1、化工原理化工原理作業題24、單程列管換熱器，內有37根25mm2.5mm、長3m的換熱管。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS2飽和蒸汽，自飽和溫度46 oC冷卻到10 oC ，CS2在殼程冷凝，其流量為300kg/h, 冷凝潛熱為351.6kJ/kg。冷卻水在管程流動，進口溫度為5 oC ，出口溫度為32 oC ，與CS2冷凝液逆流流動。已知CS2冷凝段和冷卻段的總傳熱系數分別為K1=291,K2=174。問此換熱器是否適用？（傳熱面積A及總傳熱系數均以外表面積計）化工原理化工原理2525 . mml 3mn 3721m71. 8373025. 014. 3nldA實QQQ12kJ/kg6 .35

2、1r4610228cp10963.kJ /(kg K)解：已知列管尺寸題中所給的兩個K值均以外表面積為基準。現有傳熱面積總傳熱量(式中Q1為冷凝段熱負荷，Q2為冷卻段熱負荷)查得時Qm rm cps1s1kW146102932893219.為求A1、A2就應求出兩段交界處冷卻水溫度 m cQps22325 tQm cp32322934187028574512s2.化工原理化工原理tm13855 143855142424.ln.4646327.451438.5546107.45538.555tm238555385551643.ln.233m222m11121m17. 501. 116. 443.

3、161741089. 224.24291103 .29tKQtKQAAA需需需 AA實需 此換熱器可滿足生產要求。傳熱面積富裕 化工原理化工原理26、在一單殼程、雙管程列管換熱器。殼程為120oC的飽和水蒸氣冷凝。常壓空氣以12m/s的流速在管程流過。列管為38*2.5mm 的鋼管，總管數為200根。已知空氣進口溫度為26，要求被加熱到86，蒸汽側對流傳熱系數為為10000 W/(m2K) ，壁阻和污垢熱阻可忽略不計。試求：（1）換熱器列管每根長為多少米？（2)由于此換熱器損壞，重新設計一臺新換熱器，其列管尺寸改為54*2mm，總管數減少20%，但每根管長維持原值。用此換熱器加熱上述空氣，求空

4、氣的出口溫度 化工原理化工原理傳熱復習傳熱復習本章學習目的掌握傳熱的基本原理、傳熱的規律，并運用這些原理和規律去分析和計算傳熱過程的有關問題：換熱器的設計和選型換熱器的操作調節和優化強化傳熱或削弱傳熱（保溫）化工原理化工原理(1)本章重點掌握的內容傅里葉定律；單層、多層平壁熱傳導速率方程，單層、多層圓筒壁熱傳導速率方程及其應用牛頓冷卻定律；平均溫度差；對流傳熱系數的影響因素及量綱分析法換熱器的能量恒算，總傳熱速率方程和總傳熱系數的計算，（2）本章應掌握的內容傳熱的基本方式換熱器的結構形式和強化途徑對流傳熱系數的影響因素及量綱分析法化工原理化工原理（3）本章一般了解的內容對流-輻射聯合傳熱一般傳

5、熱設計的規范、相關計算和設備選型要考慮的問題（4）本章學習中應注意的問題邊界層概念量綱分析法輻射傳熱的基本概念和定律，影響輻射傳熱速率的因素化工原理化工原理1、三種傳熱方式比較傳熱方式傳熱方式熱傳導熱傳導對流傳熱對流傳熱輻射傳熱輻射傳熱定律名稱定律名稱傅里葉定律牛頓冷卻定律輻射定律定律表達定律表達式式組合結果組合結果兩流體通過間壁傳熱高（低）溫設備散熱（冷）ntdAdQ)(wTTdAdQ400)100(TCE 化工原理化工原理導熱概念： 導熱系數（單位、固液氣的相對大小）、t對的影響公式：1、傅里葉定律2、一維穩態導熱ntAQq dd-=/-=/1212mt t推動力平壁 Q qAbA熱阻t

6、t圓筒壁 QbA12-=/-=/iiit tbA12imi總推動力Q總熱阻t t總推動力QbA總熱阻=2mmAr L2121-=ln/mr rrr r化工原理化工原理對流概念： 熱邊界層、各種對流傳熱情況下的影響因素、數量級、幾個準數:Nu、Pr公式：1、牛頓冷卻定律2、管內湍流時：w=(t -t)QA0.8=0.023RePrnNu0.80.2ud被加熱n=0.4被冷卻n=0.3適用條件化工原理化工原理輻射概念：黑體、灰體、吸收率、黑度、角系數公式：4400T=5.669()100ET0=EE=A44121-21-2=-100100TTQCA-斯蒂芬-波爾茲曼定律-克希霍夫定律化工原理化工原

7、理傳熱過程計算=mQ K t A111121222d111=+dssmbddRRKdd1112=(T -T )mpQ q C2221=(t -t )mpQ q C=mQ q r2121-=ln/mttttt換熱器傳熱的三個環節列管式換熱器的結構、熱補償方法流程選擇原則、強化傳熱措施圓筒壁錯、并流、及相變的情況操作型和設計型計算類型化工原理化工原理對流傳熱系數的影響因素例： 水在一定流量下通過某列管換熱器的管程，利用殼程水蒸汽冷凝可以將水的溫度從25升至75，現場測得此時水在管程的對流傳熱系數為1100W/(m2K),且已知水在管內的流動已達到湍流。試求(1)與水質量相同的空氣通過此換熱器時的對

8、流傳熱系數是多少？已知該股空氣的定性溫度為140。（2）若與水質量流量相同的苯以同樣的初始溫度通過此換熱器管程，問此時苯通過管程的對流傳熱系數是多少？已知苯的定性溫度為60。（3）在水質量流量一定的情況下，現擬采用一個傳熱面積與原換熱器相同的新換熱器，新換熱器中換熱管長度與原換熱器相同，但其內徑只有原換熱管的1/2。試問水在該換熱器管程的對流傳熱系數是多少？假設水的定性溫度不變。（4）若水在原換熱器管程中流動時的雷諾數為10000，現欲提高水的出口溫度，擬采用一換熱面積為原換熱器5倍的列管換熱器，該換熱器換熱管的長度和內、外徑均與原換熱器相同（長徑比達200），問采用該換熱器能將水的出口溫度提

9、高嗎？化工原理化工原理解：（1）查水和空氣在各自定性溫度下的物性參數：，Cp，同樣質量流量下空氣在換熱管內的雷諾數大于水的值，其流動也未湍流，則0.80.40.80.40.60.20.40.0230.023ppuccdudd空氣與水的對流傳熱系數之比為0.40.40.611110.345ppcc則空氣的對流傳熱系數為380W/(m2K)(2) 同理，可以計算出苯的對流傳熱系數為368.5W/(m2K)化工原理化工原理（3）兩換熱器中換熱面積相同，即ndl=n dl ,由此可得兩換熱器換熱管根數之比2ndnd222undun d0.80.22udud=2200 W/(m2K)（3）換熱面積為原來

10、5倍，換熱管尺寸不變，換熱管根數應為原來5倍，流通截面積為原來5倍，流速只有原來的1/5，雷諾數也只有原來1/5為2000，層流，此時傳熱系數計算公式發生了變化，計算結果為傳熱系數只有原來的1/10。 傳熱面積增加5倍，傳熱系數（該換熱器取決于管程）減小為1/10，新換熱器不僅不能使水的出口溫度提高，反而會使其降低。化工原理化工原理 25mm2.5mm的鋼管，外包有熱導率為的鋼管，外包有熱導率為0.4W/(m.k)的保溫的保溫材料，以減少熱損失。已知鋼管外壁溫度材料，以減少熱損失。已知鋼管外壁溫度t1=320 , ,環境溫度環境溫度t0=20 。求保溫層厚度分別為。求保溫層厚度分別為10mm1

11、0mm、20mm20mm、27.5mm27.5mm、40mm40mm、50mm50mm、60mm60mm、70mm70mm時，每米管長的熱損失及保溫層外表面溫度時，每米管長的熱損失及保溫層外表面溫度t2。保溫層外表面與環境的對流傳熱系數為。保溫層外表面與環境的對流傳熱系數為100W/(m2.k)，保，保溫層與鋼管接觸良好。溫層與鋼管接觸良好。通過圓筒壁的熱傳導速率：1221/ln2rrttlQ保溫層外表面與環境的自然對流傳熱速率0220222ttlrttAQ熱傳導熱傳導化工原理化工原理 當熱損失達到定態時，每米管長的熱損失為當熱損失達到定態時，每米管長的熱損失為21201202122121ln

12、2121ln21rrrttrttrrttlQ保溫層厚102027.540506070半徑22.532.54052.562.572.582.5熱阻0.9410.870.8610.8740.8950.9190.944熱損失318.8344.8348.4343.2335.2326.4317.8外表面溫度2453.188.7158.6123.9105.391.681.2化工原理化工原理 保溫層的熱傳導保溫層的熱傳導+保溫層外表面的自然對流保溫層外表面的自然對流導熱熱阻導熱熱阻12ln21rr自然對流熱阻自然對流熱阻221r保溫層厚度 r2保溫層并不總是越厚越好，當其半徑在小于臨界值的范保溫層并不總是越

13、厚越好，當其半徑在小于臨界值的范圍內變化時，保溫層越厚保溫效果越差。圍內變化時，保溫層越厚保溫效果越差。011212222rrdrRdmmrc40化工原理化工原理1.在通過三層平壁的定態熱傳導過程中，各層平壁厚度相同，接觸良好。若第一層兩側溫度分別為150和100，第三層外表面溫度為50，則這三層平壁的熱導率1、2、3之間的關系為（ ）。2.一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當石棉泥受潮后，其保溫效果應（ ），原因是（）。3. 由多層等厚平壁構成的保溫層中，如果某層材料的熱導率越大，則該層的熱阻就越（ ），其兩側的溫差就越（ ）。化工原理化工原理204. 在厚度一定的圓筒壁定態熱傳導過程中，由內向

14、外通過各等溫面的傳熱速率Q將（ ），由內向外通過各等溫面的熱通量q將（ ）。5. 蒸汽冷凝現象有（ ）冷凝和（）冷凝之分；工業冷凝器都是按（ ）冷凝來設計的；大容積沸騰現象有（ ）沸騰和（ ）沸騰之分，工業上沸騰傳熱裝置一般是按（ ）沸騰來設計的。6. 在對流傳熱系數的無量綱特征數關聯式中， （ ）代表了流動類型和湍動程度對對流傳熱的影響；（ ）代表了流體的物性對對流傳熱的影響；（ ）代表了自然對流對對流傳熱的影響。化工原理化工原理217. 在開發和使用傳熱系數的時，需要確定的特征物理量是（ ）、（ ）和（ ）。8. 水在管內做湍流流動，若使流速提高至原來的2倍，則其對流傳熱系數約為原來的（

15、）倍；若管徑改為原來的1/2，則其對流傳熱系數約為原來的（ ）。9. 在無相變強制傳熱過程中，熱阻主要集中在（ ）；在蒸汽冷凝傳熱過程中，熱阻主要集中在（ ）。10. 飽和蒸汽冷凝時，壁溫與飽和蒸汽的溫差越大，則冷凝傳熱系數越( );液體核狀沸騰時，壁溫與飽和液體的溫差越大，則沸騰傳熱系數越（ ）。化工原理化工原理2211. 計算冷凝傳熱系數時，關聯式中的t是指( )；蒸汽冷凝相變焓按（ ）溫度取，其余物性按（ ）溫度取。12. 通常，蒸汽在水平管外的冷凝傳熱系數（ ）垂直管外的冷凝傳熱系數，其原因是（ ）；蒸汽冷凝于水平管束時的傳熱系數（ ）冷凝于單根水平管式，其原因是（ ）。13. 工業上

16、為提供冷凝器冷凝傳熱效果，在操作時需要及時排放冷凝器內積存的（ ）和（ ）。14. 克希霍夫定律的物理含義可以從兩方面理解：一是灰體的（ ）與（ ）之比等于（ ）；二是灰體的（ ）與（ ）在數值上相等。化工原理化工原理2315. 兩灰體表面間的輻射傳熱速率與（ ）、（ ）、（ ）、（ ）有關。16. 在高溫物體附近設置隔熱板是消弱（ ）散熱的有效方法。擋板材的（ ）越低，散熱量越小。17. 通過一換熱器，用飽和水蒸汽加熱水，可使水的溫度有20升高到80，現發現水的出口溫度降低了，經檢查水的入口溫度和流量均無變化，則引起出口水溫下降的原因可能有：（ ），（ ），（ ），（ ）。化工原理化工原理2

17、418. 比較下列不同情況下列管式換熱器平均傳熱推動力的大小a: 逆流與并流：兩流體均發生溫度變化，兩種流型下兩流體進口溫度相同，出口溫度也相同，則tm并 （ ）tm逆b：逆流與并流：一次流體恒溫，另一側流體溫度發生變化，兩種流型下兩流體進口溫度相同，出口溫度也相同，則tm并 （ ）tm逆；c：逆流與1-2折流：兩流體均發生溫度變化，兩種流型下兩流體進口溫度相同，出口溫度也相同，則tm1-2折 （ ）tm逆；d：逆流與1-2折流：一次流體恒溫，另一側流體溫度發生變化，兩種流型下兩流體進口溫度相同，出口溫度也相同，則tm1-2折 （ ）tm逆化工原理化工原理2519、利用水在逆流操作的套管式換熱

18、器中冷卻某物料，要求熱流體的進、出口溫度保持一定。現由于冷卻水進口溫度升高，為了保證完成任務，采用提高冷卻水流量的辦法，則與原來相比，其結果是：換熱器的傳熱速率（ ）、總傳熱系數（ ）、對數平均溫差（ ）。20、將列管式換熱器由單管程改為多管程是為了（ ），但這可能使（ ）減小，并且（ ）也將增大。通常是在列管式換熱器的（ ）內設置（ ）來實現多管程。21、 工業上使用列管式換熱器時，需要根據流體的性質和狀態確定其是走管程還是殼程，一般來說，蒸汽走（ ）；易結垢的流體走（ ）；有腐蝕性的流體走（ ）；高壓流體走（ ）；粘度大流量小的流體走（ ）。化工原理化工原理2622、列管式換熱器中，用飽和水蒸汽加熱空氣，則換熱管管壁溫