传热习题课计算题

1、1、现测定一传热面积为2mz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弋，出口温度为50弋；冷水走壳程，测得进口温度为15匸出口温度为30弋，逆流流动。（取水的比热cp=x10sJ/kgK）解：换热器的传热量：Q=qmcp(T2-T1)=15OO/36OOxx103x(8O50)=传热温度差tm：热流体80今50冷流体30匕15At1Att1=50，50<235t2=352传热温度差可用算数平均值:At=A1+At2=50+35m22=42.5°CAAt52.25x1032x42.5=615W/m22、一列管换热器，由©

2、;25x2mm的126根不锈钢管组成。平均比热为4187J/kg弋的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由20弋加热到80匸温度为110弋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a为520W/m2弋，蒸汽对管壁的传热系数a0为M04W/m2弋，不锈钢管的导热系数入=l7W/m弋，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.±+b+丄.±）K飞d+X+adii00解：传热量：Q=qmcp(t2-t1)11db1dm+mKad九adii00总传热系数：(以管平均面积为基准)1K=150

3、00/3600x4187x(80-20)«x10sW1230.002123+52021171.16x10425解得：K=m2匕对数平均温差：1101102080t1=90t2=30At-At90-30At二丄匚二二54.61°CmlnA'At2ln9030传热面积：Q=KAAtmmQKAtm1.05x106434.19x54.61二44.28m2A=n兀dL；mm列管长度：L=44.28126x3.14x0.023沁4.87m3、有一列管式换热器，装有*25x25mm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弋加热到85匸选用

4、108弋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1x104W/m2K,管壁及两侧污垢热阻均忽略不计，而且不计热损失，已知空气在平均温度下的物性常数：入=x102W/mK，p=x105Ns/m2，cp=1kJ/kgK，Pr=。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：qmu-qpud2xnd2xn4480003600-x(0.02)2x320p二22.12丄P0.02x22.121pR二dUP=二22343.43>104e

5、卩198x10-5VPr二V160l/d=2/=10050传热系数叮0.023汁衽丿Re0.8Pr0.42.85x10-2二0.023xx22343430.8x0.70.4=m2K0.02解得：K=m2K2）总传热系数：111d=+oKaadoii11125=+-K1x10485.6820碱wny蓋雒畫於Vvr(Nw寸zosHxszooX寸EXOZEH一puuHn寸寸oo寸X80.009(ozIX01X0X009E00000zEZ-VUIUI)0000-V0。寸寸00寸HHCHIIHEZ0000-V-VmzH"<WWHJ<S8OZ80V-I80V-IZVM<*>

6、;(4)Q=qc(t-1)=8000x1.0x103x(85-20)=1.44x105Wmp213600Q=aA(T-T)ooW二108-aAoo1.44x105a107.71c1x104x50.24A.=nid.l=320xxx2=40.19m2i1.44x105Q20+85.、=+a94.32°paA285.68x40.19cii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110弋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弋加热至90弋。若每程有直径为025x25mm的管子30根，且以管外表面积为基准的传热系数K=2800W/m2.X

7、，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000008m2弋M，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=10OOkg/m3；cp=kg弋。解：11011075903520At=mAt-At12InA'JAt?三丝二26.80In3520(或At=空亠2=空±至=27.5°C)2235Q=qmCp(L1)=qvPCp(L1)=3600x1000x4.2x103x(90-75)=612.5x103WQ612.

8、5x103传热面积：A=816m2KAt2800x26.80mA=nnd(2L)L=A/(2nnd)=(2x30nx)=17m（2）所以1dKd1i=丄+doR二1+0.00008x25Kd1280020i解得措施K'二2188W/m2匸110110751235110-t2Q二KAAt二qc(tt)mmp212188x8.16x35_(1:-'2)135In110t2t2«88U35x10003600x4.2x103(t75)21）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*25x25mm的钢管外流过，对流给热系数为50W/,冷却水在管内流过,对流

9、给热系数为1O00W/,已知钢管的导热系数W/mK,水侧污垢热阻R二0.58x10-3m2K/W，热空气侧污垢热阻R二0.5x10-3m2K/W。试求：siso(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，传热系数有何变化解：已知Q二50W/(m2K),q=1000W/(m2K)oi11bddd(1)+R+4+Ro+oKQso九dsidQdomiii2.5x10-3x2545x22.5+0.58x10-3x25+20251000x200.02+0.0005+0.000062+0.000725+0.001250.0225m2K/WK44

10、.4W/(m2K)sobd=£+0.5x10-3+2.5x10-3x2545x22.5+0.58x10-3x兰+20252x1000x20(2)若管内对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即ddo+osid2ad解得：K'二45.6W/(m2K)45.6-44.4传热系数提高：一7.x1°°%=2.7%(3)若管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即1_1K2a+Rsobdddo+osidad科+0.5510-3+2.5x10-3x2545x22.5+0.58x10-3x25+20251000x20解得：K"=79.8W/(m2K)79.8-44

11、.4传热系数提高：一444x100%二797%6、某厂只能用120°C饱和水蒸汽，通过®25x25mm、长3m的单管程列管式换热器，将列管内的m3/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«二2500W/m2-°C，壳侧蒸汽a二10000W/m2-°C，溶液在管内呈湍流，试问换热器的io管数为若干水溶液密度P二1050kg/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：（1）Q=qc

12、At=qPc(t-1)二17.2x1250x4.17x103x(75-20)二1151x103WmpoKadiio120201+=a250020-1207510000蒸汽水t=100t2=45At=mAt-At/AtIn1At2r2AK二1666.67W/m2-°Co-100-45=68.88°C100ln45Q=KAAtLoom1151x103KAtom1666.67x68.88=10.02m210.02兀dl3.14x0.025x3=42.55沁43根uanaXu0.8，且u=二-(连续性方程)uAn故a二(n)0.8a二(43)o.8X2500二2650W/m2

13、76;Cini401d1o+-a'daiio1125r+26502010000=1750W/m2°CAdIn，=3.14x0.025x3x40=9.425m2Q二KA'At二1750x9.425x68.88二1136x103Wm®Q，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025X2.5mm的管子组成。用初温为25弋的水，将机油由200弋冷却至100弋，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kJ/(kgX)和kJ/(kgX)，水侧和油侧的对流传热系数分别为：1800W/(m2X)

14、和200W/(m2X),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：AtAt-AtlnAt(T-t)-(T-t)(200-80.8)-(100-25)=1221=总传系数为：At1nn22in匕T-t21in20。-竺100-25=95.4C所需传热面积为：A需要1dr1+-ada2211251+1800x20200=175.6w/(m2C)QKA280000x1033600x175.6x95.4=4.64m2>4m2Q=qc(T-T)=1400x2.0x(200-100)=2.8x105kJ/hm1p112t=

15、t+_?=25+2.8X105=80.8°C21qc1200x4.18m2p2热流体200今100冷流体25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0189xlOmm的套管换热器中，将流量为3600kg/h的某液态烃从100弋冷却到65弋，其平均比热容cp1二2.38的/恤X），环隙走冷却水，其进出口温度分别为40弋和50弋，平均比热容cp2=47kj/（kgX），基于传热外表面积的总传热系数K二2000w/（m2X）,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:qc(TT)=qc

16、(tt)m1p112m2p2213600x2.38x(10065)=qx4.17x(5040)m2q=7191.4kg/hm2S->os旌煖宏S9个0£扯垢聚Iz0寸9TH£ci-£OTOOIlh严I(0寸9)(0001)c)(Tb3）所需传热面积传热量为：Q二qm1Cp1(T1-T2)则A逆83300W3600x2.38(100-65)二2.9988x105kJ/hQ83300=1.154m2KAt2000x36.1m逆9、100°C的水蒸气在管壳式换热器的管外冷凝，冷凝潜热为kg，总传热系数为2039W/(m2°C),传热面积1275

17、m2；15C的冷却水以X105kg/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：10015-100t2(1)冷却水出口温度Q=qC(tt)=KAAtm2p221m._(Tt)+(Tt)_(10015)+(100t)_(185t)At=12=2=2mQ=2.25x105x4.18x103x(t15)=2039x12.75x(185t)/222t=23.1°C水蒸气冷凝量(kg/h)Q二KA“二2039x12.75x(185-23.1)/2二2105kWmq=Q/r=2105x3600/2258.4=3355kg

18、/hm110、在列管式换热器中用热水加热冷水，热水流量为X103kg/h,温度从95°C冷却至55°C,冷水温度从20C升到50C，总传热系数为X103W/（m2C）。已知：Cp=（kgC）,Cp热水冷水=（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较，可得到那些结论。解：(1)冷却水流量:Q=QhcqCAT=qCAtmhphmcpc4.5x103x4.181x(95-55)=qx4.174x(50-20)mcq=6010kg/hmc2)Atm逆_(95-50)(55-