化工原理传热练习题(DOC)

1、传热概念：1、传热的三种基本方式2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K4、如何强化传热计算公式（ 1 ）热量衡算（有相变、无相变）K 的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4 8）（ 2）流体在圆形管内作强制湍流流动时 计算式（公式、条件），粘度 对 的影响。（ 3）实验测K （ 例 4 9）（ 4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4 10）二 实验题（10）1. 利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？2. 蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？3. 为了提高换

2、热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的和 S？为什么？换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？4阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？1 、 （ 4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。（ 1 分）当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外， 采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用逆流操作。（ 1 分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。（ 1 分）采用折流或错流时，

3、主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。（ 1 分）2 、 （ 6 分） 液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。（ 3 分）一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。（ 3 分）5灰体的定义及特点6、 设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？三 计算题 （ 60 分）1.5kg/s ，由3 （ 20 分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为80oC 被冷却至30oC。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温度为20oC，出口温度为50

4、oC。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为900W/(m2K)、 1700W/(m2K)； 苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K) 。 若列管为 25 2.5mm的钢管， 长 3 米， 其导热系数为45W/(m2K)， 并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求：( 1)所需换热器的列管数为多少？( 2)若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，换热器的列管数又为多少？2. 解： Q KS tm Kn d0 L tm(3 分 )其中， Q WhCph （T1 T2） =1.5 1.9 103 （ 80-30） =142.5（ kW）（2 分 ）11 d0 b d01i di dm 0=490.5

5、W/（m 2K） （3 分 ）1252.5 10 3 251900 2045 22.517002 )若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，则tmt1 t2t1ln 1t2Kd0L tmW/（m2K）（2 分 ）30 10ln3010=18.2（ C ）3142.5 10333.14 490.5 25 10 3 3 18.267.7(根)（3 分 ）（2 分 ）020.8 1700 2959.871K =559.1 W/（m 2.K）1 b d01idm0（3 分 ）则 n59.4（根）Kd0L tm（2 分 ）2、 ( 20 分)用一传热面积为3m2(以外表面积为准)，由 25 2.5m

6、m 管子组成的单程列管式换热器，用初温为10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1000kg/h 和 1200kg/h， 其比热容分别为4.18kJ/(kg K)和 2.0kJ/(kg K)，水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/(m 2 K)和 250W/(m 2 K)， 两侧可视为呈逆流流动，如不计算管壁及污垢热阻：( 1 ) 试计算说明该换热器是否合用？（ 2）夏天， 水的初温达到30时，该换热器是否合用？（假设 K 不改变） ， 如不合用，如何解决？四。计算题：.（ 20分）解： （ 1） QWhCph TWCCpc t K0A0 t

7、m1200 2.0 (200 100)10001000 4.18 (t2 10)360010003600W3 分）t267.4200 10067.4 10tm132.6 90 111.3132.690K011 d00 i di1125250 2000 20216.21W/m2 K3 分）1200 2.0 (200 100) 1000216.21 111.3 A3600A= 2.77 m 2 3 m2 不合用 . 可增加换热面积,两台串联使用.（ 4 分）4. （ 15 分）某车间有一台运转中的单程列管换热器，热空气走管程，由120 C 降至 80 C，其对流传热系数1=50 W/m 2 C。

8、壳程的水被加热，水进口温度为15 C， 出口升至90 C，其对流传热系数2= 2000W/m 2 C。管壁热阻、壁厚及污垢热阻可不计，换热器系逆流操作，水的流量为2700kg/h，平均比热为4.18kJ/kg K，试计算换热器的传热面积。解： （ 1） K 1148.8W/m2 C111112502000tmt1 t2(80 15) (120 90)ln t1 t2ln 80 15120 9045.3 CQ W水 Cp水 (90 15) 2700 4.18 1000 75/ 36002.35 105WQ2.35 105210 分）A106.4mK tm48.8 45.3六 （ 20 分） 逆流

9、换热器中，用初温为20的水将1.25Kg/s 的液体 （比热为1.9KJ/（Kg ）,密度为 850 Kg/ m3） ，由80冷却到30，换热器列管直径为 25 2.5 mm，水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 和 1.70 kw/（m 2），污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50，求换热器的传热面积；换热器使用一段时间后，管壁两侧均有污垢生成，水侧污垢热阻Rsi =0.00026 m 2/w，油侧污垢热阻Rs0=0.000176 m2/w，求此时基于管外表面的总传热系数K0。产生污垢后热阻增加的百分数注：管壁导热系数为 =45 w/（m ）3 分）Q WhCph(T1 T

10、2) 1.25 1.9 (80 30) 119kW211 bd01d00dm i ditmS0K0110.00252512517004522.585020(T2t1 )(T1t2 )lnTT12 tt21K0 tm3119 103472 18.2472W/m2 C(80 50) (30 20)ln80 5030 20213.9m211 R bd01 d 0 R d 00s0dm idisidi3 分）18.2 C3 分）3 分）110000176 0.0025 25125 000026 251700.4522.585020.20381.53W / m2 C5 分）3 分）0.000176 0.

11、00026 22055.01 10 42023.63%10.002525125.17004522.5850200.0021220 分） 现有一列管式换热器，内有 25 2.5 mm钢管300 根，管的有效长度为2m，要求将 8000Kg/h 空气于管程内由20加热到85， 采用 108的饱和蒸汽于壳程冷凝加热，冷凝热在饱和温度下排出，蒸汽冷凝传热系数1 104w/（m2 ）， 空气对流传热系数为90 w/（m 2 ） ，管壁及两侧污垢热阻可忽略，不计热损失，空气在平均温度下比热为1KJ/(Kg ) 。求基于管外表面的总传热系数K02. 核算该换热器是否满足要求。用一段时间后管内产生了污垢，使空

12、气出口温度变为50，求此时管内污垢热阻。1K01 1d0idi11 10412520.014m2 C W90 20K071.49W m2 C3 分）tm(T t1) (T t2)ln T t1T t2(108 20) (108 85) 4844 C108 20.ln108 853 分）QWcCpc(t2t1)800036001000 (85 20) 144.44 103W/m23 分）S0KQtm3144.44 103241.71m271.49 48.442 分）2 分）分）QWcCpc (t2 t1)tm80003600321000 (50 20) 66.67 103W/m2(T t1) (

13、T t2) (108 20) (108 50)lnT t1T t211K00 id0diRsi d0 didi 111 dRsi( i d0 K00 i2 分）ln108 20108 50QK00 S tm2010)(di25 19.6672 C2 分）66.67 103219.66W /m C47.1 720.014) 0.0295m2 C/W2S实际n d0l 3000.025 2 47.1m2 S0 S实际所以， 该换热器合用。分）3 （ 20 分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为1.25kg/s ，由80oC 被冷却至30oC。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其

14、进口温度为20oC，出口温度为50oC。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/（m2K）、 1700W/（m2K）； 苯的平均比热为1.9kJ/（kg.K） 。 若列管为 25 2.5mm的钢管， 长 3 米， 其导热系数为45W/（m2K）， 并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求：（ 1）传热速率为多少？（ 3）总传热系数K为多少？（ 2）所需换热器的列管数为多少？3 解： Q KS tm Kn d0 L tm其中， Q WhCph（T1 T2） =1.5*1.9*10 3*（ 80-30 ） =142.5 （ kW）1 d0 b d01252.5 10 3 251=490.5W/

15、(m 2.K)i di dm 0900 2045 22.51700tmt1t2 30 10ln t1t2ln3010=18.2( C )故n67.7 （根）142.5 103Kd0L tm3.14 490.5 25 10 3 3 18.2五、 （ 20 分）有一逆流套管换热器，由 57 3.5mm与 89 4.5mm钢管组成。甲醇在管内流动，流2量为 5000kg/h ，由60冷却到30，甲醇侧的对流传热系数为1512W/m，冷却水在环隙流过，入口温度20，出口温度35，忽略热损失、管壁及污垢热阻，且已知甲醇平均比热为 2.6 kJ/kg ，定性温度下水的黏度为 0.84cp ，导热系数为0.

16、61W/m2，比热为4.174 kJ/kg ，密度为1000Kg/m3, 冷却水在环隙中流动的对流传热系数可由下式计算：C08p 04o 0.023 Re0.8（p）0.4，求：de1 冷却水用量。2 总传热系数K。3 所需套管长度。5、 （ 20 分）1 冷热流体均无相变，且无热损失，所以：QWCCpc（t2t1）WhCph（T1T2）5000/ 3600 2.6103（60 30） 1.083105W（ 3分）QWCCpc(t2t1)1.083 1054.174 103 (35 20)1.73Kg/s2 环隙当量直径：deDi do(0.089 2 0.0045) 0.057 0.023m

17、u220.785 (Di2 do2 )1.730.785 (0.01802000.0572)0.7m/s2 分）2 分）2 分）Re ude1000 0.7 0.023220.7m/s0.785 (0.082 0.0572)Cp 0.84 10 3 4.174 1035.750.61则 o 0.023Re0.8( Cp )0.4 0.023 0.61 (1.92 104)0.8 5.750. 4 3279.7W/m2 C ( 2 分)de0.023K010d0 di944.4W /m2 C11 573279.71512 503 分）tm25 10ln t1t2ln 251016.4 C3 分）

18、360303520Q KS tm K d0l tmQK d0 tm51.083 105944.4 3.14 0.057 16.439.1m3 分）六、 （20 分 ） 在一台新套管换热器中，冷却水在 25 2.5mm 的内管中流动，以冷凝环隙间的某饱和蒸汽。当冷却水的流速为0.4m/s 和 0.8m/s 时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200W/m 2 K和1700W/m 2 K。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/m ?K。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变，试求：（ 1）当水的流速为0.4m/s 时，管壁对水的对流传热系数为多少？（ 2）管外蒸汽冷凝的对流传热系数为

19、多少？（ 3）若操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s ，但测得的总传热系数比操作初期下降10% ，试分析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%6、 （ 20 分）解：对于新换热器，可忽略污垢热阻，有1 dobdo1K ididmo其中di （0.025 0.0025 2） 0.02mdo 0.025mdm0.025 0.02ln 0.0250.020.0050.2230.0224m冷却水流速为0.4m/ s时112000.0250.0025 0.0251i 0.0245 0.02241.2518.33 10 40.620 10 4io47.71 10 41.251）（ 5 分）

20、流速为0.8m/s时u 2u0.8i 2 i 1.74 i10.0250.0025 0.025117001.74 i 0.0245 0.0224 o5.88 10 40.718 0.620 10 41io5.26 10 40.71812） （ 5 分）1.83 10 40.532i3 分）i 2907W /m2 K2）求 管外蒸汽冷凝的对流传热系数将（1）的计算结果带入式（1）中，得7.71 10 41.2512907 o4417.71 10 4 4.30 10 412o42933W/m2 K（ 3分）o （7.71 4.30） 10 4（ 3） 操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s ，但

21、测得的总传热系数比操作初期下降10% ，其原因可能是污垢热阻造成的。根据 Q K S tm WcCpc (t2 t1) WhrK 0.9K 时， Q 也必定减小，而t 2也会减小，从而t m也随之减小，所以Q 0.9Q ， Wh 0.9Wh4 分）即， 蒸汽的冷凝量下降超过10%三、 （ 20 分， 08 考研）有一单程管壳式换热器，内装有 25 2.5mm 的钢管 300 根，管长为2m。要求将流量为8000kg/h 的常压空气于管程由20加热到85，壳方选用108的饱和蒸汽冷凝。若蒸汽侧冷凝的对流传热系数为1 104W/（m 2. ），忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。空气在平均温度下的物性

22、常数为cp=1kJ/（kg. ）， 2.85 10 2W/（m. ）， 1.98 10-5Pa.s。试求： （ 1 ）空气在管内的对流传热系数；（ 2）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哪一侧的流体温度。（ 20 分， 05 考研）在套管换热器中用120的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/（kg ），温度从30升至60。蒸汽冷凝传热系数为1 104W/（m2 ）,换热管内侧污垢热阻为4 10-4m2 /W， 忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为

23、54 2mm 的钢管，有效长度为12m。试求：（ 1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg） ；（ 2）管内苯的对流传热系数 i；（ 3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（ 20 分， 06 考研）一列管式换热器，管径为 25mm 2.5mm，传热面积为10m2（按管外径计） 。 今拟用于使80的饱和苯蒸气冷凝、冷却到50。苯走管外，流量为 1.25kg/s ；冷却水走管内与苯逆流，流量为 6kg/s ， 进口温度为10。现已估算出苯冷凝、冷却时的对流传热系数分别为1600W/（m2 K）和 850 W/（m2 K）；水的对流传热系数为2500W/（m2

24、 K）。忽略管壁两侧污垢热阻和管壁热阻。已知水和苯（液体）的比热容分别为 4.18 103J/（kg K）和1.76 103J/（kg K），苯蒸气在80的冷凝潜热为395103J/kg 。问此换热器是否合用？（ 20 分， 07 考研）有一套管换热器，某流体走壳程，水走管程，逆流换热。工艺上要求将流量为 870kg/h 的此流体从120冷却至70，其比热容为3.36 kJ/（kg? ），它对管壁的对流传热系数为2326W/（m 2? ），并可视为不变。已知内管为 57 3.5mm 的钢管，水的进口温度为20。此换热器刚投入使用时很清洁，当流体出口温度为70时，测得水出口温度为 50， 管壁对水的对流传热系数为873 W/（m 2? ） ， 水的比热容为4.174 kJ/（kg ? ）， 水的密度为994 kg/m 3。由于冷却水的水质问题，管内壁结垢，使用一年后致使水的出口温度降为 45。管壁热阻及外壁污垢热阻可忽略不计，且管内外对流传热系数可视为不变。试求： （ 1 ）新