化工原理 第六章 传热2

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一、填空题

1.冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量一致，且假定冷热水的物性一致，则热损失占传热量的________。

2.100℃的热水在一钢管内流过，钢管暴露在大气中，大气温度为20℃，则钢管壁的温度大约是℃，产生上述答案的理由说明如下：。

3.圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1，α2以及间壁导热系数λ的关系为_________。当间壁管规格为φ108×4，导热系数为45W·m-1·K-1时，管内外两侧的对流传热系数分别为8000W·m-2·K-1和1200W·m-2·K-1时，总传热系数K1=_____W·m-2·K-1，总传热系数K2=_______W·m-2·K-1。

4．用常压蒸馏塔的塔底重油加热原油。重油的初始温度为300℃，最终温度为220℃；原油的初始温度为25℃，最终温度为180℃；若采用并流操作，其平均温差为____，若采用逆流操作，其平均温差为_____。由上述结果可知：当热交换双方流体无相变，且进出口温度不变时，采用___操作的传热平均温差比___操作的传热平均温差大，对热交换有利。

二、选择题

1.有一套管换热器，在内管中空气从20℃被加热到50℃，环隙内有120℃的水蒸气冷凝，则内管壁的温度接近℃。(A)35(B)77.5(C)120(D)100

2.冷热流体在换热器中进行无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在同样的操作条件下，与无垢层相比，结垢后的换热器的K，?tm。A.变大B.变小C.不变D.不确定

3.在蒸气—空气间壁换热过程中，为加强传热，以下方案中的_____工程上可行。

A.提高蒸气流速凝面积

三、计算题

1.某列管式冷凝器的列管规格为Φ25mm×2.5mm。有机蒸汽在管外冷凝，管内通冷却水，冷却水的流量为2.5kg/s。在新使用时，冷却水的进、出口温度分别

B.提高空气流速

C.采用过热蒸气以提高蒸气温度D.在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷

为20℃和30℃。使用一段时间后，由于生成垢层，在冷却水进口温度和流量不变的状况下，冷却水的出口温度降为26℃。已知基于外表面的传热面积为16.5m2，有机蒸汽的冷凝温度为80℃，求水垢层的热阻。

2．某车间需要安装一台换热器，将流量为30m3/h，浓度为10℅的某溶液由20℃预热至60℃。加热剂为127℃的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为：管径Φ25mm×2mm，管长3m，总管数72根。问库存的换热器能否满足传热任务？已知定性温度下，溶液的物性数据为：ρ=1100kg/m3；λ=0.58W/(m·℃)；CP=3.77kJ/(kg·℃)；μ=1.5×10-3Pa·S。钢的导热系数为46.5W/(m·℃)；设污垢热阻总和为∑R垢=0.0003(m2·℃)/W；蒸汽走管外，其冷凝对流传热系数为α0=1×104W/(m2·℃)。

3.拟用150℃的饱和水蒸汽将流量为90000kg/h的某溶液产品由25℃升温到35℃。现有一台单管程列管式换热器，换热管规格为φ25mm×2.5mm，传热面积为15m2。已知蒸汽在其壳程冷凝，传热系数为12000W/(m2.K)；溶液走管程，其对流传热系数估计为330W/(m2.K)，比热容为1.9kJ/(kg.K)。壳程污垢热阻和管壁热阻忽略不计，管程污垢热阻估计为0.0001m2.K/W。试问这台换热器是否能够满足上述换热要求？如不能满足换热要求，采用加隔板的方式将该换热器

变为双管程换热器，问能否满足换热要求？（由于粘度较大，溶液在管程滚动为层流，故其对流传热系数与流速的1/3次方成正比)

4.某厂采用一套管式换热器冷凝2000kg/h甲苯蒸气，冷凝温度为110℃，甲苯的气化潜热为363kJ/kg，其冷凝传热系数为5600W/m2.℃。冷却水于20℃及5000kg/h的流量进入套管内管(内管尺寸为φ57mm×3.5mm)。水的物性可取为：密度为995kg/m3；比热容为4.174kJ/(kg.K)；导热系数为0.62W/(m.K)；粘度为8×10-4Pa.s。忽略壁及垢层的热阻，且不计热损失。求：⑴冷却水的出口温度及套管管长；

⑵由于气候变热，冷却水进口温度升为30℃，在水流量不变状况下，该冷凝器能冷凝多少苯蒸气。

练习题练习答案一、填空题

1.5%

2.100℃；热水与管壁之间的传热系数远大于管壁与空气之间的传热系数]

ddd113．1018943?2?2ln2?K2?1d12?d1?24.121.9154.5逆流并流

二、选择题

1．C2、BA3、B

三、计算题

1.解：(1)换热器新使用时

传热速率Q?qmc?cpc(t2?t1)?2.5?4.187?(30?20)?104.7kW对数平均推动力?tm?t2?t130?20??54.8℃T?t180?20lnln80?30T?t2Q104.7?103总传热系数K0???116W/(m2?℃)

A0?tm16.5?54.8113总热阻R===8.62?10?（m2?℃）/W

K0116(2)换热器使用一段时间后

??t1)?2.5?4.187?(26?20)?62.8kW传热速率Q??qmc?cpc(t2对数平均推动力?tm???t1t226?20??56.9℃T?t180?20lnln?80?26T?t2Q?62.8?103??总传热系数K0??66.9W/(m2℃)

?16.5?56.9A0?tm112总热阻R?===1.49?10?（m2?℃）/W

?K066.9(3)水垢层热阻Rsi

Rsi?d0?R??R?1.49?10?2?8.62?10?3?6.28?10?3di

故Rsi?6.28?10?3?

0.02?0.00502m2C/W0.025?，必需先求Q、K0、?tm2．解：完成该传热任务所需的传热面积A0(1)求?tm

?tm??t大??t小(127?20)?(127?60)??85.4℃

?t127?20lnln大127?60?t小(2)求K0

①先求管内溶液一侧的?i

u??qVh36002ndi?.42du???303600272?(0.021)?42?0.67m/s

Re??cp??0.021?0.67?1100?10300?10000，湍流。?31.5?103.77?103?1.5?10?3pr???9.75，符合0.7?0.58l3??143?60，且NaOH水溶液被加热，n取0.4。d0.021?i?0.023??d

0.58?0.023??(10300)0.8?(9.75)0.4?2560W/(m2?℃)0.021(Re)0.8(pr)0.4②求K0

K0?1d0bd1??0??R垢??idi?dm?0＝1