=4.174kJ/(kgK),=995.7kg/m3, =0.617W/(mK),=0.8cP 11 j05c15247 现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m2的列管式空气加热器,每台加热器均由64根573.5mm钢管组成,壳程为170的饱和水蒸气冷凝(冷凝潜热r=2054kJ/kg),空气入口温度t1=30,流量为2.5kg/s,以湍流方式通过管内。 (1)若两台换热器并联使用,通过每台换热器的空气流量均等,此时空气的对流给热系数为38W/(m2),求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量w0为多少? (2)若二台换热器改为串联使用,问此时空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量w0为多少? 假定空气的物性不随温度压力而变化,视为常量，cp=1kJ/(kg)。忽略热损失。 16 j05c20093 有一套管换热器, 内管为542mm,外管为116