化工原理传热习题课

传热过程计算与换热器2021/6/271习题课2021/6/272习题课2021/6/273解：逆流时：(以外表面为基准)2021/6/274并流时：Q、t2、K与逆流时相同

(以外表面为基准)2021/6/275结论：在相同条件下，

2021/6/276习题课【例2】有一台现成的卧式列管冷却器，想把它改作氨冷凝器，让氨蒸汽走管间，其质量流量950kg/h，冷凝温度为40℃，冷凝传热系数h1=7000KW/m2K。冷却水走管内，其进、出口温度分别为32℃和36℃，污垢及管壁热阻取为0.0009m2K/W（以外表面计）。试校核该换热器传热面积是否够用。列管式换热器基本尺寸如下： 换热管规格

25

2.5mm

管长

l=4m管程数

m=4

总管数

N=272根

外壳直径

D=700mm附：氨冷凝潜热r=1099kJ/kg 34℃下水的物性：2021/6/277解：(外表面积)2021/6/2782021/6/279(以外表面为基准)2021/6/2710【例7-5】(P)在一逆流换热器中将热气体从150℃冷却至60℃，气体流经管内，冷却剂为水，温度从15℃升至35℃，气侧给热系数为50W/(m2·℃)，水侧给热系数为5000W/(m2·℃),现工厂扩大生产能力，气体的流量增加25%，冷却水的进口温度不变，忽略管壁和污垢热阻，试求：⑴冷却水的流量不变，气体的出口温度和冷却水的出口温度；⑵气体流量增加后，拟通过调节冷却水的流量以使气体出口温度保持在60℃不变，调节后水的流量和冷却水的出口温度。

2021/6/2711解：⑴气体流量增加前，根据传热基本方程：2021/6/2712

习题课--------操作型分析例3：无相变的冷、热流体在套管式换热器中进行换热，今若热流体的质量流量增大，而其它操作参数不变，试定性分析K、Q、t2、T2、

tm的变化趋势2021/6/2713W1

h2不变2021/6/27142021/6/27152021/6/2716逆流并流2021/6/2717

快速分析：2021/6/2718练习1

无相变的冷、热流体在套管式换热器中进行换热，今若冷流体的进口温度t1下降，而其它操作参数不变，试定性分析K、Q、t2、T2、

tm的变化趋势。2021/6/2719练习2：在一列管式换热器中用饱和水蒸汽预热某有机溶液（无相变），蒸汽走壳程，今若蒸汽压力变大，而其它操作参数不变，试定性分析K、Q、t2、

tm的变化趋势。2021/6/2720练习3：无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热，今若将单管程变成双管程，而其它操作参数不变，试定性分析K、Q、T2、t2、

tm的变化趋势。2021/6/2721练习4：无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热，因长期使用，部分管子内壁集结大量污垢而无法正常传热，现将这些管子堵死，而其它操作参数不变，试定性分析K、Q、T2、t2、

tm的变化趋势。2021/6/27221、有一列管换热器由

25×2.5mm的120根钢管组成。110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝以加热在管内作湍流流动的某液体，且冷凝水在饱和温度下排出。已知液体平均比热为4.187kJ/kg·℃，由15℃加热到90℃。管内对流传热系数为hi=800W/m2·℃，蒸气冷凝的对流传热系数ho=1.1×104W/m2·℃，忽略污垢热阻、壁阻和热损失，每小时收集冷凝水2100kg，在饱和温度下蒸气冷凝潜热r=2232kJ/kg，试求（1）每小时可处理的液体量；（2）管程单程时的列管有效长度；（3）其它条件均保持不变，将120根钢管改为两管程，列管有效长度为多少。2021/6/2723解：（1）（2）11011015902021/6/2724（3）两管程，列管有效长度2021/6/2725

三、（30）某生产过程，需将2400kg/h的空气从20℃加热到80℃，空气的平均比热容为1.0kJ/（kg.℃），平均密度为1.1kg/m3。120℃的饱和蒸汽在壳层加热。空气在管内作强制湍流流动，Re>104。采用的单管程列管式换热器尺寸如下：

25mm×2.5mm，管长为3m，管子数为100根。试求：(1)上述换热器的总传热系数为多少？(2)现仓库里有一台19mm×2mm，管长为3m，管子数为100根的单管程列管式换热器，试核算该换热器是否能代替上述换热器？(3)若用该换热器代替上述换热器，空气的出口温度为多少？注：计算可忽略管壁及污垢热阻；温度对物性影响可忽略；h蒸汽>>h空气，可以作必要的合理简化假设。2021/6/2726解：1、加热蒸汽120120空气2080换热面积为

总传热系数为2021/6/27272、饱和蒸汽加热空气时，。流量不变，所以

而所以

又

解得：

因此，仓库里的单管程列管式换热器能代替原有的换热器。2021/6/27282021/6/2729

习题课----换热器的组合操作计算【例4】如图所示，两个完全相同的单管程列管式换热器，内各有180根

19

1.5mm的管子，每根长3米，管内走流量为2000kg/h的冷流体，与热流体分别进行单程逆、并流换热，其进口温度为30℃。已知(W2C2)

/(W1C1)

=0.5（下标2代表冷流体，下标1代表热流体）。冷流体的C2=1.05kJ/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，热流体的进口温度为T1=150℃，热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。试求热流体的出口温度T2。2021/6/2730对第一个换热器（逆流），有：解:180根

19

1.5mm，长3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。2021/6/2731对第一个换热器，有：180根

19

1.5mm，长3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。2021/6/2732将A2=N

d内L＝180

0.016

3=27.130m2(W2C2)

/(W1Cp1)

=0.5W2C2=2000

1050/3600=583.33W/(℃)t1=30℃,T1=150℃代入得：（1）180根

19

1.5mm，长3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。2021/6/2733（1）又（2）联立求解式1、2得：180根

19

1.5mm，长3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。2021/6/2734180根

19

1.5mm，长3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。对第二个换热器（并流），有：A2=N

d内L＝180

0.016

3=27.130m22021/6/2735180根

19

1.5mm，长3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。将已知条件代入得：（1）又（2）联立求解式1、2得：2021/6/2736180根

19

1.5mm，长3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，