1、.專業整理.化工原理習題第二部分熱量傳遞一、填空題：1. 某大型化工容器的外層包上隔熱層， 以減少熱損失，若容器外表溫度為500C , 而環境溫度為20C,采用某隔熱材料，其厚度為240mm入=0.57w/m.K，此時單 位面積的熱損失為 _ 1140W _ 。（注：大型容器可視為平壁）2. 牛頓冷卻定律 的表達式為_ q=a AAt,給熱系數（或對流傳熱系數）a的單位是 _ w/m2.K。3. 某并流操作的間壁式換熱器中,熱流體的進出口溫度為90C和50C ,冷流體的進出口溫度為30C和40C,此時傳熱平均溫度差At=27.9K _。3. 某并流操作的間壁式換熱器中,熱流體的進出口溫度為90

2、r和50r，冷流體的進出口溫度為15E和30E ,此時傳熱平均溫度差At=41.6K。4. 熱量傳遞的方式主要有三種:熱傳導_、_熱對流_ 一、熱輻射 。5. 對流傳熱中的努塞特準數式是 _ Nu =al /入 ,它反映了對流傳 熱過程幾何尺寸對 a 的影響。6. 穩定熱傳導是指傳熱系統中各點的溫度僅隨位置變不隨時間而改變。7. 兩流體的間壁換熱過程中，計算式 Q=a A At, A表示為a 側的換熱壁面面積_。8. 在兩流體通過圓筒間壁換熱過程中，計算式 Q=K.A.At中，A表示為A泛指傳熱面，與K相對應。9. 兩流體進行傳熱,冷流體從10r升到30r,熱流體從80r降到60r，當它們逆流

3、流動時，平均傳熱溫差A tm=，當并流時,A tm=_47.2 r 。10. 冷、熱氣體在間壁換熱器中換熱，熱氣體進口溫度T= 400r，出口溫度T為200r，冷氣體進口溫度上=50r，兩股氣體的質量流量相同，物性數據可視為相同， 若不計熱損失時，冷氣體出口溫度為250_ r;若熱損失為5 %時，冷氣體出口溫度為_240 r。11. 一列管換熱器，列管規格為 38X 3,管長4m,管數127根，則外表面積F =_F1=127X4nX 0.038=60.6m， 而以 內表面 積計的 傳熱 面積 F F2=127X4nX 0.032=51.1m212. 當水在圓形直管內作無相變強制湍流對流傳熱時，

4、若僅將其流速提高1倍，則其對流傳熱系數可變為原來的_2_ 倍。13. 在傳熱實驗中用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數K接近于 空氣 側的對流傳熱系數，而壁溫接近于飽和水蒸汽側流體的溫度值。14. 熱傳導的基本定律是 傅立葉定律。間壁換熱器中總傳熱系數K的數值接近于 熱阻 大 （大、小）一側的 值。間壁換熱器管壁溫度tw接近于 值 大 （大、 小）一側的流體溫度。由多層等厚平壁構成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數愈 小，則該壁面的熱阻愈 大 （大、小），其兩側的溫差愈 大 （大、小）。15. 由多層等厚平壁構成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數愈大，則該壁面的 熱阻愈小 ，其兩側的溫差愈 小 。16

5、. 在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在滯離層內（或熱邊界層內），減少熱阻的最有效措施是提高流體湍動程度。17. 消除列管式換熱器溫差應力常用的方法有三種，即在殼體上加膨脹節、采用浮頭式 或U管式結構 ；翅片管換熱器安裝翅片的目的是 增加面積， 增強流體的湍動程度以提高傳熱系數 。18. 厚度不同的三種材料構成三層平壁， 各層接觸良好，已知b1b2b3,導熱系數1 2 F2 R 6各層導熱速率Q= Q?=Qao19. 傳熱的基本方式有 傳導 、 對流 和 輻射 三種。熱傳導的基本定律是傅立葉定律，其表達式為dQ= - ds_。n20. 水在管內作湍流流動，若使流速提高到原來的2倍，則其對流

6、傳熱系數約為原來的1.74 倍；管徑改為原來的1/2而流量相同，則其對流傳熱系數約為 原來的3.48倍。（設條件改變后仍在湍流范圍）21. 導熱系數的單位為 W/ （mC），對流傳熱系數的單位為W/（mc），總傳熱系數的單位為w/ （ mc）。22. 在設計列管式換熱器時，設置 折流擋板、以提高殼程的傳熱系數,設置二 管程，以提高管程的傳熱系數。如該換熱器用水蒸氣冷凝來加熱原油，那么水 蒸氣應在 殼程程流動。二、選擇題：1間壁傳熱時，各層的溫度降與各相應層的熱阻 （A ）A. 成正比 B. 成反比 C. 沒關系2. 有一列管換熱器，用飽和水蒸汽（溫度為120 C）將管內一定流量的氫氧化鈉溶液由

7、20C加熱到80C，該換熱器的平均傳熱溫度差X 口為（B ）。A. -60/1 n2.5; B. 60/ln 2.5; C. 120/1 n53. 通過三層平壁的定態熱傳導過程，各層界面接觸均勻，第一層兩側面溫度分別為120C和80C,第二層外表面溫度為40C，則第一層熱阻R，,與第二、三層 熱阻R、R3的大小關系為 C。A. R i R2+R B. R i 100）下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數。A 管內；B管間；C管徑；D管軸。36在管殼式換熱器中安裝折流擋板的目的， 是為了加大殼程流體的（C ）, 使湍動程度加劇，以提高殼程對流傳熱系數。A粘度；B密度；C速度；D高度。37. 當換熱

8、器中冷熱流體的進出口溫度一定時，判斷下面的說法哪一個是錯誤的（ B ）。A逆流時，Atm定大于并流、錯流或折流時的 tm；B采用逆流操作時可以節約熱流體（或冷流體）的用量；C采用逆流操作可以減少所需的傳熱面積；D溫度差校正系數 t的大小反映了流體流向接近逆流的程度。38. 對流傳熱系數關聯式中普蘭特準數是表示 _C 的準數。A對流傳熱 B流動狀態C物性影響 D自然對流影響39. 在蒸氣一空氣間壁換熱過程中，為強化傳熱，下列方案中的B_在工程上可 行。A提高蒸氣流速 B 提高空氣流速C 采用過熱蒸氣以提高蒸氣溫度D在蒸氣一側管壁加裝翅片，增加冷凝面積40. 冷熱流體在換熱器中進行無相變逆流傳熱，

9、換熱器用久后形成垢層，在同樣的操作條件下，與無垢層相比，結垢后的換熱器的K B ， tm A。A. 變大 B. 變小 C. 不變 D. 不確定41. 某兩流體在套管換熱器中進行逆流換熱（無相變），今使熱流體進口溫度降低，而其他條件不變，則熱流體出口溫度 _B，平均推動力At m B 。A.上升 B.下降 C.不變 D.不確定三、判斷題：1. 凡穩定的圓筒壁傳熱，熱通量為常數。（X ）2. 傳導和對流傳熱的傳熱速率與溫度的一次方之差成正比，而輻射的傳熱速率與 溫度的四次方之差成正比。（ V）3. 凡穩態的園筒壁傳熱過程，單位時間單位面積所傳遞的熱量相等。（x ）4. 熱量傳遞過程的規律與流體流動

10、過程相似，流速越大，則其過程的阻力越大。（x ）5. 當保溫材料的厚度加大時，內外壁面的總溫度差增大，總的熱阻也增大，總推動力與總阻力之比為定值，即導熱速率不變。（x ）6. 多層平壁導熱過程中，傳熱總推動力為各壁面溫度差之和。（V ）7. 無相變的折，錯流換熱器，其平均溫度差At都比逆流時為小。（ V ）8. 換熱器的導熱管，應選用導熱系數值大的材料。（V ）9. 導熱系數是物質的一種物理性質（ V ），10. 在列管換熱器管間裝設了兩塊橫向折流檔板，則該換熱器變成為雙殼程的換熱器（x ）11. 在穩定的多層平壁導熱中，若某層的熱阻較大，則這層的導熱溫度差就較小（x ）.12. 在對流傳熱中

11、，傳熱管壁的溫度接近a值小的哪一側流體的溫度（x ）.13. 對于問壁兩側流體穩定變溫傳熱來說，載熱體的消耗量逆流時大于并流時的 用量。（x ）14. 列管式熱交換器內用飽和水蒸汽加熱管程的空氣，為提高換熱器的K值，在管外裝設折流擋板。（x ）15. 蛇管換熱器是屬于間壁式換熱器的一種（V ）16. 列管換熱器采用多管程的目的是提高管內流體的對流傳熱系數a （ V ）17. 維持膜狀沸騰操作，可獲得較大的沸騰傳熱系數。（x ）18. 為了提高間壁式換熱器的傳熱系數 K值，必須設法提高a值大的那一側流體 的對流傳熱系數。（x ）19. 強化傳熱的途徑主要是增大傳熱面積（x ）20. 付立葉定律適

12、用于流體與壁面間的傳熱計算。（x ）四、簡答題：1. 在化工生產中，傳熱有哪些要求？傳熱一般有兩方面的要求：(1) 、盡量使傳熱情況良好，即要求高的傳熱效率，以減少設備尺寸；(2) 、盡量避免傳熱，即保溫或保冷。2. 傳導傳熱,對流傳熱和輻射傳熱，三者之間有何不同？傳導熱是固體或靜止流體的分子運動或分子振動傳遞熱量。對流傳熱則是流 體質點發生相對位移來傳遞熱量，輻射傳熱是高溫物體以電磁波形式向空間發 射能量來傳遞熱量。3. 試述對流傳熱的機理？熱流體流過管道時，在湍流主體中，流體劇烈攏動，形成漩渦，使質點強烈 混合而交換熱量，溫度較均勻，幾乎不存在溫度梯度；但在緊靠管壁，有一層很 薄的作層流流

13、動的流體層(層流底層)，在這層薄層內，熱量傳遞以導熱方式進 行，從微觀上言，是靠分子傳遞。由于流體的導熱系數很小，故熱阻絲要集中層 流底層內。對管內層流流動，熱量傳遞也是主要靠導熱。但由于溫度存在(軸向 的，徑向的)，有密度差，會引起質點的對流，比較復雜。4. 強化傳熱過程應采取哪些途徑？根據q= K.A. t方程,指任一個K、A、At都能提高強化傳熱(1)增加傳熱面積,如在管內外壁裝上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；(2)增大傳熱溫差At可采用逆流操作，因為當T ，T ，t ，t四個溫度一定時，逆流傳熱溫差At最大；(3) 提高傳熱系數K由K = 1/ (1/ a + 1/ a +2(5

14、/ 入)提高a 、a 降低5,都能強化傳熱，要提高a由單層改為多層，或在殼程中增設檔板，對于蛇管中，加入攪拌裝置或在蛇管圈中增設杯狀物(強化圈) 在列管換熱器中可，還可采用導熱系數大的流體作載熱體。5. 傳熱有哪幾種方法？各有何特點？試就鍋爐墻的傳熱分析其屬哪些傳熱方式?傳導、對流、輻射導熱 分子原位振動，電子定向流動。對流-流體質點流動與混合。鍋爐壁為導熱，外壁對煙氣為對流，火焰和爐墻的熱輻射。6. 為什么工業換熱器的冷、熱流體的流向大多采用逆流操作？操作可以獲得較大的平均傳熱溫度差， 從傳遞相同熱負荷言，須較小的傳熱 面積，節省設備費用。此外，逆流熱流體出口溫度T可接近冷流流體進口溫度t，

15、 對相同熱負荷言，需加熱劑少；同樣，就冷流體而言，逆流體出口溫度t可接近熱流體進口溫度T,對相同熱負荷言，需要冷卻劑少，故對逆流就加熱劑或冷卻 劑用量考慮，逆流操作費小。7. 什么是穩定傳熱和不穩定傳熱？在傳熱過程中，傳熱面上各點的溫度不隨時間變化， 稱為穩定傳熱。穩定傳 熱時，傳熱速率為定值。反之，若傳熱面上各的溫度隨時間而變，則為不穩定傳熱。不穩定傳熱時， 傳熱速率也隨時間而變。8. 導熱系數受哪些因素影響？現有建筑磚(p= 1800kg.m-3)和煤灰磚(p= 700 kg.m-3)兩種材料，哪種保溫性能好？組成：純物質的導熱系數好；結構：結構致緊、密度大的材料導熱系數大；溫度：一般溫度

16、升高，非金屬固體導熱系數增大。煤灰磚的保溫性能好。9. 說明流體流動類型對給熱系數的影響。流體為層流時，傳熱是以導熱方式進行的。則此時給熱系數較小。當為湍流 時，傳熱是以對流方式進行的，此時給熱系數增大。所以流體的傳熱，多在湍流 情況下進行。10. 給熱系數受哪些因素影響？流動類型：湍流時的給熱系數大。流體的物性：粘度卩、密度P、比熱Cp, 導熱系數入均對給熱系數有影響。傳熱面的形狀、大小和位置：管子的排列、 折流都是為了提高給熱系數。流體的對流情況，強制對流比自然對流的給熱系數 大，流體在傳熱過程有無相變，有相變a大。11. 說明列管式換熱器的基本結構。由殼體、管束、管板、封頭等組成。12.

17、 換熱器的散熱損失是如何產生的？應如何來減少此熱損失？由于換熱器外壁面溫度往往高于周圍外界空氣的溫度，外壁面不斷通過對流和輻射傳將熱量傳給換熱器周圍的空氣而散失，即產生散熱損失。為了減少散熱損失，一般在換熱器外壁面上包上一層（或兩層）導熱系數較小的絕熱材料（或 不同的兩種導熱系數較小的絕熱材料），使傳熱熱阻增大，外壁面溫度降低，從 而減小了散熱損失。13. 列管換熱器由哪幾個基本部分組成？各起什么作用？主要由殼體、管束、管板和頂蓋（又稱封頭）等基部分組成。殼體和管束作 為冷熱兩流體的流動空間，通過管壁進行換熱。管束安裝在管板上，通過管板使 管束與殼體連成一體。頂蓋（封頭）上有管程流體進出口，且

18、有分程、密封，封 頭可拆卸，便于管子清洗等作用。14. 當間壁兩側流體穩定變溫傳熱時，工程上為何常采用逆流操作？并簡要定性 分析主要原因。因為逆流操作有較高的經濟效益。主要原因可由以下兩方面分析：（1）當T 、T 、t 、t四個溫度一定時，逆流操作的At 比其它流向大。 根據：Q=KAM ,當K、A一定時， t T則QT,對現有的換熱器來說，可提 高生產能力。當Q K一定時，At T則AJ,對生產能力要求一定時，新設計 制造換熱器由于A較小，設備尺寸可減小，節省投資費。（2）一般逆流操作的正常操作費比其它流向要少。逆流操作時，載熱體用量比其它流向的要小，降低能耗，提高了經濟效益。15各種傳熱方

19、式相比較，熱傳導的主要特點是什么？在熱傳導中，物體各部分之間不發生相對位移。16各種傳熱方式相比較，對流的主要特點是什么？對流僅發生在流體中，流體各部分之間發生相對位移。17在一套管換熱器中，若兩流體的進、出口溫度不變，應選擇并流換熱還是逆 流換熱？為什么？應選擇逆流換熱，因為此時的對數平均溫差較大，可以節省換熱面積。18. 在設計換熱器時，如何安排不潔凈和易結垢的流體的流徑（管內或是管間）？ 簡述理由。走管內，因為管內清洗比較方便。19. 在設計換熱器時，如何安排腐蝕性流體的流徑（管內或是管間）？簡述理由。走管內，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。20. 在設計換熱器時，如

20、何安排壓強高的流體的流徑（管內或是管間）？簡述理 由。走管內，以免殼體受壓，可節省殼程金屬消耗量。21在設計換熱器時，如何安排飽和蒸氣的流徑（管內或是管間）？簡述理由。 走管間，便于及時排出冷凝液。22. 在設計換熱器時，如何安排被冷卻的流體的流徑（管內或是管間）？簡述理 由。走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。23. 在設計換熱器時，如何安排粘度大的液體的流徑（管內或是管間）？簡述理 由。走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re 100）下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數。24. 在強化傳熱的過程中，為什么要想辦法提高流體的湍動程度？由

21、于對流傳熱的熱阻主要集中在層流底層內，提高流體的湍動程度能減薄層 流底層的厚度，可以提高傳熱效果。25. 換熱器的殼程為什么要安裝擋板？可以提高殼程流體的湍動程度，增強傳熱效果。26. 間壁式換熱器與混合式換熱器的區別是什么？間壁式換熱器是由固體壁面將冷、熱兩種流體分開，通過固體壁面傳熱，而混合式換熱器中則是將冷、熱兩種流體直接接觸、混合換熱。五、計算題：1. 某平壁爐的爐壁由耐火磚，絕熱磚和普通磚組成，它們的導熱系數分別為1.163，0.233和0.582w/m.K，為使爐內壁溫度保持 1000C， 每平方米爐壁的熱損失控制在930w以下，若普通磚厚度取為10cm爐外壁溫度為83C,求: 耐

22、火磚和絕熱磚厚度各為多少？絕熱磚和普通磚交界面溫度t為多少？（假設絕 熱磚與耐火磚交界面溫度為800C）設耐火磚厚度b1,絕熱磚厚度b2跨過耐火磚的熱通量為：q=（t1-t2）/（b1/ 入 1） b仁入 1(t1 -t2)/q=1.163(1000-800)/930=0.25m跨過三層磚的熱通量為：q=(t1-t4)/(b1/ 入 1)+(b2/ 入 2)+(b3/ 入 3)b2=(t1-t4)/q-b1/ 入1 - b3/ 入 3入 2=(1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.582 X 0.233 =0.14m,跨過普通磚的熱通量:=t3- t4/b3/入3,t3=

23、q.b3/ 入 3+t4=930 X 0.1/0.582+83=243 C2. 在內管為 180X 10mnm勺套管換熱器中，將流量為3500kg/h的某液態烴從100C冷卻到60E，其平均比熱為2.38kJ/kg.K，環隙走冷卻水,其進出口溫度分別為 40C和50C,平均比熱為4.174kJ/kg.K , 基于傳熱外面積的總傳熱系數K=2000w/m.K，且保持不變.設熱損失可以忽略。試求：(1)冷卻水用量；(2) 計算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及管長。冷卻水用量：Wc( T T )= Wc( t t )3500X 2.38 X( 100 60)= W X 4.174 X( 50 4

24、0)W = 7982kg.hAt 逆=(50 20) / ln( 50/20 )= 32.75At 并=(60 10) / ln( 60/10 )= 27.9Q = KAAtQ = 333200kJ.hA 逆=333200X 10 / (2000X 32.75 X 3600)= 1.41mnd l= 1.413.14 X 0.18 Xl = 1.41 1= 2.5 mA 并=333200X 10 / (2000X 27.9 X 3600)= 1.66 m3.14 X 0.18 X1 = 1.66 1= 2.93 m3. 已知一外徑為75mm內徑為55mm的金屬管，輸送某一熱的物流，此時金屬管內

25、表面溫度為120C，外表面溫度為115C，每米管長的散熱速率為 4545w/m 求該管材的導熱系數。為減少該管的熱損失，外加一層石棉層(導熱系數為0.15w/m.K )此時石棉層外表面溫度為10C,而每米管長的散熱速率減少為原來的3.87%，求石棉層厚度及鋼管和石棉層接觸面處的溫度。 Q/L=2 n (120-115)/1/ 入(In(75/55)=4545(1/ 入)ln(75/55)=2 X 3.14(125 -115)/4545=0.00691入=44.9w/m.K設外加石棉層厚度為S則:Q/L=2X 3.14(120 -10)/(1/44.9)ln(75/55)+(1/0.15)ln(

26、75+2S )/75=4545X 0.0387=175.9w.m690.8=175.90.00691+(1/0.15)ln(75+2S )/75解得：S =30mm(石棉層厚度)設鋼管和石棉層接觸面間的溫度為t2則:2 X 3.14(120 -t2)/(1/44.9)ln(75/55)=175.9解得:t2=119.8 C4. 在一套管換熱器中用水逆流冷卻某種溶液，溶液量為1.4kg/s，比熱為2kJ/kg.K，走內管(規格為 25X 2.5mm),從150C 冷卻到100C。冷卻水走 套管環隙，從25C升溫至60E，水的比熱為4.18kJ/kg.K。(1)已知溶液一側 的對流傳熱系數為116

27、0w/m.K，,冷卻水一側的對流傳熱系數為 930 w/mk,忽略 管壁和污垢的熱阻及熱損失，求(1)傳熱外表面積為基準的總傳熱系數 K和冷卻水的用量(kg/h) 0(2).計算內管的外表面積和管長。溶液放熱 Q=msCjPT=1.4 X 2X 10 X (150-100)=1.4 X 10 w1/K =d /( a d )+1/ a=0.025/(1160 X 0.02)+1/930=2.15 X 102K=464w/m .K冷卻水用量 ms=Q/Cp(t2-t1)=1.4 X 10 /4180(60-25)=0.957kg.s=3445kg.h tm=(150 -60)-(100-25)/

28、ln(150-60)/(100-25)=82.3 CA =Q/(K tm)=1.4 X 10 /(464 X 82.3)=3.67m 2L=A /( nd )=3.67/( nX 0.025)=46.7m5. 某車間有一臺換熱面積(以外表面積計)為2.5 m的單程列管換熱器。用180C 的熱廢氣預熱輕油， 輕油走管外，其流量為200kg/h，比熱為2kJ/kg.K，溫度 由30C升至80E。輕油與熱氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為 70C。求：換 熱器的熱負荷和傳熱系數。A = 2.5m, C = 2kJ.kg .K tm =( (180-80)-(70-30) / In (100/40)=6

29、5.5 CQ= 200X 2X (80 -30) = 20000kJ.hQ= KM tm K = 20000/(65.5 X 2.5) = 122.2kJ/m.K.h=34 w/.m.K6. 用一傳熱面積為3吊由 25X 2.5mm的管子組成的單程列管式換熱器，用初溫為10C的水將機油由200C冷卻至100C，水走管內，油走管間。已知水和機 油的質量流量分別為 1000kg/h和1200kg/h，其比熱分別為 4.18kJ/kg.K 和 2.0kJ/kg.K ;水側和油側的對流傳熱系數分別為 2000w/m.K和250w/m.K,兩流 體呈逆流流動，忽略管壁和污垢熱阻。(1)計算說明該換熱器是

30、否合用？ (2)夏天 當水的初溫達到30C，而油的流量及冷卻程度不變時，該換熱器是否合用?(假設傳熱系數不變)(1) Q仁 1200 X 2X (200-100)=240000kJ.hQ2=Q1,t2=t1+Q1/(m p 2 Cp2)=10+240000/(1000 X 4.18)=67.4 C tm=(132.6 -90)/1n(132.6/90)=110C1/K1= 1/ a 1+d1/( a 2 d2)=1/250+25/(2000 X 20)0=2 16.2 w .m .KA仁Q1/(KAtm) =240000 X 10/(216.2 X 3600X 110)=2.8 m 23吊不適

31、用。7. 采用傳熱面積為4.48m2單程管殼式換熱器，進行溶劑和某水溶液間的換熱流 量為3600kg/.h，比熱為1.88kJ/kg.K 的苯，80C冷卻至30C， 水溶液由20C 被加熱到30C。忽略熱損失。試求：傳熱系數 K由Q=K.A tm式求K其中:Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600 X 1. 88X 10(80-50)=56400 wAt =(At At ) / ln(At / At )=(80 30) ( 50 20) / ln (80-30)/(50-20)=39.2 C 56400=KX 4.48 X 39.2解得 K=321 w /m. C8. 在單程逆流列管

32、式換熱器中用水冷卻空氣，水和空氣的進口溫度分別為20C及110C,在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為 45C及40C, 使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量及進口溫度不變的情況下， 冷卻水出口溫度降至38C。熱損失可以忽略不計。求：(1)空氣出口溫度變為多 少？ (2)總傳熱系數為原來的多少倍？(1) 初期 m1 CP1(110-40)= m2 CP2(45- 20)= K A A tm一年后 m1 CP1(110-T2 )= m2 CP2(38- 20)= K A A tm (110-T2 ”(110-40) =(38-20)/(45-20)解出 T2 =59.6

33、C(2) A tm =( (110-45)-(40-20) ) /ln(65/20)= 38.2CA tm =( (110-38)-(59.6-20) /In(72/39.6)=54.2C(38-20)/(45-20)=(K /K) X (54.2/38.2)解出 K/K = 0.5079. 一套管換熱器，外管為 83X 3.5mm內管為 57X 3.5mm的鋼管，有效長度為60m。用120C的飽和水蒸汽冷凝來加熱內管中的油.蒸汽冷凝潛熱為2205kJ/kg。已知油的流量為 6500kg/h ,比熱為2.2kJ/kg.K ,進口溫度為30C,出口溫度為80C。試求：(1)蒸汽用量；(不計熱損)

34、(2)傳熱系數；(1) 蒸汽用量 Q 放=W.r= 2205X W kJ.hQ 吸=W CP(t 出一t 入)=6500X 2.2 X( 80-30)= 7.15 X 10 kJ.hQ 放=Q吸w = 7.15 X 10/2205 324kg.h(2) 傳熱系數的計算由Q= KAA tm tm =( (120-30)-(120-80) / ln( (120-30)/(1 20-80)=50/ ln( 90/40) = 61.66 C Ki = Q/Ai tm=7.15 X 10 /60 XnX (50/1000) X 61.661231 kJ.h .m . C2=342 ( w /m.K)10

35、. 有一逆流熱交換器，將1.25 kg/s的苯從77C冷卻至27C,苯的平均比熱 Cp為1.88 KJ/kg.K。冷卻水的進、出口溫度分別為 25C和47C。換熱器采用 25X 2.5 mm的鋼管，水在管內，苯在管外，水和苯的傳熱膜系數分別為a二850w/m.K 和a = 1700w/m.K。鋼的導熱系數 入=49w/m.K。若忽略污垢的熱阻, 試求冷卻水消耗量及管子的總長度。q=CpG(t -t )=117.5 KJ/SW=117.5/4.187 X (47-25)=1.276 kg.S t =(77-47)-(27- 25)/l n( 30/2)=10.34C1/K=1/ a+1/ a +

36、S / 入2K=550.7 w/m .KA=q/K. At =20.635 mL=A/ n dm=292.1 m11. 一臥式列管冷凝器，鋼質換熱管長為 3m直徑為25X 2mm水以0.7m/s的 流速在管內流過，并從17C被加熱到37C。流量為1.25kg/s、溫度為72C烴的飽和蒸氣在管外冷凝成同溫度的液體。 烴蒸氣的冷凝潛熱為315kJ/kg。已測得： 蒸氣冷凝傳熱系數=800W/（mC ），管內側熱阻為外側的 40%污垢熱阻又為 管內側熱阻的70%試核算：（1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準）；（2）換熱管的總根數；（3）換熱器的管程數。計算時可忽略管壁熱阻及熱損失，水的比熱為

37、4.18kJ/（kgC）解：（1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準），Si;由題意知，水以0.7m/s的流速在管內流過，欲求S,需先知道每程的管子數，每程的管子數等于所需冷卻水的總流量與單管內水的流量之比。兩流體交換的熱量為：Q Whrh 1.25 315 394kwQ WcCpc(t2 t1)，Cpc 4.18kJ/kg C，WcQ3944 .713 kg / sC pc ( t 2t4.18 (3717 )單管內水的流量為：2 2Wc1 du 0.785 0.0210.7 10000.2423kg/s4每程所需管子數為：Wc4.713195n119.5Wc10.2423取每程管子數為

38、20,則每程所能提供的傳熱外表面積為：2S1do ln1 0.025 20 34.71m（2）換熱管的總根數；由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數由題給數據,QKo So tm10.7 0.4)o0.7 0.4)800tmt1 t2(72 17) (72 37)Int2ln72 1772 3744.25 C.學習幫手.則任務所需的傳熱外表面積為:SoQKo tm0.476239418.7m244.25Sodo ln換熱管總根數為:So18.70.025 379.4n 80(2)換熱器的管程數由題意管程數為:Nt丄4n112. 在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進口溫度分別為20r

39、和110C。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為 45C和40C,使 用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進口溫度不變的情況下， 冷卻水出口溫度降至38C，試求：(1)空氣出口溫度為多少？( 2)總傳熱系數 為原來的多少倍？解：(1)空氣出口溫度t2題意可得：使用初期 Q WcCpc(t2 切 WhCph(T1 T2) KS tm(1)使用一年后 Q 2WcCpc(t2 WhCph(T1 T2) KS tm(2)兩式相比(2) / (1)，得(11010 40)(3820)則：T2 =59.6 C(2)總傳熱系數K /Ktm(T1 t2) (T2 t1)tm,T| t2

40、 InT2 h(110 38) (59.2,110 38 In59.6 2065 20.65ln -2034.2 C20)72驢 54.2 C ln39.6.專業整理.方程式心）式，得:(3820)K54.2故 KK 0.50%(4520)K38.2（3）冷熱流體的出口溫度t2及T2一年后Q WcCpc(t2 tl)Q2WcCpc(t2 tl)方程(4)式/(3)，得：110 T22(t2110 59.6 苗VhC ph (T1T2)K S tm(3)WhC ph (T1T2)K S tm(4)20) K1(110 t2)(T220)20K54.2,110Int2111T220(5)0.179

41、T2整理前半式的方程t239.6又因空氣，K空氣，kk1由等比定理(110T2) (t220)110 59.6 9(11054.2t2)(T220)(1).學習幫手.T220“皿上竺4T22054.2整理得,t2153 T2(6)聯立（5）和（6），可得:t229.4 C， 乙 57.5 C（4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變為多少?t (110 29.4)(57.5 20)m, 110 29.4In57.5 2080.6 37.5,80.6In37.556.3 CQq56.354.2 1.0413.有一換熱器，管內通90C的熱流體，膜系數1為1100w/m2 C，管外有某種液

42、體沸騰，沸點為 50E，膜系數2為5800w/m2 C。試求以下兩種情況下的壁溫：（1）管壁清潔無垢；（2）外側有污垢產生，污垢熱阻為0.005 m2 C/w解：忽略管壁熱阻，并假設壁溫為Tw(1)當壁很薄時，根據壁兩側的對流傳熱方程式可得:TTwTw t90 Tw11100Tw 5015800Tw 56.4 C(2)同理T TwrTw1 R290 Tw1 1100Tw 500.005 5800Tw 84 c由此可知,壁溫總是比較接近熱阻小的那一側流體的溫度14. 流量為2000kg/h的某氣體在列管式換熱器的管程流過，溫度由 150C降至80C；殼程冷卻用水，進口溫度為15C,出口溫度為65

43、C,與氣體作逆流流動，兩者均處于湍流。已知氣體側的對流傳熱膜系數遠小于冷卻水側的對流傳熱膜系 數，管壁熱阻、污垢熱阻和熱損失均可忽略不計，氣體平均比熱為1.02kJ/kgC， 水的比熱為4.17kJ/kgC,不計溫度變化對比熱的影響，試求：(1)冷卻水用 量；(2)如冷卻水進口溫度上升為20C，仍用原設備達到相同的氣體冷卻程度， 此時對數平均溫差為多少？ ( 3)此時的出口水溫將為多少？ ( 4)此時的冷卻水 用量為多少？ 解：(1)冷卻水用量;QWcCpc(t2t1)WhCph(T1T2)Q Wc 4.17(6515)2000 1.02(150 80)Wc 685kg/h(2)如冷卻水進口溫

44、度上升為20C，仍用原設備達到相同的氣體冷卻程度，此 時對數平均溫差為多少？原情況Q WcCpc(t2t1) WhCph(T1 T2)KSi tm iSi tm新情況QWcC pc (t2 tj WhC ph (T1T2 ) K Si tmi Si tm則Q QiiSi :Si ,故tmtmtm(15065)(8015)75 C2tm(150t2 )(8020)210 t222則t260 C ,(t1t22,則tm用算術平均值合適)因水 空氣， K 空氣， 換熱器與氣體的情況未變,對新情況下的熱量進行衡算,QW 4.17 (60 20)2000 1.02 (150 80)Wc856kg / h

45、15. 在套管換熱器中用120C的飽和蒸汽于環隙間冷凝以加熱管內湍流的苯。苯的流量為4000kg/h，比熱容為1.9kJ/(kg C),溫度從30C升至60C。蒸汽冷 凝傳熱系數為1X 104W/(mi C),換熱管內側污垢熱阻為4X 10一4m C /W,忽略管壁熱阻、換熱管外側污垢熱阻及熱損失。換熱管為 54 x 2mm的鋼管，有效長 度為12m試求：(1)飽和蒸汽流量(其冷凝潛熱為2204kJ/kg ); (2)管內苯的 對流傳熱系數i。Q WhrWGc(t2tj 4000 1.9 (60530)2.28 10 kJ/h2.25 1052204103.4kg/h解：(1)飽和蒸汽流量;(2)管內苯的對流傳熱系數QWcCpc(t2 tjKo Sotm Ko Sot1) (T t2)4T t2KoSot2t1.Tt1InT t2整理得 ln匸上兀宣T t2WcC pc(1)2SodoL 0.054 122.036m.專業整理.學習幫手.T tInTL ln