化工原理传热习题及答案

1、* 答案*27.9K化工原理习题及答案 第五章 传热 姓名 班级 学号 成绩一、填空题：1. （6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为 500 C ,而环境温度为20C,采用某隔热材料，其厚度为240mm，入=0.57w.m .K ，此时单位面积的热 损失为。（注：大型容器可视为平壁）* 答案 .当管内水的流速为0.5m.s 时，计算得到管壁对水的传热系数a=2.61（kw.m .K ）.若水的其它物性不变，仅改变水在管内的流速，当流速为1.2m.s 时, 此时传热系数a =. * 答案 *a =0.023（入 /d）RePra =5.26（kw.m .K ）6.

2、 （3分）牛顿冷却定律的表达式为 ,给热系数（或对流传热系数）a的单位是 答案 * q= a AA tw.m .K7. （4分）某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90c和50C,冷流体的进出口温度为30c和40C,此时传热平均温度差 t =. 1140W2. （6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为 500 C ,而环境温度为20C ,采用某隔热材料，其厚度为120mm,入=0.25w.m .K，此时单位面积的热损失为 。（注：大型容器可视为平壁）* 答案 *1000W3. （6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为150

3、C,而环境温度为 20 C ,要求每平方米热损失不大于500W,采用某隔热材料，其导热系数入=0.35w.m .K ，则其厚度不低于 。（注：大型容器可视为平壁）* 答案*91mm4. （6分）某间壁换热器中，流体被加热时，圆形直管内湍流的传热系数表达式为 .当管内水的流速为0.5m.s时，计算得到管壁对水的传热系数”=2.61（kw.m .K ）.若水的其它物性不变，仅改变水在管内的流速，当流速为0.8m.s 时, 此时传热系数a =.* 答案 *a =0.023（入 /d）RePra =3.81（kw.m .K ）5. （6分）某间壁换热器中，流体被加热时，圆形管内湍流的传热系数表达式为8

4、. （4分）某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为 90c和50C,冷流体的进出口温度为15c和30C ,此时传热平均温度差 t =.* 答案*41.6K9. （2分）热量传递的方式主要有三种：、.*答案*热传导 热对流 热辐射10. （6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数a. a以及间壁导热系数入的关系为.当间壁管规格为（）108X 4mm导热系数为45（w. m .K ）时，管内外两侧 给热系数分别为8000 （w.m .K ）和1200州巾.K ）时，总传热系数K .* 答案*1/K=1/ a +bd/入 d +1d / a d ; 946（w.m .K ）11. （

5、4分）某逆流操作的间壁式换热器中，热流体的进.出口温度为80c和50C,冷流体的进出.口温度为20c和45C ,此时传热平均温度差 t =* 答案* * *32.5*答案*12. （3分）对流传热中的努塞特准数式是 ,它反映了 *答案 答案 * F1=127 X 4 兀 X 0.038=60.6mF2=127*4兀 X 0.032=51.1m19. （2分）当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的 倍。 N = a 1 /入，对流传热过程几何尺寸对a的影响。13. （4分）稳定热传导是指 不随时间而改变。*答案*传热系统中各点的温度仅随位置

6、变14. （2分）两流体的间壁换热过程中，计算式 0= a .A. A表示为。*答案*/ 一侧的换热壁面15. （2分）在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A. t中,A表示为20. （2分）进行换热的两流体，若 a a 时，要提高K值，应设法提高 a时，要提高K值，应使。*答案*a ； a 与a 同时提高二、选择题：1. （2分）间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻（）A. 成正比 B. 成反比 C.* 答案 *A2. （2分）翅片管换热器的翅片应安装在A.a小的一侧B. a大的一侧没关系()。C. 管内 D.管外* 答案*3. （2分）穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试

7、比较第一层的热阻R 与第二、三层热阻R 、R 的大小(A. R>(R +R )C. R=(R +R )。B. R <(RD. 无法比较+R )本题目有题图:* 答案 * C4. （2分）工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（）。A.增加热阻，减少热量损失；B.节约钢材、增强美观；C. 增加传热面积，提高传热效果。* 答案 * C5. （2分）有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 C）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20 c加热到80 C,该换热器的平均传热温度差A t 为（）。A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5* 答案 * B6.

8、（2分）将1500 kg.h , 80c的硝基苯通过换热器冷却到 40C,冷却水初温为 30C, 出口温度不超过 35C,硝基苯比热为1.38kJ.kg .K ,则换热器的热负荷为（）。A. 19800 kJ.h ; B. 82800 kJ.h ; C. 82800 kw;* 答案 * B7. （2分）对流传热是由（）因素产生的。A.流体分子的热振动；B.流体体内电子的移动C.流体质点的位移、扰动。* 答案* C8. （2分）法定计量单位中，属于国际热量计算单位的是（A. kw; B. kcal; C. J* 答案* C9. （2分）热量传递的基本方式是（）。A.恒温传热和稳态变温传热；B.导

9、热给热和热交换；C. 气化、冷凝与冷却；D.传导传热、对流传热与辐射传热*答案* D10. （2的是（A.C.分）在比较多的情况下，尤其是液-液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计 ）°热流体的热阻；冷热两种流体的热阻B.D.冷流体的热阻； 金属壁的热阻。* 答案 * D11. （2 分）公式 q = KAA tA.器壁内外壁面的温度差中,；B.的物理意义是（C.流体进出口的温度差；D.* 答案 * B器壁两侧流体对数平均温度差器壁与流体的温度差。12. （2分）湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（）。A. 流体内； B. 器壁内；C.湍流体滞流内层中；D.流体

10、湍流区域内。* 答案 * C13. （2分）对一台正在工作的列管式换热器，已知a=116w.m .K a = 11600 w.m.K ,要提高传热系数（K）,最简单有效的途径是（）。A.设法增大a；B.设法增大a；C.同时增大a和a。* 答案 * A14. （2分）用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（）A.蒸汽的温度；B.空气的出口温度；C.空气进、出口平均温度* 答案 * A15.（2分）在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数 K值接近于（）A. a蒸汽 B. a空气* 答案 *B16. （2分）对流传热仅发生在（A. 固体 B. 静止的流体* 答案 * CC.a蒸汽

11、与a空气的平均值）中。C. 流动的流体17. （2分）稳定的多层平壁的导热中,A. 愈大 B. 愈小 C.某层的热阻愈大，则该层的温度差（ 不变* 答案 * A18. （2分）流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（ 式进行的。A. 热传导 B.对流传热C. 热辐射* 答案*19. （2分）当壳体和管束之间温度大于50c时，考虑热补偿，列管换热器应选用（）A.固定管板式B. 浮头式 C. 套管式* 答案*20. （2分）强化传热的主要途径是（）。A. 增大传热面积 B. 提高K值C. 提高 tm* 答案*三、判断题：1. （2分）凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。（）* 答

12、案 * x2. （2分）传导和对流传热的传热速率与温度的一次方之差成正比，而辐射的传热速率与温 度的四次方之差成正比。（）* 答案*3. （2分）凡稳态的园筒壁传热过程，单位时间单位面积所传递的热量相等。（）* 答案 * x4. （2分） 热量传递过程的规律与流体流动过程相似，流速越大，则其过程的阻力越大。（ ）* 答案 * x5. （2分）当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推动 力与总阻力之比为定值，即导热速率不变 。（）* 答案 * x6. （2分）多层平壁导热过程中，传热总推动力为各壁面温度差之和。* 答案 * V7. （2分）无相变的折，错流换热器，其平

13、均温度差t都比逆流时为小。（）* 答案 *V8. （2分）换热器的导热管，应选用导热系数值大的材料。* 答案 *V9. （ 2分）导热系数是物质的一种物理性质（），* 答案 * V10. （2分）在列管换热器管间装设了两块横向折流档板，则该换热器变成为双壳程的换热器（）* 答案 * X11. （2分）在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较小（）.* 答案 *x12. （2分）在对流传热中，传热管壁的温度接近“值小的哪一侧流体的温度（）.* 答案 *X13. （2分）对于问壁两侧流体稳定变温传热来说，载热体的消耗量逆流时大于并流时的用 量。（）* 答案 * x14. （

14、2分）列管式热交换器内用饱和水蒸汽加热管程的空气，为提高换热器的K值，在管外装设折流挡板。（）* 答案*15. （2分）蛇管换热器是属于间壁式换热器的一种（）* 答案*16. （2分）列管换热器采用多管程的目的是提高管内流体的对流传热系数a* 答案*17. （2分）维持膜状沸腾操作，可获得较大的沸腾传热系数。（）* 答案 * x18. （2分）为了提高间壁式换热器的传热系数K值，必须设法提高a值大的那一侧流体的对流传热系数。（）* 答案 * X19. （2分）强化传热的途径主要是增大传热面积（）* 答案 *x20. （2分）付立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。（）* 答案 *x四、简答题:

15、1. （8分）在化工生产中，传热有哪些要求？* 答案*传热一般有两方面的要求：1 、尽量使传热情况良好，即要求高的传热效率，以减少设备尺寸;2 、尽量避免传热，即保温或保冷。2. （10分）传导传热，对流传热和辐射传热，三者之间有何不同？* 答案*传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。对流传热则是流体质点发 生相对位移来传递热量，辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传递热量。3. （ 10分）试述对流传热的机理 ？* 答案*热流体流过管道时，在湍流主体中，流体剧烈拢动，形成漩涡，使质点强烈混合而交换 热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流

16、流动的流体 层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主 要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的） ，有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。4. （8分）强化传热过程应采取哪些途径？* 答案*根据q= K.A. At 方程，指任一个K、A At都能提高强化传热（1）增加传热面积，如在管内外壁装上翅片，采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；（2）增大传热温差 t 可采用逆流操作，因为当T , T , t , t四个温度一定时，逆流传热温差 t 最大；（3） 提高传热系数K由K =1/ （

17、1/ a +1/ a +2（8/入）提高a 、a 降低8，都能强化传热，要提高a由单层改为多层，或在壳程中增设档板，对于蛇管中，加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可，还可采用导热系数大的流体作载热体。5. （4分）传热有哪几种方法 ？各有何特点？试就锅炉墙的传热分析其属哪些传热方式？* 答案*传导、对流、辐射导热一一分子原位振动，电子定向流动。对流 流体质点流动与混合。锅炉壁为导热，外壁对烟气为对流，火焰和炉墙的热辐射。6. （4分）为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作？* 答案*操作可以获得较大的平均传热温度差，从传递相同热负荷言，须较小的传热面积，节

18、省设备费用。此外，逆流热流体出口温度 T 可接近冷流流体进口温度 t ,对相同热负荷 言，需加热剂少；同样，就冷流体而言，逆流体出口温度 t可接近热流体进口温度 T ,对相同热负荷言，需要冷却剂少，故对逆流就加热剂或冷却剂用量考虑，逆流操作费小。7. （4分）什么是稳定传热和不稳定传热？* 答案*在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为稳定传热。稳定传热时，传 热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，传热速率也随时间而变。8. （5分）导热系数受哪些因素影响 ？现有建筑醇（p = 1800kg.m）和煤灰砖（p = 700 kg.m）两种材料，

19、哪种保温性能好？* 答案*组成：纯物质的导热系数好；结构：结构致紧、密度大的材料导热系数大；温度：一般温度升高，非金属固体导热系数增大。煤灰砖的保温性能好。9. （2分）多层平面壁的导热速率是怎样计算的？* 答案*Q/A=（ At +At +At +.）/（b/入 +b /入 +b /入 +.）10. （3分） 题号4206 第4章 知识点100 难度 中等 多层园筒壁的导热速率是怎样计算的？* 答案*Q=2 % L（ At +A t +.）/（ln（r /r ）/ 入 +ln（r /r ）/ 入 +.） 11. （4分）说明流体流动类型对给热系数的影响。* 答案*当为湍流时，传热是流体为层流

20、时，传热是以导热方式进行的。则此时给热系数较小。以对流方式进行的，此时给热系数增大。所以流体的传热，多在湍流情况下进行。12. （6分）给热系数受哪些因素影响？* 答案*流动类型：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度科、密度p、比热Cp,导热系数入均对给热系数有影响。传热面的形状、大小和位置：管子的排列、折流都是为了提高给热系数。流体的对流情况，强制对流比自然对流的给热系数大，流体在传热过程有无相变，有相变“大。分析a = 0.023入/d.Re .Pr也可以回答上列问题。13. （3分）提高传热系数时，为什么要着重提高给热系数小的这一侧？* 答案*当忽略金属壁面的导热热阻时，1/K=1/ a

21、 +1/ a =（ a + a ）/（ a X）若 a >> a ，贝 U a + a "aK" a即K接近a小的数值。14. （4分）说明列管式换热器的基本结构。* 答案*由壳体、管束、管板、封头等组成。15. （4分）试比较各类常用热交换器的优缺点。* 答案*略16. （6分）有以下传热公式A. Q=入.A.（t -t ）/ 88. Q=a .A.（T-T）回答下列问题：（1）在什么传热情况下，可利用以上公式进行计算？（2）写出以上公式中，热阻的表达式* 答案*（1） A、B两公式均应用在稳定传热下传热速率的计算。公式A为物质内部传导的传热速率计算。公式 B

22、为物质表面与流体间对流传热的传热速率计算。（2） A式：R=S / 入或 R=S /A X 入B 式：R=1/ a 或 R=1/ a X A17. （8分）换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？* 答案*由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器周围的空气而散失，即产生散热损失。为了减少散热损失， 一般在换热器外壁面上包上一层（或两层）导热系数较小的绝热材料（或不同的两种导热系数较小的绝热材 料），使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。18. （6分）列管换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？* 答案*主要由壳体、

23、管束、管板和顶盖（又称封头）等基部分组成。壳体和管束作为冷热两 流体的流动空间，通过管壁进行换热。管束安装在管板上，通过管板使管束与壳体连成一体。 顶盖（封头）上有管程流体进出口，且有分程、密封，封头可拆卸，便于管子清洗等作用。19. （8分）当间壁两侧流体稳定变温传热时，工程上为何常采用逆流操作？并简要定性分 析主要原因。* 答案*因为逆流操作有较高的经济效益。主要原因可由以下两方面分析：（1）当T 、T 、t 、t 四个温度一定时，逆流操作的 t 比其它流向大。根据： Q=KMt ，当K、A 一定时，7 T则QT ,对现有的换热器来说， 可提高生产能力。当Q K 一定时，At T则AJ,对

24、生产能力要求一定时，新设计制造换热器由于A较小，设备尺寸可减小，节省投资费。（2） 一般逆流操作的正常操作费比其它流向要少。逆流操作时，载热体用量比其它流向的 要小，降低能耗，提高了经济效益。20. （8分）有一高温炉，炉内温度高达1000c以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程。/ /Z/777/.，州 / t 内 XOOOC/炉壁本题目有题图：titu185.bmp* 答案*炉内以对流和辐射并联联合传热，将热量传给炉的内壁面。在炉壁内通过传导传热，将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。炉外通过对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的

25、外壁面传到大气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该传热过程的特点是：（1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；（2）并联、串联的联合传热同时存在。五、计算题：1. （8分）外径为100mmJ蒸汽管外包一层厚80mmi导热系数为入w.m .K 的绝缘材料，管外壁温度为t ，每米管长的热损失为Qw.m ,试求绝热层外壁温度t（设管外壁与绝热层接触良好）* 答案*Q=2 兀入（t1-t2）/ln（r2/r1），t2=t1-Q ln（r1）/（2兀入）=t1- Q/入ln（0.13/0.05）/（2 X3.14）=t1-0.152Q/入2. （14分）某平壁炉的炉壁由耐火砖,绝热醇和普通砖组成，它

26、们的导热系数分别为1.163,0.233 和0.582w.m .K ,为使炉内壁温度保持1000 C,每平方米炉壁的热损失控制在930w以下，若普通醇厚度取为10cm,炉外壁温度为83 C ,求：耐火醇和绝热醇厚度各为 多少？绝热醇和普通科交界面温度t为多少？（假设绝热醇与耐火科交界面温度为800 C）* 答案*设耐火醇厚度b1,绝热醇厚度b2跨过耐火科的热通量为：q=（t1-t2）/（b1/ 入 1）b1=入 1（t1-t2）/q=1.163（1000-800）/930=0.25m 跨过三层砖的热通量为：q=（t1-t4）/（b1/ 入 1）+（b2/ 入 2）+（b3/ 入 3）b2=（t

27、1-t4）/q-b1/ 2 1 - b3/入 3入 2=（1000-83）/930-0.25/1.163-0.1/0.582 X 0.233 =0.14m,跨过普通科的热通量：=t3-t4/b3/入3,t3=q.b3/入 3+t4=930 X 0.1/0.582+83=243 C3.(15分)在内管为。180x 10mm勺套管换热器中，将流量为3500kg.h 的某液态煌从100 c 冷却到60C,其平均比热为2.38kJ.kg .K ，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40c和50C,平均比热为4.174kJ. kg K,基于传热外面积的总传热系数K=2000w.m K ，且保持不变.设热损失

28、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。* 答案*冷却水用量：W c (T T ) = W c (t t )3500 X 2.38 X ( 10060) = W X 4.174 X (5040) W =7982kg.hAt逆=(5020) / 1 n ( 50/20 ) = 32.75At并=(6010) / 1 n ( 60/10 ) = 27.9Q = KAA t Q= 333200kJ.hA 逆= 333200X10/ (2000X 32.75 X 3600) = 1.41m兀 d 1 = 1.41 3.14 X 0.18 X 1 = 1.

29、41 1 = 2.5 mA 并= 333200X10/ (2000X 27.9 X 3600)= 1.66 m3.14 X0.18 X 1 = 1.66 . I = 2.93 m4. (15分)已知一外径为 75mm内径为55mm的金属管，输送某一热的物流，此时金属管内表 面温度为120 C,外表面温度为115 C ,每米管长的散热速率为4545w. m，求该管材的导热系数。为减少该管的热损失，外加一层石棉层(导热系数为0.15w.m .K )此时石棉层外表面温度为10C,而每米管长的散热速率减少为原来的3.87%,求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度。* 答案* Q/L=2 兀(120-

30、115)/1/ 入(ln(75/55)=4545(1/ 入)ln(75/55)=2 X 3.14(125 -115)/4545=0.00691入=44.9w.m .K设外加石棉层厚度为8则:Q'/L=2X 3.14(120 - 10)/(1/44.9)ln(75/55)+(1/0.15)ln(75+26 )/75=4545 X 0.0387=175.9w.m690.8=175.90.00691+(1/0.15)ln(75+28 )/75解得：6 =30mm(石棉层厚度)设钢管和石棉层接触面间的温度为 t2,贝U： 2 X 3.14(120-t2')/(1/44.9)ln(75/

31、55)=175.9 解得：t2'=119.8 C5. (12分)。120x 5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料，其导热系数为0.07w.m .K 。设蒸汽管的内壁温度为110C,管壁导热系数为 45w.m .K。要求保温层外壁温度不超过20 C ,每米蒸汽管的热损失控制在60w以下，试计算保温层的最小厚度。* 答案*按多层圆筒导热q =(t t )/(ln(r)/ (2兀入)+ln(r /r )/(2 兀入) 将 r = 0.06m, r = 0.055m, r =0.06 + 8 入 =0.07w/(m K),入=45w/(m K), q= 60w/mt =110C,t=20C代入上式

32、60=(110-20)/(ln(0.06/0.055)/(2 兀 X 45)+ln( r/0.06)/(2兀X 0.07)=90/(0.00031+(ln r +2.813)/0.4398) 解得 r = 0.116m,S = 0.116 - 0.06 = 0.056m= 56mm 注：本题可简化不计管壁热阻。6. ( 20分)某列管换热器，用100c水蒸汽将物料由20c加热至80C,传热系数K=100w.m.K。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 C,现欲使物料出口温度仍维持80 C ,问加热蒸汽温度应取何值？* 答案*原：W c(8020) = KAAt(1

33、)At= ( 8020) / 1 n ( 80/20 ) = 43.28 C半年后： W c (70 20) = K AA t (2) At = (80 30) / 1 n ( 80/30 ) = 50.98 C (2) / (1)得： (70 20) / (8020) = K At / (KA t )=(K /100) X 50.98/43.28K =70.75 w.m .K保持原生产能力，即KA At =KA A tAt =KA t /K = 100X43.28/70.75 = 61.17 CAt = ( (T 20) - (T 80) / 1 n ( T-20) / (T-80) =61

34、.17 60/61.17 = 1 n ( T20) / (T 80) 2.667 = ( T-20) / (T 80) T =115.8 C7. （16分）在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液，溶液量为1.4kg.s，比热为2kJ. kg.K ，走内管（规格为。25X2.5mm）,从150c冷却到100c。冷却水走套管环隙，从25 c升温至60C,水的比热为4.18kJ.kg.K ,冷却水一侧的对流传热系数为 求以传热外表面积为基准的总传热系数 面积和管长。.K 。1.已知溶液一侧的对流传热系数为1160w.m* 答案*溶液放热=1.41/K =dQ=msCpA T=1.4 X 2 X 10

35、X (150-100)/(=0.025/(1160K =464w.mX 10 w d )+1/ aX 0.02)+1/930=2.15 X 10.K930 w. m .K ，忽略管壁和污垢的热阻及热损失 ， K和冷却水的用量（kg.h ）。 2.计算内管的外表冷却水用量 ms'=Q/Cp'(t2-t1)=1.4X10/4180(60-25)=0.957kg.s=3445kg.h tm=(150-60)-(100-25)/ln(150-60)/(100-25)=82.3CA =Q/(Ktm)=1.4 X10/(464 X 82.3)=3.67ml=A /(兀 d )=3.67/(

36、兀 X 0.025)=46.7m8. (10分)某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5 m 的单程列管换热器。用180c的热废气预热轻油，轻油走管外，其流量为200kg.h，比热为2kJ.kg .K，温度由30 C升至80Co轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为70C。求：换热器的热负荷和传热系数。* 答案*A = 2.5m, C =2kJ.kg .KAtm = ( (180-80)-(70-30) / 1 n (100/40)=65.5 CQ = 200X 2X (80-30) = 20000kJ.hQ = KAA tmK =20000/(65.5 X 2.5) =122.2kJ.

37、m .K .h=34 w .m .K9. (16分)在并流换热器中，用水冷却油。换热管长1.5m。水的进出口温度为15c和40C； 油的进出口温度为120c和90 Co如油和水的流量及进口温度不变，需要将油的出口温度降至70C,则换热器的换热管应增长为多少米才可达到要求？(不计热损失及温度变化对物性的影响)* 答案*由热量衡算G C(T T )= GC(t -t)按题意在两种情况下：G ,C,T和G ,C ,t不变， 故得(G C ) / (G C )=(t -t)/(T -T ) = (t ' -t )/(T -T ')=( 40 15) / (12090) = (t, -

38、15) / (12070)t '= 56.7 C由Q = KAA t , 现K不变，而At = ( (120-15 ) - (90-40) / In ( 120-15 ) / (9040) = 74.1 CAt '= ( (120 15) (70-56.7 ) / 1 n ( 120-15) /(70-56.7 ) = 44.4 C故 Q/Q = G C (T T ) / (G C (T -T ') =L A t / (L At ),即( 12090) / (120 70) = 1.5 X 74.1/ (L ' X44. 4)得 l =4.17m。10. (16

39、分)用一传热面积为 3m 由4 25 x 2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为10 c的水将机油由200c冷却至100c ,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.kg .K 和 2.0kJ.kg .K ;水侧和油侧的对流传热系数分别为2000w.m .K 和250w.m .K ,两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合用 ？ (2)夏天当水的初温达到 30 C ,而油 的流量及冷却程度不变时，该换热器是否合用？(假设传热系数不变)*答案*(1) Q1=1200 X 2X(200

40、-100)=240000kJ.hQ2=Q1, t2=t1+Q1/(m p 2 Cp2)=10+240000/(1000 X 4.18)=67.4 C tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110 C 1/K1=1/ a 1+d1/( a 2 - d2)=1/250+25/(2000 X 20)K1=2 16.2 w.m .KA1=Q1/(K Atm) =240000 X 10 /(216.2 X 3600X 110) =2.8 m <3m 故适用(2) t1=30 C 时 t2=30+240000/(1000 X 4.18)=87.4 C tm=(112.6-70)/ln

41、(112.6/70)=89.6 C A1=240000 X 10 /(3600 X 89.6 X 216.2)=3.45m>3m不适用11. (10分)采用传热面积为 4.48m 单程管壳式换热器，进行溶剂和某水溶液间的换热 .流 量为3600kg.h ，比热为1.88kJ.kg .K 的苯,80 C冷却至30 C ,水溶液由20c被加热 到30 Co忽略热损失。试求：传热系数K* 答案*(1)由 Q=K.AAtm 式求 K其中：Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600 X 1. 88X 10(80-50)=56400 w At = (A t At ) / 1 n (At /

42、At )=(8030) ( 50 20) / 1 n (80-30)/(50-20) =39.2 C56400=K X 4.48 X 39.2 解得 K=321 w .m . C12. (18分)某厂用一套管热交换器，每小时冷凝2000kg甲苯蒸汽，冷凝温度为110C,甲苯 的汽化潜热为363kJ.kg ,其冷凝传热系数为 14000w.m .K 。冷却水于16 c及5000kg.h的流量进入套管内管(内径为50mm)乍湍流流动，其对流传热系数为1740w.m .K 。水的比热可取为4.19kJ.kg .K ： (1)试计算冷却水的出口温度及套管管长。(2)由于气候变热，冷却水进口温度升为25

43、 C ,试计算在水流量不改变的情况下，该冷凝器的生产能力的变化率。* 答案* (1)由热量衡算得：q = Gr = W.Cp (t 出一16).出=6- (W.Cp) +16)= 2000/3600 X 363X 10 /5000/3600 X 4.19 X 10+16=50.65 C 取 K= 1/(1/1740)+(1/14000)=1548w.m .K q = Gr = 2000/3600 X 363X 10=2.02 X 10 wAt1 =11016 = 94 C, At2 = 110- 50.65 = 59.35 CA tm = ( A t1 + A t2 )/2 =( 94+ 59

44、.35 ) /2 = 76.8 C又4 = KAA tm =Ktt d 1 A tm 管长 1 = q / (Ktt d A tm )= 2.02 X 10/ (1548X 3.14 X0.05 X 76.8 ) = 10.82m(2)水温升高(忽略物性变化)传热面积 A=兀 d 1 = 3.14 X0.05 X 10.8 = 1.7mq'=KA Atm' 其中 q'=5000/3600 X 4.19 X10 (t '-25) tm'=(110-25)+(110-t')/2=97.5-0.5t'5000/3600 X 4.19 X10 (

45、t '-25)=1548X 1.7(97.5-0.5t'), 解得 t '=56.4 Cq'=5000/3600 X4.19 X 10(56.4-25)=1.83 X 10 w(q- q')/q X100%=9.4%13. (14分)某厂在由177根4 25X 2mm,长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内，用132.9 C的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯气 体流量为0.6kg.s，进口温度为20C,在操作条件下的密度为 1kg.m，比热为1.84 kJ.kg.K ,对流传热系数为 53w.m .K ，饱和水蒸汽冷

46、凝传热膜系数为8000w.m .K ,可忽略管壁及垢层热阻。(1)确定乙烯气体出换热器时的温度；(2)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01 kgf.cm ,通过换热器的总长度(包括局部阻力当量长度)为 5.5m,摩 擦系数入=0.04,试确定该换热器最多能允许通过多少kg.s的乙烯气体？* 答案*(1) Q = w CP (t2 -t1 )=0.6CP (t2 -20) Q= KAAtmAi= n % d i L=177 7tx 0.021 X 3 =35.014 m a i<< a 0 Ki = 1/ (1/ a 1 + 1/ a 2 )= 1/(1/53+1/8000)

47、=52.65 w .m .K贝U 0.6 X 1.84 X 10人3>< (t2 -20)=52.65 X 35.014 X (t2 -20) /1 n (132.9-20)/(132.9-t2 )1 n (112.9/(132.9-t2 )=1.668112.9/(132.9-t2 )=5.304704.89 - 5.304t2 =112.9. t2 =111.61 C(2) A P= 0.01 kgf/cm=0.01 x 9.804 x 10=9.807 X10 PaAP= X 1/dXU /2Xp = 0.04 X 5.5/0.021 XU /2 X 1 9.807 X 10

48、=0.04 X 5.5/0.021 XU /2U = 13.68 m.sw = n Tt /4 d i Up=177X 0.785 X 0.021 X 13.68=0.8389 kg.s =0.84kg.s14. (10分)在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气，水和空气的进口温度分别为20c及110C,在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45c及40 C,使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38Co热损失可以忽略不计。求： (1)空气出口温度变为多少 ？ (2)总传热系数为原来的多少 倍？* 答案*(1)初期 m1 CP1(11

49、0-40)= m2 CP2(45-20)= K A Atm一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38-20)= K' A Atm ' (110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20)解出 T2 ' =59.6 C(2) A tm = ( (110-45)-(40-20) /ln(65/20)= 38.2 CAtm ' = ( (110-38)-(59.6-20) /ln(72/39.6)=54.2 C(38-20)/(45-20)=(K' /K ) X (54.2/38.2)解出 K'

50、/K = 0.50715. (10分)在换热器中，热水流量为 2000kg.h ，冷水流量为3000 kg.h ，热水进口温 度T =85C,冷水进口温度t = 15 C ,如要求将冷水加热到t =40C ,求采用并流和逆 流时的平均温度差，冷、热水的平均比热可认为相等。* 答案*G C (T T ) = G C (t t )2000(85T )= 3000 (40 15)得 T =47.5 C并流时85 C 47.5C15 C - 35 c70 12.5At = ( 70-12.5 ) / ( 1 n 70/12.50 ) = 33.4 C 逆流时85 C 47.5C35 C 15C50 3

51、2. 5At = ( 50 + 32.50 ) /2 = 41.25 C16. (15分)在内管为4 160X10mnm勺套管换热器中，将流量为3500kg.h 的某液态烧，从 100c冷却到60C,其平均比热 C =2.38 kJ.kg .K，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40c和50C,平 均比热 C =4.174kJ.kg .K ，基于传热外面积的总传热系数 K=2000w.m .K，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。* 答案*冷却水用量：w c (T T ) = w c (t t )3500 X 2.38 X (

52、 10060) =w X4.174 X (50 40) w =7982kg.hAt逆=(5020)/ 1 n (50/20 ) = 32.75At并=(6010)/ 1 n (60/10 ) = 27.93Q = KAA tQ=3500X2.38X ( 100-60 ) = 333200kJ.hA 逆=333200X10/(2000X32.75 X 3600)=1.41m兀 d 1 = 1.413.14 X0.16 X 1 = 1.41.1- 1 = 2.81mA 并= 333200X10/ (2000X 27.93 X 3600)=1.66 m3.14 X0.16 X 1 = 1.66.1-

53、 1 = 3.3 m17. (15分)在内管为。189X 4.5mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h的某液态煌从100c冷却到60C,其平均比热为 2.38kJ.kg .K ，环隙走冷却水，其进出口温度分别为 40c和50C,平均比热水为4.17kJ.kg .K，基于传热外面积的总传热系数K =2500 w.m.K ，设其值恒定，忽略热损失。试求：(1)冷却水用量；(2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。* 答案* 冷却水用量=Wc CP c (t2 -t1 )=WcX 4.17 X (50-40)n (50/20) = 32.75 Cn (60/10) =27.91 CWh CP h (T1 -T2 ) 3500 X 2.38 X (100-60)Wc =7990kg.hAt 逆=(50-20)/ 1At 并=(60-10)/ 1Q = KAA tm Q =7990X4.17 X(50-40)=3.332 X 10 kJ.h .A 逆=3.332 X 10 /(2500/1000) X 32.75 X 3600 = 1.13(m)3.14 X0.18 X 1 = 1.13 人并=3.332 X 10/(2500/1000)3.14 X0.18 X 1 并=1.3318. (16分)用一外表传