传热习题课计算题

1、1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80，出口温度为50；冷水走壳程，测得进口温度为15，出口温度为30，逆流流动。（取水的比热cp=4.18×103J/kg·K） 解：换热器的传热量：Qqmcp(T2T1)1500/3600×4.18×103×(8050)=52.25kW传热温度差tm：热流体 80 50冷流体 30 15 t1=50， t2=35传热温度差tm可用算数平均值：2、一列管换热器，由25×2mm的126根不锈钢管组成。平均比热为4187J/

2、kg·的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由20加热到80，温度为110的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的传热系数i为520W/m2·，蒸汽对管壁的传热系数0为1.16×104W/m2·，不锈钢管的导热系数17W/m·，忽略垢层热阻和热损失。试求：管程为单程时的列管长度（有效长度）（总传热系数：以管平均面积为基准，）解：传热量：Qqmcp(t2t1) 15000/3600×4187×(8020) 1.05×106W总传热系数：（以管平均面积为基准） 解得： K434.19W/m2&

3、#183;对数平均温差： 1101102080t1=90 t2=30传热面积： ； 列管长度：3、有一列管式换热器，装有25×2.5mm钢管320根，其管长为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。若水蒸汽的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K，管壁及两侧污垢热阻均忽略不计，而且不计热损失，已知空气在平均温度下的物性常数：=2.85×10-2W/m·K，=1.98×10-5N·s/m2，cp=1kJ/kg·K，Pr=0.7。试求：(1）空气在管内

4、的对流传热系数；（2）求换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）；（3）通过计算说明该换热器能否满足要求；（4）计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。解：(1) 空气在管内流速： 0.6Pr=0.7160 l/d=2/0.02=10050传热系数i = 85.68W/m2·K（2）总传热系数： 解得：K68.08W/m2·K（3）传热量： 实际所需传热面积： 108108 2085 t188 t223 该换热器所能提供传热面积： 该换热器能满足要求。（4） Ai=npdil=320×3.14×0.02×240.19m2 所以：壁温接近于蒸汽流

5、体一侧（或者说接近大的一侧流体温度）4、用110的饱和水蒸汽将流量为35m3/h的某稀溶液在双程列管换热器中从75加热至90。若每程有直径为25×2.5mm的管子30根，且以管外表面积为基准的传热系数K=2800W/m2.，蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽略不计。试求：(1)换热器所需的管长；(2)当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为0.00008m2./W，若维持溶液的原流量及进口温度不变，其出口温度为多少？又若必须保证溶液原出口温度，可采用什么措施？注：溶液的密度及比热与水近似：1000kg/m3； cP=4.2kJ/kg·。解：（1）110110 75 90 3

6、5 20 （或）传热面积： And（2L） LA/（2nd）=8.16/（2×30×0.025）1.7m（2） 所以： 110110 75t2 35 110t2 解得： t288措施：（1）提高加热蒸汽温度（调节蒸汽的压力）； （2）清除污垢。5、热空气在25×2.5mm的钢管外流过，对流给热系数为50W/m2.K，冷却水在管内流过，对流给热系数为1000W/m2.K，已知钢管的导热系数l=45W/m·K，水侧污垢热阻，热空气侧污垢热阻。试求：(1)传热系数；(2)若管内对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？(3)若管外对流给热系数增大一倍，传热系数有

7、何变化？ 解：已知， (1) (2) 若管内对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即解得：传热系数提高：(3)若管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即解得：传热系数提高：6、某厂只能用120饱和水蒸汽，通过25×2.5mm、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，壳侧蒸汽，溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？水溶液密度，比热为。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）？ 解：（1） 120120 蒸汽 2075

8、 水 t1100 t245 (2) ，且（连续性方程）故不能完成换热任务7、有单程列管换热器，传热面积为4，由的管子组成。用初温为25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1200 kg/h和1400 kg/h，其比热分别为4.18 kJ/(kg·)和2.0 kJ/(kg·)，水侧和油侧的对流传热系数分别为：1800W/(m2·)和200W/(m2·)，两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻，忽略热损失。试校核该换器是否适用？解：机油放出的热量： kJ/h冷却水的出口温度： 对数平均温差： 热流体 200 100

9、冷流体 80.8 25 总传系数为： W/(m2·) 所需传热面积为： 传热所需面积大于换热器的传热面积 该换热器不适用。 8、在内管为的套管换热器中，将流量为3600kg/h的某液态烃从100冷却到65，其平均比热容kJ/(kg·)，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40和50，平均比热容kJ/(kg·)，基于传热外表面积的总传热系数W/(m2·)，假设其值恒定，忽略热损失。试求：（1）冷却水用量；（2）计算两流体在逆流下的平均温差；（3）所需传热面积。解：（1）冷却水用量: （2）逆流下的平均温差:热流体 100 65冷流体 50 40 （3）所需传热

10、面积传热量为： 则 9、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12.75m2；15的冷却水以2.25×105kg/h流量在管内流过，设总传热温差可以用算术平均值计算，试求：（1）冷却水出口温度；（2）水蒸气冷凝量（kg/h）。解： 100100 15t2 (1) 冷却水出口温度 (2)水蒸气冷凝量（kg/h） 10、在列管式换热器中用热水加热冷水，热水流量为4.5×103kg/h，温度从95冷却至55，冷水温度从20升到50，总传热系数为2.8×103W/(m2·)。已知：Cp热水=4.181kJ/(kg·)，Cp冷水=4.174kJ/(kg·)。试求： （1）冷却水流量；（2）两种流体做逆流时的平均温度差和所需的换