各大名牌高校化工原理考研真题

1、【大连理工大学，2003，四】有一单管程列管换热器，传热面积为40m2（按外表 面积计），共有$ 25mm x 2.5mm的传热管86根，现用该换热器以循环水冷却流量 为28000kg/h的石油产品，石油产品走壳程，循环水走管程，两流体逆流换热。 实际测得石油产品的进、出口温度分别为90C和50C，冷却水的进、出口温度 分别是25C和40C，已知石油产品的比热容为2.8KJ/kg，水的有关物性分别为: 密度 P =995kg/m3粘度 r =0.8 x 10-3Pa - s比热 Cp=4.17kJ/(kg - K)导热系数人=0.618W/(m - K)试求:1、冷却水用量2、该换热器总换热系

2、数3、管程和壳程的传热膜系数（又称表面传热系数）（可忽略两侧的污垢热阻）4、由于污垢积累，石油产品的出口温度升高，为使石油产品出口温度仍为50C， 需增加冷却水量使得冷却水出口温度为35C时，石油产品出口温度达到50C， 估算两侧污垢热阻之和为多少（各物性数据可视为不变，忽略管壁热阻）。解：1、由题意：Q = m Cp (t -1) = mCp (T -T )22 211112解得 m2 = 50136kg / h = 13.93kg / s2、由 1 得，Q = KAAt = mCp(T T) = 8.71 x 105At =气 T如气2 = 36.1C T -1 ln 12-T -121解

3、得 K = 603.2W /(m2 - K )3、流速 u =工=13.9：/995 = 0.52m/s 仃 d2, (0.02)2对一 86兀440.8 X10-3Re =炉=0.02 X 竺 X995 = 12935RPr =瞿=4 = 5.4人 0.618以=0.023 Re0.8 Pr0.4i di=0.023 x 0618x (12935* x5.40.40.02)=2716.8W / (m2 - K)由上=上+ 土得K a ada o = 834.9W / (m2 - K )4、Mt = EJ,T%-? = 38.04C 、T -1 m 2-T -121由 Q = KAM = mC

4、p(T - T)得 K = 572.42W / (m 2 - K )R = K - -K = 8.9 X10-5m2 - K / W【大连理工大学，2004,四】某厂内有一台单管程列管换热器，欲用120C的饱 和蒸汽将某种水溶液进行加热，水溶液走管程。现场测得溶液的流量为 25000kg/h、入口温度为22C、出口温度为73C。已知该换热器有 25 mm x 2.5 mm 的管子共56根，管长为3m。溶液在平均温度下的物性数据为：粘度R =0.6 x 10-3Pa - s，比定压热 Cp=4.1kJ/(kg - K)，热导率人=0.66W/(m - K)。整齐侧表面传热系数h =1.1 x10

5、4W/（m2 K）。若不计热损失及管壁热阻和蒸汽侧污垢热 0阻。试求：1、溶液在管内的对流表面传热系数（也称传热膜系数）2、管程污垢热阻的大小3、若改用双管程的换热器（管长、管径、管数与上述换热器相同），在其它条件相同情况下，溶液的出口温度为多少？（物性参数及污垢热阻等不变）56兀4解：1、流速 u =工=25000/3600/、1000 = 0.395m/s 仞d4du p 0.02 x 0.395 x 1000Re = t = 13164104日0.6 x 10-3Pr =字=皿=3.72A 0.66以=0.023 Re0.8 Pr0.4i di=0.023 x 066 x(13164 8

6、 x 3.720.4。.2)=2534.9W / (m2 - K )-+ 土得K a adK。= 1712.3W / (m2 - K)2、KAAt - K X 5 xAHaT = mCp(t2 -11) Inb At2解得 K = 10596W / (m2 - K )3、双管程后流速变为原来的2倍，则a = 20.8a = 4413.5W /(m2 - K)KAAt = mCp (t -1 )解得 t = 37.1OC 2【华东理工大学，1998，六】一套管换热器用133C的饱和蒸汽将管内的氯苯从 33C加热到73C，氯苯流量为5500kg/h。现因某种原因，氯苯流量减少到 3300kg/h,

7、但其进出口温度欲维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满 足要求？此时饱和蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？(设在两种工况下蒸汽冷凝 热阻、管壁热阻、垢层热阻及热损失均可忽略，且氯苯在管内作湍流流动。忽略 两工况下饱和蒸汽汽化潜热的变化)解：由题意：Q = KAAt = m Cp (t t) m 22 21i TtInTt - in巳T t2解得 T = 74.6。m T-=x 100% = 56.1% mT【华东理工大学，1999,二】某列管式换热器，壳程通以0.2MPa（绝）的饱和蒸 汽，可将一定量的冷水从25C加热至65C.若加热蒸汽的压强及水的入口温度保 持不变，水的出口温度降为63C

8、,求此时换热器的热流量较原工况有何变化（以 原工况的相对比值表示）？计算时可忽略垢层、管壁及蒸汽侧的热阻，水在管内作湍流流动。0.2MPa（绝） 的饱和蒸汽温度为120C。m【华东理工大学，2000，七】用某热流体与甲苯在一台列管式换热器中进行逆流 换热。列管的管内径为25mm，甲苯走管内，入口温度tj20C，出口温度t2=80C； 热流体走管外，入口温度T1=200C，出口温度T2=120C。已知此时热流体的对流 给热系数a 1=1000W/m2 - K，甲苯的对流给热系数为a 2=800W/m2 - K。现把甲苯的 流量增大50%，试求：（1）热流体的出口温度为多少？（2）新工况的热流量Q

9、较原来增加了多少？（已知甲苯的Re104, Pr0.7,管壁热阻可忽略，流体物性随温度的变化可忽略） 解：（1）由题意m = 1.5m 流速u，= 1.5ua = 0.023 C Y.8 Pr0.4 c ja = 1.50.8a由 Q = mC (t -1) = K AM 可得，p 21o m虬= 1.50.2 =1.08【华东理工大学，2001，二】一列管式换热器，内有419mmx2mm钢管33根， 管长1.5m，单管程。现将此换热器用来冷凝某工艺物料的蒸汽，壳程蒸汽冷凝 温度为90C，蒸汽侧热阻、管壁热阻可忽略。冷却水走管程，进口温度tj15C, 流量为21m3/h。试求：（1）蒸汽冷凝量

10、为多少？冷却水的出口温度为多少？夏季时，冷却水进口温度为25C时，若冷却水流量不变，则蒸汽冷凝量为 多少?已知冷却水比热Cp=4180J/kgK,粘度|1 =1mPa -s，密度p =1000kg/m3，导热系数人=0.6W/(m - K)，物料蒸汽汽化潜热Y =1.2X106j/kg。(设以上物性不随温度而变)解：(1)由题意 u =工=21/3600、= 1.0m/s 兀竺33丸y TOC o 1-5 h z 441.0 x 10-3Re =史=0.015 x 1.0 x 1000 =1.5 x104104P.=箜=4180 x 10 x 10-3 = 6 97 人0.6a = 0.023

11、 %Re0.8Pr0.4 = 4384.84W / Cn2 - K)i由 Q = m C (t -1) = K AAt 得2 p 221o mln M = m2Cp 2T -12 an兀 dl整理解得t = 83.1。2Q = m C (t 一 t) = m y2 p 2 211解得 m = 138.4kg / s(2)由 Q = m C (t t ) = m y 得2 p 2211m = 118.1kg / s【华东理工大学，2003，六】一管壳式换热器由38根4 25mmx2.5mm，长3m的 钢管组成。110C的饱和蒸汽通入壳程，加热管程中的甲苯，蒸汽冷凝对流给热 系数为10000W/m

12、2C，甲苯流量为7kg/s，入口温度为30C。甲苯的比热为 1840J/kgC。该流量条件下，甲苯侧的对流给热系数为1090W/m2C。管壁很薄， 可忽略管壁及两侧的垢层热阻。试求：此时，甲苯的出口温度为多少？现因生产需要，甲苯的处理量增加50%，蒸汽冷凝对流给热系数视作不变， 甲苯的出口温度为多少？解：(1)由 Q = m C (t -1) = K At 得2 p 221o mIn M = m2Cp 2T -1an兀 dl整理解得t = 94.6。2(2) u = 1.5u a = 1.50.8a = 1507.6W /(m2 。C)ln 丁 -1 - m2Cp2T -1a n兀 dl整理解

13、得1 = 83.1OC2【华南理工大学，1999，三】有两台单壳程的换热器，传热面积均为20m2，每台 加热器均由64根$ 27mmx3.5mm钢管组成，壳程为170C的饱和水蒸气冷凝(冷 凝潜热Y =2054KJ/kg)，空气入口温度ti=30C，流量为2.5kg/s，以湍流方式 通过管内。若两台换热器并联使用，通过每台换热器的空气流量均等。此时空气的对 流传热系数38W/ (m2C)，求空气的出口温度匕及水蒸气的总冷凝量W0为多 少？若两台换热器改为串联使用，问此时空气的出口温度t及水蒸气的总冷 凝量W。为多少？(设空气物性不随温度压力改变，Cp=1 KJ/kgC)解：(1)由题意，两台换

14、热器并联使用时，A,并=2A,；传热过程的控制热阻在空气侧，则K ；,T T由112列式得，Q = KA (12-11) = mCp(1 -1)I i,并 T 121lnT -12代数计算得到，1广93.78 C由 Q =y m = mCp(1 -1 )得，m水 =心 -11)= 0.078kg / s = 279.46kg / h(2)由题意，两台换热器串联联使用时，u = 2u ；K 强 a= (u)。.8a = 66.16W /(m2 . K)由Q=K2A2* = mCp t)得，i i、T t2 1lnT -t；t2 = 121.43 C由 Q =y m水 = mCp(t -1)得，m

15、 = MP -ti)= 0.111处 /s = 400.62kg /h水y【华南理工大学，2002，二，2】锅炉的蒸发量为9080kg/h，要求进入锅炉的水 温为65C，但原水温度为21C，故需用一卧式列管换热器将水加热到所需温度， 加热蒸汽为108C的饱和水蒸气，冷凝传热系数为10400kcal/m2hC。列管 采用4 25mm x 1mm的黄铜管(导热系数为85.48W/mC)，设水在管内流动，流 速为0.3m/s。求：求换热面积。若因空间限制，管长不能超过2.5m，换热器如何设置？(注：水的物性参数 p =991kg/m3，人=0.638W/(m K)， r =0.623 x 10-3P

16、a s，Pr=4.18)解：(1)由题意 Re = i = 10975.8Ra = 0.023 j Re0.8Pr0.4 = 1930.37W / (m2 K)iK =1 = 261.2W / (m2 K )1 o d d TOC o 1-5 h z + o + oa人 da dAt = 62.44C由 Q = m y = KAAt1m解得 A = 6.73m 2(2)单管程改为多管程【华南理工大学，2003,五】一列管式换热器，壳程120C的蒸汽冷凝放热，将壳程中20C的空气加热到80C，若将该换热器改为双管程，其他条件不变，设 空气作完全湍流，物性随温度的变化可忽略，此时空气的出口温度为多

17、少？ 解：当由单管程改为双管程时，u，= 2u由于管内湍流流动，a = 0.023 i0.8Pr0.4T -1Ina T T整理得=Ta ln 二T-t；解得 $ 60.9C【清华大学，1998，三，2】在一新的套管换热器中，冷却水在625X2.5mm的 内管中流动以冷凝环隙间的某蒸汽。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1200瓦每平方米开尔文和1700瓦每平方 米开尔文。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/mK。水流速改变后可认 为环隙间冷凝的传热膜系数不变，试求：当水的流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？管外蒸汽冷凝的对

18、流传热系数为多少？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%。解：(1)由题意K = 1 1 /1 d +o a a d整理得 a = 2171.7W / (m2 - K )(2)由K = 1 d解得+oa a d=3879.8W /0可能的原因是产生了污垢热阻。【清华大学，2000,三，3】某厂在单壳程双管程列管换热器中，用130C的饱 和水蒸气将乙醇水溶液从25C加热到80C，列管换热器由90根4 25mmx2.5mm , 长3m的钢管所构成，乙醇水溶液处理量为36000kg/h，并在管内流

19、动，饱和水 蒸气在管间冷凝。已知钢的导热系数为45 W/(mC)，乙醇水溶液在定性温 度下的密度为880kg/m3,黏度为1.2CP，比热为4.02KJ/ (kg - K)，导热系数为 0.42 W/ (mC)，水蒸气的冷凝传热系数为104W/ (m2C)，在操作条件下， 垢层热阻和热损失可忽略不计，试确定:(1)此换热器能否完成任务？ (2)若乙醇水溶液处理量增加20%，在溶液进口温度和饱和水蒸气温度不变情 况下，仍在原换热器中加热乙醇水溶液，则乙醇水溶液的出口温度变为多少(乙 醇水溶液的物性可视为不变)？ 解：(1) At = 74.13OCVu =nn吐436000/3600/880 八

20、,7t=0.40m / s(0.02 J290n4Pr =半= 11.5a = 0.023 %Re0.8Pr0.4 = 1327.2W / (m2 - K) iK = 一L = 906.2W / (m2 - K )1 o d d+ 7 o + oa Xd a d由 Q = m Cp (t -1) = KAAt22 21m得 A = 32.9m 2A实际=2nn dl = 42.39m2故可以完成任务。(2) a = 1.20.8aK，= 一l1l = 1038W/(m2 -K) TOC o 1-5 h z 1o dd+ 7o + o以X d以d由 Q = m Cp (t -1) = KAAt 整理得22 21mK A = m Cp In22 T-t解得t = 35OC2【清华大学，2001，2，（2）】现有两台单壳程单管程