化工原理傳熱練習(xí)題

1、傳熱概念：1、傳熱的三種基本方式2、如何測定及如何提高對流傳熱的總傳熱系數(shù)K 4、如何強化傳熱計算公式（1）熱量衡算（有相變、無相變）K的計算、平均溫度差、總傳熱速率方程、傳熱面積的計算（判別是否合用）（例48）（2）流體在圓形管內(nèi)作強制湍流流動時計算式（公式、條件），粘度對的影響。（3）實驗測K (例49)（4）換熱器操作型問題（求流體出口溫度，例410）二 實驗題（10）1利用過熱蒸汽進行傳熱實驗的過程中，若運行一段時間后，傳熱膜系數(shù)下降，可能的原因是什么？如何解決？2. 蒸汽冷凝傳熱時，為什么要排放不凝性氣體？內(nèi)管壁溫接近于哪一側(cè)流體的溫度？3. 為了提高換熱器的總傳熱系數(shù)K，應(yīng)提高空氣

2、側(cè)，還是水側(cè)的a和S？為什么？換熱器中冷熱流體的流動方向有幾種，當(dāng)選擇流向時應(yīng)如何考慮？4闡述液體沸騰曲線的基本形狀，一般沸騰應(yīng)處于什么狀態(tài)才能達到較好的換熱效果？ 1、（4分）換熱器中冷熱流體的流動方向有：逆流，并流，折流和錯流。 （1分）當(dāng)采用逆流時，在傳熱量和總換熱系數(shù)一定的情況下，換熱器的傳熱面積較小，另外，采用逆流還可以節(jié)省加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的用量。通常，換熱器盡可能采用逆流操作。 （1分）當(dāng)某些特殊工藝要求時，對流體的溫度有所限制，如冷流體被加熱時不能超過某一溫度，或熱流體被冷卻時不能低于某一溫度時，可采用并流。 （1分）采用折流或錯流時，主要是為了滿足換熱器的結(jié)構(gòu)要求，或提高總傳

3、熱系數(shù)。 （1分） 2、（6分）液體沸騰曲線主要包括自然對流、泡狀沸騰和膜狀沸騰。 （3分）一般沸騰應(yīng)處于泡狀沸騰狀態(tài)才能達到較好的效果，此時傳熱系數(shù)和熱通量都較大。（3分）5灰體的定義及特點6、設(shè)計一套實驗裝置要求既可以測量總傳熱系數(shù)，又可同時測量對流傳熱系數(shù)，標(biāo)注儀表、儀器名稱。并簡要說明試驗步驟，需要測量那些參數(shù)。？ 三 計算題 （60分）3 （20分）在一列管式換熱器內(nèi)用水冷卻苯。苯走管程，流量為1.5kg/s，由80oC 被冷卻至30oC。冷卻水在殼程內(nèi)呈湍流流動，且與苯逆流流動，其進口溫度為20oC，出口溫度為50oC。已估算出苯側(cè)和水側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為900W/(m2K)、1

4、700W/(m2K)；苯的平均比熱為1.9kJ/(kg.K)。若列管為252.5mm的鋼管，長3米，其導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m2K)，并忽略污垢熱阻及換熱器的熱損失，試求：（1）所需換熱器的列管數(shù)為多少？（2）若其它條件不變，冷卻水的流量變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑩Q熱器的列管數(shù)又為多少？2. 解： (3分) 其中，=1.51.9103（80-30）=142.5（kW） (2分) =490.5W/(m2K) (3分) =18.2() (3分) 故 （根） (2分)（2）若其它條件不變，冷卻水的流量變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則 W/(m2K) (2分)同理可得，=559.1 W/(m2.K) (3分) 則 （根） (2

5、分)2、（20分）用一傳熱面積為3m2（以外表面積為準(zhǔn)），由F252.5mm管子組成的單程列管式換熱器，用初溫為10的水將機油由200冷卻至100，水走管內(nèi)，油走管間。已知水和機油的質(zhì)量流量分別為1000kg/h和1200kg/h，其比熱容分別為4.18kJ/(kgK)和2.0kJ/(kgK)，水側(cè)和油側(cè)的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為2000W/(m2K)和250W/(m2K)，兩側(cè)可視為呈逆流流動，如不計算管壁及污垢熱阻：（1） 試計算說明該換熱器是否合用？（2） 夏天，水的初溫達到30時，該換熱器是否合用？（假設(shè)K不改變），如不合用，如何解決？ 四。計算題：.（20分）解： （1） W （3分）

6、 200 100 67.4 10 132.6 90 （3分） A= 2.77 m2 題給3 m2 , 合用. （3分） (2) 水初溫30 200 100 87.4 30 （4） 112.6 70 （3分） A=3.37 m2 3 m2 不合用. 可增加換熱面積,兩臺串聯(lián)使用. （4分）4. （15分）某車間有一臺運轉(zhuǎn)中的單程列管換熱器，熱空氣走管程，由120C降至80C，其對流傳熱系數(shù)a1=50 W/m2C。殼程的水被加熱，水進口溫度為15C，出口升至90C，其對流傳熱系數(shù)a2= 2000W/m2C。管壁熱阻、壁厚及污垢熱阻可不計，換熱器系逆流操作，水的流量為2700kg/h，平均比熱為4.

7、18kJ/kgK，試計算換熱器的傳熱面積。解：（1） （10分）六（20分）逆流換熱器中，用初溫為20的水將1.25Kg/s的液體（比熱為1.9KJ/(Kg),密度為850 Kg/ m3），由80冷卻到30，換熱器列管直徑為252.5 mm，水走管內(nèi)。水側(cè)和液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為0.85和1.70 kw/(m2)，污垢熱阻可忽略。若水的出口溫度不能高于50，求換熱器的傳熱面積；換熱器使用一段時間后，管壁兩側(cè)均有污垢生成，水側(cè)污垢熱阻Rsi=0.00026 m2/w，油側(cè)污垢熱阻Rs0=0.000176 m2/w，求此時基于管外表面的總傳熱系數(shù)K0。產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)注：管壁導(dǎo)熱系數(shù)

8、為=45 w/(m) （3分） （3分） （3分） （3分）2 （5分）3 產(chǎn)生污垢后熱阻增加百分?jǐn)?shù)為： （3分）（20分）現(xiàn)有一列管式換熱器，內(nèi)有252.5 mm鋼管300根，管的有效長度為2m，要求將8000Kg/h空氣于管程內(nèi)由20加熱到85，采用108的飽和蒸汽于殼程冷凝加熱，冷凝熱在飽和溫度下排出，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)1104 w/(m2)，空氣對流傳熱系數(shù)為90 w/(m2)，管壁及兩側(cè)污垢熱阻可忽略，不計熱損失，空氣在平均溫度下比熱為1KJ/(Kg)。 1 求基于管外表面的總傳熱系數(shù)K0 2. 核算該換熱器是否滿足要求。2 用一段時間后管內(nèi)產(chǎn)生了污垢，使空氣出口溫度變?yōu)?0，求此時管

9、內(nèi)污垢熱阻。1 （3分）2 （3分） （3分） （2分） 所以，該換熱器合用。（2分） 3 （2分） （2分） （1分） （2分） 3 （20分）在一列管式換熱器內(nèi)用水冷卻苯。苯走管程，流量為1.25kg/s，由80oC 被冷卻至30oC。冷卻水在殼程內(nèi)呈湍流流動，且與苯逆流流動，其進口溫度為20oC，出口溫度為50oC。已估算出苯側(cè)和水側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為850W/(m2K)、1700W/(m2K)；苯的平均比熱為1.9kJ/(kg.K)。若列管為252.5mm的鋼管，長3米，其導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m2K)，并忽略污垢熱阻及換熱器的熱損失，試求：（1）傳熱速率為多少？（3）總傳熱系數(shù)K為多

10、少？（2）所需換熱器的列管數(shù)為多少？3解： 其中，=1.5*1.9*103*（80-30）=142.5（kW） =490.5W/(m2.K) =18.2() 故 （根）五、（20分）有一逆流套管換熱器，由573.5mm與894.5mm鋼管組成。甲醇在管內(nèi)流動，流量為5000kg/h，由60冷卻到30，甲醇側(cè)的對流傳熱系數(shù)為1512W/m2，冷卻水在環(huán)隙流過，入口溫度20，出口溫度35，忽略熱損失、管壁及污垢熱阻，且已知甲醇平均比熱為2.6kJ/kg，定性溫度下水的黏度為0.84cp，導(dǎo)熱系數(shù)為0.61W/m2，比熱為4.174kJ/kg，密度為1000Kg/m3,冷卻水在環(huán)隙中流動的對流傳熱系

11、數(shù)可由下式計算：，求：1 冷卻水用量。2 總傳熱系數(shù)K。3 所需套管長度。五、（20分）1 冷熱流體均無相變，且無熱損失，所以： （3分） （2分）2環(huán)隙當(dāng)量直徑： （2分） （2分）則 （2分） （3分）360 30 35 2025 10 （3分） （3分）六、(20分) 在一臺新套管換熱器中，冷卻水在252.5mm的內(nèi)管中流動，以冷凝環(huán)隙間的某飽和蒸汽。當(dāng)冷卻水的流速為0.4m/s和0.8m/s時，測得基于內(nèi)管外表面的總傳熱系數(shù)分別為1200W/m2K和1700W/m2K。水在管內(nèi)為湍流，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45w/mK。水流速改變后可認(rèn)為環(huán)隙間冷凝的傳熱膜系數(shù)不變，試求：（1）當(dāng)水的流速為0

12、.4m/s時，管壁對水的對流傳熱系數(shù)為多少？（2）管外蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù)為多少？（3）若操作一段時間后，水流速仍維持0.4m/s，但測得的總傳熱系數(shù)比操作初期下降10%，試分析可能的原因，并論述此時蒸汽的冷凝量是否也下降10%。六、（20分）解：對于新?lián)Q熱器，可忽略污垢熱阻，有其中冷卻水流速為時 （1）（5分）流速為時 （2）（5分）（1）求水的流速為0.4m/s時，管壁對水的對流傳熱系數(shù)式(1)-式(2) ，得 （3分）（2）求管外蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù)將（1）的計算結(jié)果帶入式(1)中，得 （3分）（3）操作一段時間后，水流速仍維持0.4m/s，但測得的總傳熱系數(shù)比操作初期下降10%，其

13、原因可能是污垢熱阻造成的。根據(jù)時，Q也必定減小，而也會減小，從而也隨之減小，所以，即，蒸汽的冷凝量下降超過10%。 （4分）三、（20分，08考研）有一單程管殼式換熱器，內(nèi)裝有252.5mm的鋼管300根，管長為2m。要求將流量為8000kg/h的常壓空氣于管程由20加熱到85，殼方選用108的飽和蒸汽冷凝。若蒸汽側(cè)冷凝的對流傳熱系數(shù)為1104W/(m2.)，忽略管壁及兩側(cè)污垢熱阻和熱損失。空氣在平均溫度下的物性常數(shù)為cp=1kJ/(kg.)，2.85102W/(m.)，1.9810-5Pa.s。 試求：（1）空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)；（2）換熱器的總傳熱系數(shù)（以管子外表面為基準(zhǔn)）；（3）通過

14、計算說明該換熱器能否滿足要求；（4）計算說明管壁溫度接近哪一側(cè)的流體溫度。三、（20分，05考研）在套管換熱器中用120的飽和蒸汽于環(huán)隙間冷凝以加熱管內(nèi)湍流的苯。苯的流量為4000kg/h，比熱容為1.9kJ/(kg)，溫度從30升至60。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為1104W/(m2),換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻為410-4m2/W，忽略管壁熱阻、換熱管外側(cè)污垢熱阻及熱損失。換熱管為542mm的鋼管，有效長度為12m。試求：（1）飽和蒸汽流量（其冷凝潛熱為2204kJ/kg）；（2）管內(nèi)苯的對流傳熱系數(shù)i；（3）當(dāng)苯的流量增加50%、但其他條件維持不變時，苯的出口溫度為若干？三、（20分，06考研）一列管式換

15、熱器，管徑為25mm2.5mm，傳熱面積為10m2（按管外徑計）。今擬用于使80的飽和苯蒸氣冷凝、冷卻到50。苯走管外，流量為1.25kg/s；冷卻水走管內(nèi)與苯逆流，流量為6kg/s，進口溫度為10?，F(xiàn)已估算出苯冷凝、冷卻時的對流傳熱系數(shù)分別為1600W/(m2K)和850 W/(m2K)；水的對流傳熱系數(shù)為2500W/(m2K)。忽略管壁兩側(cè)污垢熱阻和管壁熱阻。已知水和苯（液體）的比熱容分別為4.18103J/(kgK)和1.76103J/(kgK)，苯蒸氣在80的冷凝潛熱為395103J/kg。問此換熱器是否合用？三、（20分，07考研）有一套管換熱器，某流體走殼程，水走管程，逆流換熱。工

16、藝上要求將流量為870kg/h的此流體從120冷卻至70，其比熱容為3.36 kJ/(kg)，它對管壁的對流傳熱系數(shù)為2326W/(m2)，并可視為不變。已知內(nèi)管為573.5mm的鋼管，水的進口溫度為20。此換熱器剛投入使用時很清潔，當(dāng)流體出口溫度為70時，測得水出口溫度為50，管壁對水的對流傳熱系數(shù)為873 W/(m2) ，水的比熱容為4.174 kJ/(kg)，水的密度為994 kg/m3。由于冷卻水的水質(zhì)問題，管內(nèi)壁結(jié)垢，使用一年后致使水的出口溫度降為45。管壁熱阻及外壁污垢熱阻可忽略不計，且管內(nèi)外對流傳熱系數(shù)可視為不變。試求：（1）新工況（結(jié)垢后）時的熱流體出口溫度；（2）該換熱器面積；（3）新工況時的內(nèi)壁污垢熱阻系數(shù)。解：（1）（8分）從已知條件看，不能從冷熱流體的熱量衡算中求出t2，可考慮聯(lián)合熱量衡算方程和傳熱速率方程來求取t2。聯(lián)立冷流體的熱量衡算方程和傳熱速率方程： （2分）因所以將T=110，t1=25及上述條件代入得：解出：t2=52.28。 （2分）（2）（6分）忽略管壁熱阻，所以管壁內(nèi)外溫度可認(rèn)為相同。整個傳熱過程為管壁內(nèi)外側(cè)對流傳熱的串聯(lián)：（2分）其中的t為水的平均溫度t=(t1+t2)/2=(25+52.28)/2=38.