化工原理传热大题.doc

《化工原理传热大题.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、23、在单程列管式换热器内，用130℃的饱和水蒸汽将某溶液由20℃加热到60℃，单管呈列管换热器由100根∅25mm×2.5mm，长为3m的钢管构成，溶液以每小时100m3的流量在管内流过，蒸汽在管外冷凝。试求：（1）总传热系数K；（2）溶液对流给热系数α1和蒸汽冷凝对流给热系数α2；（3）若溶液的质量流量增加到ms2'，ms2'ms2=x，1

2、955mPa.S，比热容为3.3KJ/kg.℃，热导率为0.465W/kg.℃，管壁热阻、污垢热阻和热损失忽略不计。★★★★★【答案解析】解：（1）换热器的总传热量Q=ms2cp2t2-t1=100×12003600×3300×60-20=4.4×106W∆tm=t2-t1lnTS-t1TS-t2=60-20ln130-20130-60=88.5℃A=nπd2l=100×3.14×0.025×3=23.6m2所以总传热系数KK=QA∆tm=4.4×10623.6×88.5=2107Wm2.℃（2）由管内溶液可知

3、，其流速u=VS20.785d12n0=10036000.785×0.022×100=0.885msRe=d1uρμ=0.02×0.885×12000.955×10-3=2.224×104（>104，为湍流）Pr=cpμλ=3.3×103×0.955×10-30.465=6.78所以管内溶液给热系数α1α1=0.023λd1Re0.8Pr0.4=0.023×0.4650.02×2.224×1040.8×6.780.4=3454Wm2.℃以管外表面为基准面，所以1K=1α1×d2d1+1α2代入数据得12107=

4、13454×2520+1α2所以α2=8872Wm2.℃（3）当流量增加时，则增加后该流体仍然为湍流所以由公式α1=0.023λd1Re0.8Pr0.4=0.023λd1d1uρμ0.8cpμλ0.4即α1‘α1=u'u0.8=ms2'ms20.8=x0.8所以K'=1α1'×d2d1+1α2-1=13454x0.8×2520+18872-1=8872x08x08+3.211原工况ms2cp2t2-t1=KA∆tm新工况：TS、t2、t1不变，所以∆tm不变ms2'cp2t2-t1=K'A'∆tm由上述两式得m

5、s2'ms2=x=K'A'KA=8872x082170x08+3.211A'A整理得A'A=x+3.211x0.24.211因为11此时所需的传热面积要大于原工况（设备的传热面积）的传热面积，所以次换热器不能满足要求24、某列管换热器有33根∅19×2mm的管子，管长为3m。用温度为150℃的饱和蒸汽来加热原油，饱和蒸汽在壳程冷凝，原油在管内流动并由25℃加热到100℃.在操作条件下油的密度为890kgm3，平均流速为0.82ms

6、，换热器的传热量为138kW。已知蒸汽冷凝传热系数为6600Wm2.K，油侧垢层热阻为0.00043m2.KW，忽略管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻，试求：（1）管内油侧的对流传热系数；（2）若油的流速增加一倍，此时换热器的总传热系数为原来的1.75倍，求油的出口温度。（假设油的物性参数不变）★★★★【答案解析】解：（1）由题意可知，该传热过程的对数平均温差为∆tm=150-25-150-100ln150-25150-100=81.9℃传热面积为A=nπd2l=33×3.14×0.019×3=5.91m2根据传热速率方

7、程，基于管外表面的总传热系数为K=QA∆tm=1385.91×81.9=285Wm2.K由于管壁和蒸汽侧垢层热阻均忽略，可得K=11α1d2d1+R1d2d1+1α2=11α11915+0.00043×1915+16600=285解得，α1=450Wm2.K即管内油层侧的对流传热系数为α1=450Wm2.K（2）原工况下Q=qmCpt2-t1=138kW故有qmCp=Qt2-t1=138100-25=1.84kWK新工况下，油的流速加倍时，油的出口温度t2'应满足传热速率和热平衡关系，即Q'=2qmCpt2'-

8、t1=2×1.84×t2'-25=3.68t2'-25由题意，K'=1.75K，由总传热速率方程可得，Q'=K'A∆tm'=1.75×0.285×5.91×150-25-150-t2'ln150-25150-t2'=2.95t2'-25ln125150-t2'上面两式相等，则有3.68t2'-25=2.95t2'-25ln125150-t2'即整理得，ln125150-t2'=2.95