传热习题课计算题要点

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。热水走管程，测 得其流量为1500kg/h，进口温度为80C，出口温度为50C ;冷水走壳程，测得进口温度为 15C，出口温度为30C，逆流流动。取水的比热cp=4.18 X03J/kg K解：换热器的传热量：Q = qmcp(T2 - T1)=1500/3600 4.18 103x(80 50)W 传热温度差 tm:热流体 80 -50冷流体 30 15 t1=50, t2=35J1 50 2t235传热温度差 tm可用算数平均值：50 35242.5 rA tm52.25 1032 42.5615W/m2 c2、一列管换热器，由2

2、52mm的126根不锈钢管组成。平均比热为 4187J/kg G的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由20C加热到80C，温度为110C的饱和 水蒸汽在壳方冷凝。单管程时管壁对溶液的传热系数 a为520W/m2 -C，蒸汽对管壁的 传热系数如为1.16 X04W/m2 C,不锈钢管的导热系数 匸17W/m- C，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，丄 丄 虫_b丄色K i d i0 d解：传热量：Q = qmCp(t2 ti)=15000/3600 4187 X(80- 20) 1.05 W6W总传热系数：以管平均面积

3、为基准11 dmK i dib 1 dm 1123 0.00210 d0 K 520 21171.16 104c对数平均温差:1101102080 t1=90 t2=30tmX 七2In t1t290 30ln 90 3054.61 C传热面积： Q KAm tmAmQ 1.05 106K tm 43419 54.61Am n dmL ；列管长度：LAmn dm44.28126 3.140.023232544.28m24.87 m3、有一列管式换热器，装有 25滩冈管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20C加热到85C,选用108C饱和蒸汽于壳程冷凝加

4、热之。 假设水蒸汽 的冷凝传热膜系数为ixi04w/m2 K，管壁及两侧污垢热阻均忽略不计，而且不计热损失，空气在平均温度下的物性常数：入=2.85 x-1W/mK，卩=1.98 x-5INTs/m2, cp=1kJ/kg K，Pr=0.7。试求： (1空气在管内的对流传热系数； 2求换热器的总传热系数以管子外外表为基准； 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:qvqm80001 22.12- -(0.02)2 32043600Re dU0.02 22.12119810 5422343.431040.6v Pr=0.7v 160

5、l/d=2/0.02=100 50传热系数ai 0.023-dRe0.8 Pr0.40.023 2850.0222343.430.80.74=2 K2总传热系数:111 do11125Koi diK1 10485.6820解得：2 K3传热量：Q KA tm qmCp(t2 ti)实际所需传热面积:qmCp(t2切K tmtmt1 t2ln t1t28000 io360010385 20243.80 m1081082085 t = 88 t? = 2388 2348.44 C88In -2368.08 48.44该换热器所能提供传热面积A :A n dl 320 3140.025 250.24

6、m2T A V A该换热器能满足要求。4QqmCp(t2ti)3600 10 103(85 20)4 105WQ A(T Tw)Tw T108 号 10107.71 CoAo1 10 50.24Ai=n dil=320 3.14 E.02 2=2208521.44 10585.68 40.1994.32 C所以：壁温接近于蒸汽流体一侧或者说接近a大的一侧流体温度4、用110C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 75C加热 至90C。假设每程有直径为 25刈勺管子30根，且以管外外表积为基准的传热系数 K=2800W/m 2C，蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽略不计。试求

7、：(1)换热器所需的管长；当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为08m2. C /W，假设维持溶液的原流量及进口温度不变，其出口温度为多少？又假设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：p= 1000kg/m3； CPkJ/kg C。解：111011075 903520tmt1 t2In t1 t235 2026.80In 35 20或 tm20 35227.5 C3612.5 10 WQqmCp(t2t1) qv Cp(t2 tj1000 4.2 1 03 (9075)3600传热面积：AK tm3612.5 1032800 26802816m2A

8、= nnd 2LL = A/ 2nnd =8.16/ 2X 30 nX 0.02521 1K Kd11di 1K Kd0di R110.00008 25202800所以：K2188W/m2 C110 11075 t235110-12Q KA tm qmCp(t2 ti)2188 8.1635 (110 t2)In35110 t235 100036004.2103 t275解得： t2 8&措施：l1提高加热蒸汽温度调节蒸汽的压力； 2去除污垢。5、热空气在 25対勺钢管外流过，对流给热系数为50W/m2K，冷却水在管内流过，对 流给热系数为1000W/m2.K，钢管的导热系数W/m- K，水侧

9、污垢热阻Rsi 0.58 103m2 K/W，热空气侧污垢热阻 尺。0.5 10 3m2 K/W。试求：(1) 传热系数；(2) 假设管内对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？(3) 假设管外对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？解:。50W/(m2 K),i 100CW/(m2 K)bdodmRsidodidoidi1500.5 10 32.5 10 3 2545 22.50.5810 32520251000 200.020.00050.0000620.0007250.001250.0225m2 K /WK 44.4W/(m2 K)(2)假设管内对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即11

10、bdodo doRsoRsiKodmdi 2 idi丄 0.5 105032.5 102545 22.530.58 102520252 100020解得：K 45.6W/(m2 K)传热系数提高:45.6 44.444.4100%2.7%假设管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即1 1K 2 obdododoRsoRSidmdiidi12 50332.5 10253 25250.5 100.58 1045 22.5201000 20解得：K79.8w/(m2 K)79 844 4传热系数提高：一8- 100%797%6某厂只能用120C饱和水蒸汽，通过 25X长3m的单管程列管式换热器，将

11、列管 内的17.2m3/h水溶液从20C加热到75C，冷凝水于饱和温度下排出。管侧水溶液i 2500W/m2 C，壳侧蒸汽 1000qW/m2 C，溶液在管内呈湍流，试问换热器的 管数为假设干？水溶液密度1050kg/m3，比热为4.17kJ/kg C。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：1QqmCp tqv Cp(t2切17.2型 4(75 20)1151 103W1丄doK?7d?1o 2500 201 251100002Ko 1666.67W/m C12020-12

12、075蒸汽 水t1=100 t2 = 45tmt1 _t2t1lnt210045,100ln4568.88 CKoAo tm=AQKo tm1 151 1032.10.02m 1666.67 68.88dl10.023.14 0.025 342.55 43根0.8uAnu ,且A连续性方程un故i 叩i400.825002650W / m2Cn40K112-1750W / mC1 do11 251i dio2650 2010000Ad In3.140.0253 409.425m2QKA tm1750 9.42568.881136 103WQ Q,不能完成换热任务7、有单程列管换热器，传热面积为

13、 4m2，由25 2.5mm的管子组成。用初温为25C 的水，将机油由200C冷却至100C，水走管内，油走管间。水和机油的质量流量分别为1200 kg/h和1400 kg/h kJ/kgC kJ/kg C，水侧和油侧的对流传热系数分别为：1800W/ntC和200W/mC，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:cmiCpi(Ti T2) 1400 2.0 (200 100) 2.8 105kJ/h冷却水的出口温度:对数平均温差：Q2.810“ C -t2匕2580.8 Cqm2Cp212004.18热流体200100冷流体25厲 t?)

14、(T2 t| )tmt1 t2In丄t2(200 80.8) (100 25),200 80.8In100 2595.4 C总传系数为:1 1dr F 厂 175.6w/(m c ) 瓦1800 20 200所需传热面积为：A需要280000 1033600 175.6 95.44.64m24m2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189 10mm的套管换热器中，将流量为3600kg/h的某液态烃从100C冷却 到65C,其平均比热容cp1 2.38kJ/kgC，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40C 和50C，平均比热容Cp2 4.17 kJ/kg C，基于传热外外表积

15、的总传热系数K 2000 W/m C ，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 :qm1c p1 (T1 T2) qm2cp2(t2 t1)36002.38 (100 65) qm2 4.17 (50 40) qm2 7191.4kg/h2逆流下的平均温差热流体 100 -65冷流体 50 J40tm逆t1 t2(T1 t2) (T2 t1 )(100 50) (65 40)IntlInt2t2t1In!0065 4036.13所需传热面积传热量为：2.9988 105kJ/h21.154m83300WQqm1Cp1

16、(T1T2)那么A逆3600 2.38(100 65)Q83300K2000 36.19、100C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 -C )，传热面积2; 15C 5 x 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： 10010015 12(1)冷却水出口温度Q qm2Cp2(t2 t1) KA tmtm仃tQ仃t2)2(100 15)(100 t2)2(185 t2)2Q 2.25 105 4.18 103 住 15)2039 12.75 (18

17、5 t2)/2t 23.1C2105kW3355kg / h(2) 水蒸气冷凝量 kg/h Q KA tm 2039 12.75 (185 23.1)/ 2 qm1 Q/ r 2105 3600 / 2258.410、在列管式换热器中X 103kg/h，温度从95C冷却至55C，冷水温度从20C升到50Cx l6w/mC 。：Cp热水=4.181kJ/kg C , Cp水=4.174kJ/kg C。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热面积；3两种流体做并流时的平均温度差和所需的换热面积； 4依据计算结果，对逆流和并流做一比拟，可得到那些结论。解： 1冷却水流量/ QhQcqmh C phqmc C pc4.5 1034.181 (95t55)qmc 4.174 (5020)qmc 6010kg / h2热流体 95-55冷流体 5020tm