化工原理传热计算题专题训练.doc

《化工原理传热计算题专题训练.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二部分计算题示例与分析3-77某流体通过内径为100mm圆管时的流传热系数为120W/(),流体流动的雷诺数,此时的对流传热系数关联式为。今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1：3的矩形扁管，而保持流速不变，试问对流传热系数有何变化？解：由对流传热系数的计算公式：（）Pr当物性不变时，求扁管的当量直径d：设a、b，分别为矩形截面的宽与长由题意2(a+b)=解之a=b=d==设分别为圆管与扁管的对流传热系数，则∴=1.11=1.11100=111W/(℃)对流传热系数由原来的１００Ｗ／（℃）增至现在的１１１Ｗ／（m℃）分析：由以上的计算可以看出，由于矩形扁管

2、的当量直径小于同周长圆的直径，其对流传热系数大于后者。因此用非圆形管道制成的换热器（如最近开发的螺旋扁管换热器），一般都具有高效的特点。３－８４某固体壁厚b=500mm,其导热系数℃)。已知壁的一侧流体温度Ｔ＝230C,其对流传热系数a=50W/(m.℃);另一侧流体温度t=30℃,对流传热系数m2℃).若忽略污垢热阻，试求：（1）热通量q;（2）距热壁面２５mm处的壁温t。解：方法一T先求热通量，然后以（Ｔ－t）为传热推动力，（）为对应热阻，求出。即将热流体与壁b面对流传热与厚壁面的导热综合考虑。（1）热通量q图3-33-84附图=℃)/Wq=(2)壁温q

3、==230-378(=213℃方法二用方法一求出热通量后，先由牛顿冷却定律求出热壁面的温度，然后再由傅立叶定律求出距热壁面处的，即分步计算法。（1）热通量（2）壁温由牛顿冷却定律得℃再由傅立叶定律得℃当然从冷流体算起还可以找到两种方法，即综合法和分步法。分析：此例想要强调的是，无论采取哪一种求解方法，都要十分注意传热推动力与热阻的对应关系。例如我们还可以找到第5种并不简捷的方法，即先从热流体着眼，求出冷壁面的温度，再从冷壁面求出距其处的壁温。则其传热推动力与热阻的对应关系应是：——、——。3-85一立式换热器规格如下：管长3m，管数30根，管径为φmm，管程

4、为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却饱和蒸气，使之从饱和温度46℃降至10℃，走管外，其流量W=0.07kg/s，其冷凝潜热为356kJ/kg，比热容为1.05kW/(kg℃)。水走管内，且与呈逆流流动。冷却水进出口温度为5℃和30℃。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为(℃)和(℃)。问此换热器是否合用？分析：判断一台换热器是否合用，一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法，本例采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，比较二者后即可以得出结论。本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积和冷

5、却段所需面积，而、的求得又须以、为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却段的温度t。解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：（1）求所需的传热面积①冷凝段与冷却段的传热量水CS2冷凝段K1②两段的平均温差总传热量：冷却水用量K2冷却段冷却水离开冷却段的温度水CS2℃冷凝段的平均温差℃℃℃冷却段的平均温差℃℃③所需传热面积冷凝段冷却段A>，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。3-86将流量为2200kg/h的空气在蒸汽预热器内从20℃加热到80℃。空气在管内作湍流流动，116℃的饱和蒸汽在

6、管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加20%，而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才能完成新的生产任务？请作出定量计算（要求：换热器的根数不作变化）。分析：由传热基本方程着眼考虑：空气流量增加20%而进出口温度不变，即Q增加20%。因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数,所以总传热系数K接近空气的对流传热系数。空气流量增加后，总传热系数增大，但其增大的幅度不能满足热负荷增大的要求，故可以改变的只有及A。解：，又管壁较薄可忽略其热阻在物性不变的前提下(a)由题意，n为常数（a）式代入：（b）（a）、（b）二式中、均为比例系数。设“1”，“2”分别代表

7、工况改变前后的情况，由（b）式：已知：1.2(b)比较（a）、（b）二式得将已知数据代入增加冷凝量为即蒸气冷凝量增加了64％。此例可以帮助我们加深对控制热阻的理解。由于原来的冷却水出口温度已经很低，冷却水流量加倍后，平均温差即传热推动力增加很少，这可由与的比较看出。但因蒸气冷凝给热系数远大于冷却水的对流传热系数，所以管内对流传热热阻就成为整个冷凝过程的控制热阻。冷却水流量加倍后，管内对流传热系数增大到原来的倍，控制热阻相应降低，导致总传热系数几乎以与管内对流传热系数相同的幅度增大，结果使冷凝液大量增加，由此可见，降低控制热阻，是增大传热速率的一个重要途径。3

8、-92某废热锅炉由25mm2。5mm的锅炉钢管组成。