传热习题课计算题.doc

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1、1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；冷水走壳程，测得进口温度为15℃，出口温度为30℃，逆流流动。（取水的比热cp=4.18×103J/kg·K）解：换热器的传热量：Q＝qmcp(T2－T1)＝1500/3600×4.18×103×(80－50)=52.25kW传热温度差△tm：热流体80→50冷流体30←15△t1=50，△t2=35传热温度差△tm可用算数平均值：℃℃2、一列管换热器，由φ25×2mm的126根不锈钢管组成。平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流

2、动，其流量为15000kg/h，并由20℃加热到80℃，温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi为520W/m2·℃，蒸汽对管壁的传热系数α0为1.16×104W/m2·℃，不锈钢管的导热系数λ＝17W/m·℃，忽略垢层热阻和热损失。试求：管程为单程时的列管长度（有效长度）（总传热系数：以管平均面积为基准，）解：传热量：Q＝qmcp(t2－t1)＝15000/3600×4187×(80－20)≈1.05×106W总传热系数：（以管平均面积为基准）解得：K＝434.19W/m2·℃对数平均温差：1101102080△t1=90△t2=30℃传热面积：；

3、列管长度：3、有一列管式换热器，装有φ25×2.5mm钢管320根，其管长为2m，要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K，管壁及两侧污垢热阻均忽略不计，而且不计热损失，已知空气在平均温度下的物性常数：λ=2.85×10-2W/m·K，μ=1.98×10-5N·s/m2，cp=1kJ/kg·K，Pr=0.7。试求：(1）空气在管内的对流传热系数；（2）求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于哪一侧的

4、流体温度。解：(1)空气在管内流速：0.6＜Pr=0.7＜160l/d=2/0.02=100＞50传热系数αi=85.68W/m2·K（2）总传热系数：解得：K＝68.08W/m2·K（3）传热量：实际所需传热面积：1081082085△t1＝88△t2＝23℃该换热器所能提供传热面积：∵＜∴该换热器能满足要求。（4）℃Ai=npdil=320×3.14×0.02×2＝40.19m2℃所以：壁温接近于蒸汽流体一侧（或者说接近α大的一侧流体温度）4、用110℃的饱和水蒸汽将流量为35m3/h的某稀溶液在双程列管换热器中从75℃加热至90℃。若每程有直径为φ25×2.5mm的管子30根，

5、且以管外表面积为基准的传热系数K=2800W/m2.℃，蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽略不计。试求：(1)换热器所需的管长；(2)当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为0.00008m2.℃/W，若维持溶液的原流量及进口温度不变，其出口温度为多少？又若必须保证溶液原出口温度，可采用什么措施？注：溶液的密度及比热与水近似：ρ＝1000kg/m3；cP=4.2kJ/kg·℃。解：（1）11011075903520（或℃）传热面积：A＝nπd（2L）L＝A/（2nπd）=8.16/（2×30π×0.025）＝1.7m（2）所以：℃11011075t235110－t2解得：t2≈88℃

6、措施：（1）提高加热蒸汽温度（调节蒸汽的压力）；（2）清除污垢。5、热空气在φ25×2.5mm的钢管外流过，对流给热系数为50W/m2.K，冷却水在管内流过，对流给热系数为1000W/m2.K，已知钢管的导热系数l=45W/m·K，水侧污垢热阻，热空气侧污垢热阻。试求：(1)传热系数；(2)若管内对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？(3)若管外对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？解：已知，(1)(2)若管内对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即解得：传热系数提高：(3)若管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即解得：传热系数提高：6、某厂只能用120℃饱和水蒸汽，通过φ25

7、×2.5mm、长3m的单管程列管式换热器，将列管内的17.2[m3/h]水溶液从20℃加热到75℃，冷凝水于饱和温度下排出。已知管侧水溶液，壳侧蒸汽，溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？水溶液密度，比热为。热损失及管壁、垢层热阻均可忽略。检修时发现该换热器有三根管子已坏，拟将坏管堵塞再继续使用，试问此方案是否可行（通过计算或推导说明）？解：（1）120120蒸汽2075水△t1＝100△t2＝45(2)，且（连续性方程）故不能完成换热任务7、有单程列