化工原理答案第四章傳熱

1、執(zhí)八、熱傳導(dǎo)【4-1】有一加熱器，為了減少熱損失，在加熱器的平壁外表面，包一層熱導(dǎo)率為0.16W/(m -°C )、厚度為 300mm的絕熱材料。已測得絕熱層外表面溫度為30 C,另測得距加熱器平壁外表面 250mm處的溫度為75 C,如習(xí)題 4-1附圖所示。試求加熱器平壁外表面溫度。t2 =75C, t3 =30C計算加熱器平壁外表面溫度ti ,=0.16W/(m C)t1 _7575 _300.25 二 0.0507606450.25 75 =300C0.05【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm厚的軟木做成軟木的熱導(dǎo)率 入=0.043 W/(m- C )。若外表面溫度為28

2、 C,內(nèi)溫度為3C,試計算單位表面積的冷量損失。ti =3C , t2 =28C , 扎 =0.043W/ m Cb =0 03m，則單位表面積的冷量損失為【4-3】用平板法測定材料的熱導(dǎo)率，平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷水冷卻，同時在板的兩側(cè)均用熱電偶測量其表面溫度。若所測固體的表面積為0.02m 2，材料的厚度為0.02m?，F(xiàn)測得電流表的讀數(shù)為2.8A，伏特計的讀數(shù)為140V，兩側(cè)溫度分別為280 C和100 C,試計算該材料的熱導(dǎo)率。解根據(jù)已知做圖熱傳導(dǎo)的熱量Q =| V =2.8 140=392W電樊器f =頑匸Qb392 0.02習(xí)題4-3附圖A(t1 -12)0.02(2

3、80-100)【4-4】燃燒爐的平壁由下列三層材料構(gòu)成：耐火磚層，熱導(dǎo)率2=1.05W/(m- C )，厚度b =230mm ;絕熱磚層，熱導(dǎo)率2=0.151W/(m- C )；普通磚層，熱導(dǎo)率Q0.93W/(m C )。耐火磚層內(nèi)側(cè)壁面溫度為1000 C，絕熱磚的耐熱溫度為940 C，普通磚的耐熱溫度為130 C。(1)根據(jù)磚的耐熱溫度確定磚與磚接觸面的溫度，然后計算絕熱磚層厚度。若每塊絕熱磚厚度為230mm，試確定絕熱磚層的厚度。若普通磚層厚度為240mm，試計算普通磚層外表面溫度。(1)確定絕熱層的厚度b2溫度分布如習(xí)題4-4附圖所示。通過耐火磚層的熱傳導(dǎo)計算熱流密度q絕熱磚層厚度b2的

4、計算每塊絕熱磚的厚度為0.23m，取兩塊絕熱磚的厚度為d =0.23 2彳0習(xí)4幣。-4附圖(2)計算普通磚層的外側(cè)壁溫t4先核算絕熱磚層與普通磚層接觸面處的溫度t3t3小于130 C,符合要求。通過普通磚層的熱傳導(dǎo)，計算普通磚層的外側(cè)壁溫t4 o【4-5】有直徑為 38mm 2mm的黃銅冷卻管，假如管內(nèi)生成厚度為1mm的水垢，水垢的熱導(dǎo)率入=1.163W/(m C ) o試計算水垢的熱阻是黃銅管熱阻的多少倍黃銅的熱導(dǎo)率入=110W/(m C ) o解 因38 ：-232，因算術(shù)平均半徑計算導(dǎo)熱面積。管長用L表示。黃銅管的熱阻為水垢的熱阻為0.001-：1.163 0.033L0.001R垢二

5、 1.163 0.03351 6 倍R銅-0.002- '110 敢 0.036【4-6】某工廠用41 70nm 5mm的無縫鋼管輸送水蒸了減少沿途的熱損失，在管外包兩層絕熱材料，第一層為的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為0.065W/ (m K);第二層為厚30mm灰，其熱導(dǎo)率為0.21W/(m K)o管內(nèi)壁溫度為300 C,保溫面溫度為 40 Co管路長 50m o試求該管路的散熱量。【4-7】水蒸氣管路外徑為108mm，其表層超細(xì)玻璃棉氈保溫，其熱導(dǎo)率隨溫度的 變化關(guān) 系 為 =0.0330 00023W / (m K氣管路外表面溫度為150 C,希望保溫層外溫度不超過50 C，且每米管路的熱

6、量損失不160W/m試確定所需保溫層厚度。水垢層黃銅菅習(xí)題4-5附圖030mmJi=3ODV礦ifmJb-OJI/Z /3=0 03m心日0 flSSin內(nèi)=0 )|5th時 0 145m面包t/rC水蒸八、表面超過保溫層厚度以 b表示已知t, =150C ,t2 =50C , q =160W/m解得保溫層厚度為保溫層厚度應(yīng)不小于13.3mm對流傳熱25 C。求管壁對水的對流傳熱系數(shù)。解 d = 0.015m, I = 2m, u=1m/s, ti =15C, t25°C水的平均溫度tm二勺 空 J5 25 =20C2 2查得 20 C 時水 的密度 p = 998.2kg/m3 ,

7、黏度 4 =1. 0 0 4 13 P a .s,熱導(dǎo)率 入=59.9 x-210I 2W/(m -C )，普朗特數(shù) Pr=7.02。133 60雷諾數(shù)d 0.015對流傳熱系數(shù)的計算，水被加熱，Pr的指數(shù)n =0.42=4367 W/(m 2 C )【4-9】空氣以4nZs的流速通過75.5mm 3.75mm的鋼管，管長 5m?？諝馊肟跍囟葹?2 C,岀口溫度為68 Co (1)試計算空氣與管壁間的對流傳熱系數(shù)。(2)如空氣流速增加一倍，其他條件均不變，對流傳熱系數(shù)又為多少?若空氣從管壁得到的熱量為578W，鋼管內(nèi)壁的平均溫度為多少解 已知 u =4m/ s, d =0 ,068m , I

8、=5m , t32C , t68C(1)對流傳熱系數(shù) 二匚計算空氣的平均溫度查得空氣在 50C時的物性數(shù)據(jù)；? = 1.093kg / m3，Pr =0.698，空氣被加熱，Pr的指數(shù)n =04雷諾數(shù)卩 1.96X10對流傳熱系數(shù)：=0.023Re。8 Pr04空氣流速增加一倍，對流傳熱系數(shù):-'為若空氣從管壁得到的熱量為578W，計算鋼管內(nèi)壁平均溫度用式Qtw -tm)計算鋼管內(nèi)壁的平均溫度tw o已知空氣進(jìn)岀口平均溫度tm =50C在第(1)項中已計算岀對流傳熱系數(shù)一 =18.4W/(m2 C)鋼管內(nèi)表面積為 A =dl =恵泊0.068 5 =1.07m2鋼管內(nèi)壁平均溫度Q &q

9、uot;丄 578“:A 18.4 1.07tw tw' 50 ' 79.4C【4-10】溫度為10 C、壓力為 101.3kPa的空氣，以10m/s的流速在列管式換熱器管間沿管長方向流動，空氣岀口溫度為30 Co列管式換熱器的外殼內(nèi)徑為190mm，其中裝有 37根的19mm 2mm鋼管，鋼管長度為2m。試求鋼管外表面對空氣的對流傳熱系數(shù):.。解 已知空氣壓力：=101.*Pa，溫度ti =10C, t2 =30C ,10+30空氣的平均溫度tm220C查得空氣在20 C的物性數(shù)據(jù)為：密度J=1.128kg/m3，比熱容 c 1.005 i0j/(kg °C )，熱導(dǎo)

10、率，=2.7610/ n(i -1.91 10 -Pas，普朗特數(shù)Pr =0.699，空氣被加熱，Pr的指數(shù)n =0.4空氣流動的截面積-0.192 _37 0.0192濕潤周邊二(0.19 37 0.019)當(dāng)量直徑4 孑(0 1.92 37 0 0192)=0 0255 二(0 1.9 37 0 019)已知空氣的流速u = 10m / s雷諾數(shù) Re=業(yè)= 0.0 2 55 0 = 1.258| 4 1 湍流1. 9 1150對流傳熱系數(shù)【4-11】有一套管式換熱器，內(nèi)管為38mm 2.5mm，外管為 57mm 3mm的鋼管，內(nèi)管的傳熱管長為2m。質(zhì)量流量為2530kg /h的甲苯在環(huán)隙

11、中流動，進(jìn)口溫度為72 C，岀口溫度為38 C。試求甲苯對內(nèi)管外表面的對流傳熱系數(shù)。甲苯的溫度T =72C, T2 =38C，平均溫度 Tm =T T272=55C2甲苯在55 C的物性數(shù)據(jù)有：密度 卜=830kg /m3，比熱容Cp =1.83 10J/ (kg C ),熱導(dǎo)率入=0.128W/(m C-)，黏度卩=4 3x10°Pa s甲苯的質(zhì)量流量qm1 =2530 kg / h體積流量qV1 =qm1 / - =2530 /830 =3.05m3 / h甲苯在環(huán)隙中的流速u計算套管的內(nèi)管外徑d1=0.038m，外管內(nèi)徑 d2 =0.051m，3 05甲苯對內(nèi)管外表面的對流傳熱

12、系數(shù)計算流速 u0.933 m / s3600 疋魯 X(0.0512 0.0382)套管環(huán)隙的當(dāng)量直徑de =d2 -dt =0.051 -0.038 = 0.013m_44.3 10Re 二復(fù)丿013 °9334 830 =2.34 104 湍流甲苯被冷卻n = 0.3【4-12】甲苯在一蛇管冷卻器中由70 C冷卻到 30 C,蛇管由 45mm 2 5mm的鋼管3根并聯(lián)而成，蛇管的圈徑為0.6m。若甲苯的體積流量為3m3 / h，試求甲苯對鋼管內(nèi)表面的對流傳熱系數(shù)。解 甲苯的溫度 =70C, T2=30C平均溫度Tm =1° 3 050Cm2甲苯在50 C時的物性數(shù)據(jù)為

13、：密度P = 836 kg/ m3 ,黏度卩=4.4燈0二Pas ,熱導(dǎo)率 =0.129W/(m C)，比熱容 Cp =1.77 10 j / (kg C )甲苯在3根并聯(lián)蛇管中的流速U計算體積流量qv =3斥/ h蛇管內(nèi)徑 d =0.04m，流速qV3/36000 221 ,u20.221m/ sK d.30.785 X(0.04) X37 d雷諾數(shù)普朗特數(shù)c duP 0.04x0221x836 “c Re4=1.68 10 湍流k4.4x10-a Cp"1.77 103 4.4 10Pr6.040.129彎管效應(yīng)校正系數(shù)R"7討“77罟心對流傳熱系數(shù):計算甲苯被冷卻n

14、= 0.30 1294 0 80 32=0.0231(68 10 . )6 04 124=379 W/(m2 C)3.8 104W的熱量。試求水蒸氣在水【4-13】質(zhì)量流量為 1650kg/h的硝酸，在管徑為©80mm漢2 5mm、長為3m的水平管中流過。管外為300kPa （絕對壓力）的飽和水蒸氣冷凝，使硝酸得到平管外冷凝時的對流傳熱系數(shù)。解在計算水蒸氣在水平管外冷凝的對流傳熱系數(shù):-時，需要知道管外表面溫度如何假設(shè)tw ?水蒸氣冷凝的：值一般為 5000 1500WV（m -°C ）按題意，飽和水蒸氣冷凝傳給硝酸的熱量為Q=3.8 104W取:-100CW/（m C），

15、估算壁溫度 仁300kPa （絕對壓力）時，水蒸氣的飽和溫度ts=133.3C用式Q =：卡化-tw）估算壁溫度tw先假設(shè)tw =128 C定性溫度為膜溫上 133.3128 _ 131C2 _ 2 -冷凝水膜的物性參數(shù)3"二 934 kg / mts =133.3 Q時水的比汽化熱r =2168 103 J / kg水蒸氣在水平管外冷凝的用式Q =A(ts _tw)計算Q值此Q值大于硝酸吸收的熱量，說明假設(shè)的tw偏小。重新用:-=11558W/(m2 C)估算 tw假設(shè) tw =129C膜溫tts tw1 3. 3 3-2與前面計算的膜溫基本一樣，.t 二ts -tw =133.3

16、-129 =43不同。:值計算用=11216W/(m2 C)驗算壁溫與前面假設(shè)的相同。故冷凝水膜的物性數(shù)據(jù)也一樣，只是：計算式中的【4-14】水在大容器內(nèi)沸騰，如果絕對壓力保持在p =200kPa，加熱面溫度保持130 C,試計算加熱面上的熱流密度p =200kPa,ts =1202C, tw =130C水沸騰的對流傳熱系數(shù)加熱面上的熱流密度兩流體間傳熱過程的計算【4-15】載熱體的流量為1500kg / h，試計算下列各過程中載熱體放岀或吸收的熱量。(1)100 C的飽和水蒸氣冷凝成100 C的水；苯胺由383K 降溫至283K ;比熱容為3. 7 7J/ (kg K的 NaOH水溶液從29

17、0K加熱到370K ; (4)常壓下20 C的空氣加熱到150C ; (5)絕對壓力為 250kPa的飽和水蒸氣,冷凝冷卻成40 C的水。1500qm =融 M'S(1)水蒸氣冷凝 比汽化熱r =2258kJ/kg放熱量1500Q % 二融 2258 側(cè) kW(2)苯胺平均溫度Tm 二383 ?283 =333K比熱容cp =2. 1 9 J ( k g K放熱量Q 二qmcp T1 _T2 =2.19 383 _283 =91.3 kW NaOH水溶液比熱容Cp =：3.77kJ/ kg K1500吸熱量Q =qmcp T1 _T23.77 370 _290 ;=126 kW2015

18、0 空氣加熱平均溫度tm二一2 =85C比熱容cp =1.009 kJ / kg C吸熱量Q =qmcp t2 -t1 =1500 1.009150 _20 =54.7kW(5)飽和水蒸氣 p =250kPa，飽和溫度 ts =127.C，比汽化熱 r =2185kJ/kg，冷凝水從十、127.2+40ts =127.2C 降至 t2 40 C,平均溫度tm83.6C比熱容cp =4.196 kJ / kg C放熱量Q =qmr - Cp(ts -t2)【4-16】用冷卻水使流量為2000kg/ h的硝基苯從355K冷卻到 300K，冷卻水由15 C升到35 C,試求冷卻水用量。若將冷卻水的流

19、量增加到3.5m3 / h，試求冷卻水的岀口溫度。比熱容解 硝基苯流量qm! = 2000kg/h ,平均溫度J二丄2衛(wèi)二週產(chǎn)=327.5K,Cpi =1.58kJ/ kg K硝基苯的放熱量Q =qm1Cp1 T1 -T2ti +t2 15+35o(1)冷卻水用量計算平均溫度tm=225 C比熱容 cP2 =4.179kJ/ kg C ，密度-997kg/m33(2)用水量 qv2 =3.5m / h 時，求 t2 = ?用水量增大，水岀口溫度t2應(yīng)降低。先假設(shè)水的比熱容及密度不變。從上面的計算式可知qv2與 t2 -t1成反比，故假設(shè) t2 =26. 9C水的平均溫度tmJ2'9 1

20、5 =21Cm 2 2查得水的比熱容 cP =4.182 kJ / kg C，密度 -998kg /m3計算t2QC p2 qm2QCp2qv280 C冷卻到 50 C,水從 15 C升到35 C。試分別計與假設(shè)相符?！?-17】在一換熱器中，用水使苯從 并流操作及逆流操作時的平均溫度差。解 （1）并流操作苯T, =80C _； T2 =50C水t, =15C_. t2 =35C（2）逆流操作苯 T =80C > T2 =50C.缶/. ：t2 =45/35 ：2t2 =35Ct15°C 水【4-18】 在1殼程2管程列管式換熱器 中用水冷卻油，冷卻水走管內(nèi)，進(jìn)口溫度為20C，

21、岀口溫度為50 C。油進(jìn)口溫度為120 C,岀口溫度為60 C。試計算兩種流體的傳熱平均溫度差。解屬于折流查得溫差校正系數(shù)叩=0. 9 1【4-19】用絕對壓力為300kPa的飽和水蒸氣將體積流量為80m3/ h的苯胺從 80 C加熱到100 C。苯胺在平均溫度下的密度為955kg/m，比熱容為2.31kJ/（ kg C）。試計算：（1）水蒸氣用量（kg/h）; （2）當(dāng)總傳熱系數(shù)為800W/（m2 C）時所需傳熱面積。解（1）水的比汽化熱r =2168kJ/ kg，苯胺體積流量qv80m3/h，I62168_1628kg/h苯胺吸收的熱量為水蒸氣用量Q 3.53R0 qm1r（2）計算傳熱面

22、積 A 已知K =800W/(m2 C )，水蒸氣的 p=300kPa, t=133.3C水蒸氣 133.3 C133.3 C苯胺【4-20】有一套管式換熱器，內(nèi)管為80C100C. £=53.3。" .-：t2 =33.3C180mm 10mm的鋼管，內(nèi)管中有質(zhì)量流量為3000kg/h的熱水，從90 C冷卻到60 C環(huán)隙中冷卻水從20 C升到 50 C?？倐鳠嵯禂?shù)K =2000W/ m2 C。試求：（1）冷卻水用量；（2）并流流動時的平均溫度差及所需傳熱面積;逆流流動時的平均溫度差及所需傳熱面積。解 （1）冷卻水用量qm2計算+T290 -+60熱水平均溫度Tm1275C

23、, Cp! =4.191 kJ / （kg C）2 2 p冷水平均溫度tm也=遼型 =35C, % =4 .74 kJ /kg： C ）2 2 p熱量衡算(2)并流熱水T =90CT2 =60C冷水t2 =20Ct =50C耳=70 '耳=碩傳熱面積(3)逆流傳熱面積3.77 x1082000 30 87 m2熱水Ti= 90C > T2 =60CQA =-K .-tm3.77 匯108 /36002000 40= 1.31 m2【4-21】 有1殼程2管程列管式換熱器，用293K的冷水30t/h使流量為20t/h的乙二醇從2353K冷卻到313K，設(shè)總傳熱系數(shù)為1200W/ (

24、m K)，試計算所需傳熱面積。oco 1 od o乙二醇的平均溫度Tm = 一 =333K，m25比熱容 Cp1 =2.6 103 J / kg K乙二醇放岀熱量Q =qm1Cp1(T1 -T2)-1 =3<|t/h7,=3537-313乙二酵,=20t/h習(xí)題4-21附圖從水的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)表上可知，水在3050C范圍內(nèi)，比熱容 Cp =4174j/(kg K)假設(shè)Cp2 =4174j / (kg K )，計算冷水岀口溫度t?h +t°29+309 6冷水的平均溫度tm二匕t2 = =301.3Km 2 2tm接近30 C，所假設(shè)的 Cp2可以。逆流平均溫度差Ltm逆計算折流的

25、平均溫度差計算傳熱面積5 78X105=19 21200 疋 25 1【4-22】有一外徑為100mm的水蒸氣管，水蒸氣溫度為160 C。為了減少熱量損失，在管外包覆厚度各為25mm的A、B兩層絕熱材料保溫層，A與B的熱導(dǎo)率分別為0.15與0.05W?(m K)。試計算哪一種材料放 在內(nèi)層好。周圍空氣溫度為20 C，保溫層外表面對周圍空氣的對流(包括熱輻射)傳熱系數(shù)=15W/(m2 C)。保溫層內(nèi)表fa ibor*1 -<1.025 m&2=0 02$m面溫度在兩種情況下都等于水蒸氣溫度。(1) A在內(nèi)層，B在外層。以保溫層外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為I,1K - bd3bd31

26、 ，ldm1'2dm2 、丄習(xí)題4-22附圖熱量損失Q 二 KA(ti -t2)=K 二dsL(ti 12)單位長度的熱損失為q =Q =K- 3d it2t(2) B在內(nèi)層，A在外層，總傳熱系數(shù)為計算結(jié)果表明，熱導(dǎo)率小的絕熱材料放在內(nèi)層，熱損失小?！?-23】測定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)。數(shù)據(jù)如下：甲苯在內(nèi)管中流動，質(zhì)量流量為5000kg/h，進(jìn)口溫度為 80 C,岀口溫度為 50 C。水在環(huán)隙流動，進(jìn)口溫度為15 C,岀口溫度為30 C。水與甲苯逆流流動，傳熱面積為2.5m2。問所測得的總傳熱系數(shù)為多大？解 甲苯 qm1 =5000kg/h, T80C，T? =50C,80 +50

27、3Tm65C , Cp1 =1.86 10 J / (kg K)熱負(fù)荷Q =5000 1.86 103 80 _50 = 77.5 103W3600*丿【4-24】在一套管換熱器中，內(nèi)管中流體的對流傳熱系數(shù) =200W/(m2 K)，內(nèi)管外側(cè)流體問題：(1)假設(shè)內(nèi)管中流體流速增加一倍;的對流傳熱系數(shù)=350W/(m2 K) o已知兩種流體均在湍流條件下進(jìn)行換熱。試回答下列兩個(2)假設(shè)內(nèi)管外側(cè)流體流速增加兩倍。其他條件不變,試問總傳熱系數(shù)增加多少？以百分?jǐn)?shù)表示。管壁熱阻及污垢熱阻可不計。已知 冷=200W/(m2 K),:2 =350W/(m2 K )(1)內(nèi)管中流體流速增加一倍,u'

28、1=2u1K '-KK仃：127 =0.37增加 37%1270.82U 2 =3氏,C(2 =口2= 350= 843 W/(m2 K )K'_K16 0.276 增加 27. 6%127增大:-小者，對增大 K有利。【4-25】有一套管式換熱器，內(nèi)管為57mm 3mm,外管為Jt114mm 4mm。內(nèi)管中有流量為4000kg / h的苯被 加熱，進(jìn)口溫 度為50 C，岀口溫度為80 C。套管的環(huán)隙 中有絕對壓力為200kPa的飽和水蒸氣冷凝放熱，冷凝的對流傳熱系數(shù)為104W/ (m2 K)。已知內(nèi)管的內(nèi)表面污垢熱阻為0.0004m2 K/W，管壁熱阻及管外側(cè)污垢熱阻均不計試

29、計算:(1)加熱水蒸氣用量；管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；（3）完成上述處理量所需套管的有效長度；（4）由于某種原因，加熱水蒸氣的絕對壓力降至140kPa。這時，苯岀口溫度有何變化？應(yīng)為多少度（設(shè)苯的對流傳熱系數(shù)值不變，平均溫度差可用算術(shù)平均值計算）。解 苯 t1 =50C, t2 =：80C平均溫度tm 二580 =65C, Cp2 二 1840J / (kg K )，qm2 = 4000kg /h熱負(fù)荷Q =qm2Cp2(t2 _ti)40001840 (80 _50) =61330 W3600（1）水蒸氣用量qm1（2）苯的對流傳熱系數(shù)du0.。51 0.654 832 =7.3 1040.3

30、8 10-湍流苯被加熱 n =0.4管長I以管內(nèi)表面積A i為基準(zhǔn)（4）水蒸氣絕對壓力p=140kPa時，苯的岀口溫度p =140kPa 時,T =109. 2C【4-26】在一套管換熱器中，用絕對壓力為200kPa的飽和水蒸氣使流量為5000kg / h的氯化2500kg/h ,苯從30 C加熱到 70 C,氯化苯在內(nèi)管中流動。因某種原因，氯化苯的流量減小到但進(jìn)、岀口溫度欲保持不變。為此，想把水蒸氣壓力降低一些，試問水蒸氣的絕對壓力應(yīng)降到 多少（兩種情況下，管內(nèi)氯化苯均為湍流流動，并且其對流傳熱系數(shù)比水蒸氣冷凝的對流傳熱 系數(shù)小很多。因此，水蒸氣冷凝的熱阻及管壁熱阻均可忽略不計）？解水蒸氣絕

31、對壓力p=200kPa, T =1202C氯化苯的流量qm =5000kg/h熱負(fù)荷 Q與qm成正比， Q二5000氯化苯的對流傳熱系數(shù)g與qm的關(guān)系為 G 8 （5000 f氯化苯的流量減小到q'm = 2500kg / h，總傳熱系數(shù): ,:'水蒸氣溫度T' =111C壓力 p =143.3kPa【4-27】欲將體積流量為3000m3/h （標(biāo)準(zhǔn)狀況ph =101.325kPa, T亠273.15K ）的常壓空氣,用絕對壓力為200kPa的飽和水蒸氣加熱，空氣從10 C加熱到 90 C?，F(xiàn)有一列管式換熱器，其規(guī)格如下：鋼管直徑S5mmX25mm,管長1.6m，管數(shù)2

32、71根。如用此換熱器，使空氣在管內(nèi)流動，水蒸氣在管外冷凝，試驗算此換熱器面積是否夠用？水蒸氣冷凝時的對流傳熱系數(shù)可取為210000W/ (m K)解空氣的平均溫度tm =50 C2空氣的物性參數(shù)3$=1.093kg /m， -19.6 10-Pa .s空氣流量2二2.83 10 -W/ m K3Cp =1.005 10 J/ kg K ,Pr=O 6983000 29 =3884 的熱負(fù)荷水蒸氣= 200kPa, T =1202C平均溫度差.缶=T -ti =120.2 -10 =1102C空氣流速3554u =11.6 m / s360-d2n3600 匯三 x（0.02）2 X27144R

33、e =畔嚴(yán)211.6 !093 =1.29 104619.6 10一湍流=qmcp t2；=3884 1.005 103 90一10 =8.67 104已有換熱器的傳熱面積為A' - ：dln -二 0.02 1.6 271 =27.2m2 夠用【4-28】有一鋼制套管式換熱器，質(zhì)量流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中，從80 C冷卻到50 C。冷卻水在環(huán)隙中從15 C升到35 C。已知苯對管壁的對流傳熱系數(shù)為600W/(m2 K),管壁對水的對流傳熱系數(shù)為1000W/(m2 K)。計算總傳熱系數(shù)時，忽略管壁熱阻，按平壁計算。試回答下列問題：(1)計算冷卻水消耗量；(2)計算并流流動時所

34、需傳熱面積；如改變?yōu)槟媪髁鲃?，其他條件相同，所需傳熱面積將有何變化？解 總傳熱系數(shù) K的計算已知:-1 =600W/ m2 K , ：-2 =1000W/ m2 K80+50苯T1 =80C , T2=50 C , Tm65C熱負(fù)荷Q 二qm1Cp1 T1 -T2(1) 冷卻水消耗量qm2(2) 并流的傳熱面積A(3) 逆流時的傳熱面積A逆流與并流比較，由于逆流的溫度差較大，所以傳熱面積小了一些?！?-29】 在一傳熱面積為20m2的列管式換熱器中，殼程用110 C的飽和水蒸汽冷凝以加熱管程中的某溶液。溶液的處理量為2.5 ：104kg/h，比熱容為4kJ/(kg K)。換熱器初始使用時可將溶

35、液由20 C加熱至80Co( 1)該換熱器使用一段時間后，由于溶液結(jié)垢，其岀口溫度只能達(dá)到75C，試求污垢熱阻值；(2)若要使溶液岀口溫度仍維持在80 C，在不變動設(shè)備的條件下可采取何種措施？做定量計算。解：原工況條件下的對數(shù)平均溫差:JT _t280 一2054.6 C11020In11080此操作條件下的總傳熱系數(shù):QK =A Amqm2Cp2 件2 - tl jA Atm25000 4000 80 -20 竺Pgs w (m2K)20 54.6(1)使用一年后，溶液岀口溫度下降至75 C,此時的對數(shù)平均溫差為t2 -t175-202158.2 CT -t1, 11020lnInT_t21

36、10-75總傳熱系數(shù)Q'K 'A A'mqm竺g = 25000 4000 75 一20 遜 *3 W/(m 2 X)AAt'm20 58.2污垢熱阻Rd丄丄_KK421.063 10一 m K/W1313 1526(2)在不變動設(shè)備的條件下,可通過提高加熱蒸汽的溫度使溶液岀口溫度仍然維持在80 C。此時傳熱溫差為At"mQqm2Cp2 t2 -t125000 4000 80-20 /3600 “ cC63.5 CK'A20 1313At"m一 t2 -11 80 -205lnT'80_ln .T -t2由此解得T"

37、 =118.2 °C25mm 2.5mm，管長為 3m，管【4-30】有一單管程的列管式換熱器，其規(guī)格如下：管徑為數(shù)為37根。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS2的飽和蒸氣,自飽和溫度46 C冷卻到 10 Co CS2在管外冷凝，其流量為300kg / h，比汽化熱為350kJ / kg。冷卻水在管內(nèi),進(jìn)口溫度為5 C,岀口溫度為 32 C。逆流流動。已知CS的冷凝和冷卻時的總傳熱系數(shù)分別為心=291W/(m2 K)和K2 =174W/(m2 K)(以內(nèi)表面積為基準(zhǔn))試問此換熱器是否合適?解CS2質(zhì)量流量 qm1 = 300kg/ h,冷凝段 壬=46C , CS的比汽化熱冷凝段熱負(fù)荷冷

38、卻段=46 C , T, =10C,46 102熱八、Q2 二qm1Cp!-T2 二誥 997 46 一10 =2990r =350103 J/ kg冷卻水5+321 =5C, t2 =32C, tm=18.5C冷卻水用量qm23Cp2(t2ti) 4.19 10(32一5)= 0.285 kg/s水在兩段之間的溫度t，用冷卻段熱負(fù)荷q2計算。冷凝段平均溫度差為冷卻段平均溫度差為冷凝段傳熱面積為冷卻段傳熱面積為%146 一32 一 46一7.5242cd f 46 _32 )-'1n -46 _7.5-伴一7；5)-。05)-。1n 415-10_52920024 . 15卅291 24.2174 164總傳熱面積 A =4.15 1.05 =5.20m2現(xiàn)有換熱器的傳熱面積按傳熱管內(nèi)表面積計算A-二dl n-二0.02 3 37 =6.97m2傳熱面積夠用?！?-31】在一套管式換熱器中，用120 C的飽和水蒸氣在環(huán)隙中冷凝放熱，使內(nèi)管中湍流流動的流量為 3000kg / h