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。已知热水走管程，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=4.18X03J/kgK）解：换热器的传热量：Q=qmCp(T2Ti)=1500/3600M.18A03X(8050)=52.25kW传热温度差4tm：5015热流体80冷流体30ti=50,At2=355035传热温度差tm可用算数平均值:t25035=42.5cQK二Atm52.25103242.5=615W/m2c2、一列管换热器，由小25>2mm的126根不锈钢

2、管组成。平均比热为4187J/kgG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。已知单管程时管壁对溶液的传热系数为520W/m2：C,蒸汽对管壁的传热系数如为1.16X04W/m2：C,不锈钢管的导热系数入=17W/mC,忽略垢层热阻和热损试求：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，。二工生3史）K二di0d0解：传热量：Q=qmcp(t2tl)=15000/36004187X(8020)7.05106W总传热系数：(以管平均面积为基准)dm1d。K520211741.1610解得：K=434

3、.19W/m2C对数平均温差:110-110传热面积:20-80t1=90t2=30Am=n-：dmL=KAm'm列管长度：LAmAm90-30.二54.61Cln9030105106K；：tm4341954.6144.28n-：dm1263.140.0232325244.28m24.87m3、有一列管式换热器，装有小25>2.5mm钢管320艮，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力口热至ij85C,选用108c饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝彳热膜系数为1xi04w/m2K,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

4、温度下的物性常数：入=2.85X彳W/m-K,=198X0-5Ns/m2,Cp=1kJ/kgK,Pr=0.7o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:qv二，2一dnqm80003600二，2dn42(0.02)2320?1=22.12P0.0222.12Re1981034=22343.431040.6<Pr=0.7<160l/d=2/0.02=100>50传热系数加=0.023xRe0.8Pr0.4d2.851008

5、042=0.02322343.430.7=85.68W/m2K0.02(2)总传热系数:1115111252=+25解得：K=68.08W/m2KK:。：idiK110485.6820(3)传热量：Q=KAtm=qmCp(t2-ti)实际所需传热面积:qmCpt-t)K，1081082085t1=88t2=23：tm3tl-：t288-23ln88=48.44CLt2In一2380001.0360010385-202=4380m68.0848.44该换热器所能提供传热面积A.:._2A=n二dl=3203.140.0252=50.24m.，A<A,.该换热器能满足要求。(4)Q=qmCp

6、(t2-ti)=80001.0103(85-20)=1.44105W3600Q=LA(T-Tw)_5Q1.4410n=T-、一=1084*107.71C：oAo11050.24Ai=nndil=3203.140.022=40.19m2520851.44105+285.6840.1994.32c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。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；C,蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽略

7、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-C/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：p=1000kg/m3；cp=4.2kJ/kgG0解：(1)11075-110903520tm二t1-二t2lntit235-20In3520=26.802035万、=27.5C)2一一3533Q=qmCp(t2-ti)=qv：Cp(t2-ti)10004.210(90-75)=612.510W600，一Q612.5103n传热面积：A=、一=816m2K

8、.：tm280026.80A=n：td(2L)L=A/(2nTtd)=8.16/(2X30兀X0.0251.7m11d0c11d0c125(2)-=RR1=0.00008KKdi1KKdi280020所以：K'=2188W/m2c11011075t23511012Q=KAtm=qmCp(t2-t1)35- (110-t9)351000321888.16(4.210t2-751n353600110-t2解得：t2=88措施：(1)提高加热蒸汽温度(调节蒸汽的压力)；(2)清除污垢。5、热空气在小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

9、系数为1000W/m2.K,已知钢管的导热系数上45W/m-K,水侧污垢热阻Rsi=0.5810Jm2K/W,热空气侧污垢热阻Rso=0.510，m2K/W0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，传热系数有何变化？K)解：已知ao=50W/(m2K),ai=100CW/(m211cbeI。dodo(1)二RsoRsiKodmdi二idi251000201_3二一0.510502.510，25+4522.53250.5810一20=0.020.00050.0000620.0007250.001252=0.0225mK/W2K=

10、44.4W/(m2K)(2)若管内对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即1K-1二odo1_3二一0.510502.510学25+4522.530.581025202521000202：idi解得：K=45.6W/(m2K)45.6-44.4传热系数提高：100%;27%(3)若管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即11cbdo-dodoRso0-Rsi0-K2.odmdi：idi1§2.510,25325250.510-0.5810-2504522.520100020解得：K:-79.8w/(m2K)798-444传热系数提高：F4-100%=79.7%6、某厂只能用120c饱

11、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20c加热到75C,冷凝水于饱和温度下排出。已知管侧水溶液四=250qw/m2CD,壳侧蒸汽口。=1000qW/m2尸C,溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？水溶液密度P=1050kg/m3,比热为4.17kJ/kg尸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：(1)Q=qmCpt=qv7cp3-t1)=17.21_1dKo二id1+：o125十2500202_Ko-1666.67W/mC

12、12020120-75蒸汽水t1=100t2=45tmln*Lt2ln10045=68.88C1050334.17103(75-20)=1151103W3600Q=KoAotm>311511032110.02m1666.6768.88Aomdl=n=Ao二dl10.023.140.0253=42.55Z43根0.8口必u，且uAn一=一（连续性方程）uAnn、0.8故二i=()：-in=(第0.82500=2650W/m2Cidi12_；=1750W/mC11251+：o26502010000.一_2_A'fdln'=3.140.025340=9.425m2Q=KA：tm

13、=17509.42568.88=1136103WQ二Q,不能完成换热任务7、有单程列管换热器，传热面积为4m2,由e25父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。已知水和机油的质量流量分别为1200kg/h和1400kg/h,其比热分别为4.18kJ/(kg-C)和2.0kJ/(kgC),水侧和油侧的对流传热系数分别为：1800W/(宿C)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:冷却水的出口温度：对数平均温差：Q=qm1cpi(T1-T2)=14002.0(200-1

14、00)=2.8105一一一一5Q2.8105t2=t1+=25+=80.8Cqm2cp212004.18热流体200100冷流体80.825kJ/hLt|t2(T1-t2)-(T2-t1),T1-t2InT2-t1(200-80.8)-(100-25)=95.4C,200-80.8In100-25总传系数为:11K=-d1=-257=175.6w/(m2C)：2d21180020200所需传热面积为:A需要2800001033600175.695.4-4.64m224mv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589x10mm的套管换热器中，将流量为3600kg/h的某液态

15、姓从100c冷去到65C,其平土§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=47kJ/(kgC),基于传热外表面积的总传热系数K=2000W/(r2C),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：qmlcpl(T1-T2)=qm2cp2(t2一L)36002.38(100-65)=qm24.17(50-40)qm2=7191.4kg/h(2)逆流下的平均温差热流体100冷流体506540(T-t2)-(T2-t1)(100-50)-(6

16、5-40)in1t2lnTlFT2-tiin100-5065-4036.1C83300W(3)所需传热面积传热量为：Q二qm1cpi(T1-T2)=36002.38(100-65)=2.9988105kJ/h83300200036.1一2=1.154m29、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12.75m115c的冷却水以2.25乂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：1001001512(1)冷却水出口温度Q=qm2Cp

17、2(t2-ti)=KA：tm,(T-t1)(T-t2)(100-15)(100-t2)(185-12)-tm二二二222Q=2.251054.18103(t2-15)=203912.75(185-12)/2t=23.1C(2)水蒸气冷凝量(kg/h)Q=KAMm=2039M12.75M(185-23.1)/2=2105kWqmi=Q/r=21053600/2258.4=3355kg/h10、在列管式换热器中用热水加热冷水，热水流量为4.5Xl03kg/h,温度从95c冷却至55C,冷水温度从20c升到50C,总传热系数为2.8Xl03W/(nbC)。已知：Cp加水=4.181kJ/(kgC),C俏水=4.174kJ/(kgC)。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较，可得到那些结论。解：（1）冷却水流量.Qh=QcqmhCphT=qmcCpctqmc4.174(50-20)4.5父103M4.181M(95-55)qmc=6010kg/h(2)热流体9555