化工原理傳熱復(fù)習(xí)

1、化工原理化工原理作業(yè)題24、單程列管換熱器，內(nèi)有37根25mm2.5mm、長3m的換熱管。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS2飽和蒸汽，自飽和溫度46 oC冷卻到10 oC ，CS2在殼程冷凝，其流量為300kg/h, 冷凝潛熱為351.6kJ/kg。冷卻水在管程流動(dòng)，進(jìn)口溫度為5 oC ，出口溫度為32 oC ，與CS2冷凝液逆流流動(dòng)。已知CS2冷凝段和冷卻段的總傳熱系數(shù)分別為K1=291,K2=174。問此換熱器是否適用？（傳熱面積A及總傳熱系數(shù)均以外表面積計(jì)）化工原理化工原理2525 . mml 3mn 3721m71. 8373025. 014. 3nldA實(shí)QQQ12kJ/kg6 .35

2、1r4610228cp10963.kJ /(kg K)解：已知列管尺寸題中所給的兩個(gè)K值均以外表面積為基準(zhǔn)?，F(xiàn)有傳熱面積總傳熱量(式中Q1為冷凝段熱負(fù)荷，Q2為冷卻段熱負(fù)荷)查得時(shí)Qm rm cps1s1kW146102932893219.為求A1、A2就應(yīng)求出兩段交界處冷卻水溫度 m cQps22325 tQm cp32322934187028574512s2.化工原理化工原理tm13855 143855142424.ln.4646327.451438.5546107.45538.555tm238555385551643.ln.233m222m11121m17. 501. 116. 443.

3、161741089. 224.24291103 .29tKQtKQAAA需需需 AA實(shí)需 此換熱器可滿足生產(chǎn)要求。傳熱面積富裕 化工原理化工原理26、在一單殼程、雙管程列管換熱器。殼程為120oC的飽和水蒸氣冷凝。常壓空氣以12m/s的流速在管程流過。列管為38*2.5mm 的鋼管，總管數(shù)為200根。已知空氣進(jìn)口溫度為26，要求被加熱到86，蒸汽側(cè)對流傳熱系數(shù)為為10000 W/(m2K) ，壁阻和污垢熱阻可忽略不計(jì)。試求：（1）換熱器列管每根長為多少米？（2)由于此換熱器損壞，重新設(shè)計(jì)一臺新?lián)Q熱器，其列管尺寸改為54*2mm，總管數(shù)減少20%，但每根管長維持原值。用此換熱器加熱上述空氣，求空

4、氣的出口溫度 化工原理化工原理傳熱復(fù)習(xí)傳熱復(fù)習(xí)本章學(xué)習(xí)目的掌握傳熱的基本原理、傳熱的規(guī)律，并運(yùn)用這些原理和規(guī)律去分析和計(jì)算傳熱過程的有關(guān)問題：換熱器的設(shè)計(jì)和選型換熱器的操作調(diào)節(jié)和優(yōu)化強(qiáng)化傳熱或削弱傳熱（保溫）化工原理化工原理(1)本章重點(diǎn)掌握的內(nèi)容傅里葉定律；單層、多層平壁熱傳導(dǎo)速率方程，單層、多層圓筒壁熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用牛頓冷卻定律；平均溫度差；對流傳熱系數(shù)的影響因素及量綱分析法換熱器的能量恒算，總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計(jì)算，（2）本章應(yīng)掌握的內(nèi)容傳熱的基本方式換熱器的結(jié)構(gòu)形式和強(qiáng)化途徑對流傳熱系數(shù)的影響因素及量綱分析法化工原理化工原理（3）本章一般了解的內(nèi)容對流-輻射聯(lián)合傳熱一般傳

5、熱設(shè)計(jì)的規(guī)范、相關(guān)計(jì)算和設(shè)備選型要考慮的問題（4）本章學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題邊界層概念量綱分析法輻射傳熱的基本概念和定律，影響輻射傳熱速率的因素化工原理化工原理1、三種傳熱方式比較傳熱方式傳熱方式熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)對流傳熱對流傳熱輻射傳熱輻射傳熱定律名稱定律名稱傅里葉定律牛頓冷卻定律輻射定律定律表達(dá)定律表達(dá)式式組合結(jié)果組合結(jié)果兩流體通過間壁傳熱高（低）溫設(shè)備散熱（冷）ntdAdQ)(wTTdAdQ400)100(TCE 化工原理化工原理導(dǎo)熱概念： 導(dǎo)熱系數(shù)（單位、固液氣的相對大?。對的影響公式：1、傅里葉定律2、一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱ntAQq dd-=/-=/1212mt t推動(dòng)力平壁 Q qAbA熱阻t

6、t圓筒壁 QbA12-=/-=/iiit tbA12imi總推動(dòng)力Q總熱阻t t總推動(dòng)力QbA總熱阻=2mmAr L2121-=ln/mr rrr r化工原理化工原理對流概念： 熱邊界層、各種對流傳熱情況下的影響因素、數(shù)量級、幾個(gè)準(zhǔn)數(shù):Nu、Pr公式：1、牛頓冷卻定律2、管內(nèi)湍流時(shí)：w=(t -t)QA0.8=0.023RePrnNu0.80.2ud被加熱n=0.4被冷卻n=0.3適用條件化工原理化工原理輻射概念：黑體、灰體、吸收率、黑度、角系數(shù)公式：4400T=5.669()100ET0=EE=A44121-21-2=-100100TTQCA-斯蒂芬-波爾茲曼定律-克希霍夫定律化工原理化工原

7、理傳熱過程計(jì)算=mQ K t A111121222d111=+dssmbddRRKdd1112=(T -T )mpQ q C2221=(t -t )mpQ q C=mQ q r2121-=ln/mttttt換熱器傳熱的三個(gè)環(huán)節(jié)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)、熱補(bǔ)償方法流程選擇原則、強(qiáng)化傳熱措施圓筒壁錯(cuò)、并流、及相變的情況操作型和設(shè)計(jì)型計(jì)算類型化工原理化工原理對流傳熱系數(shù)的影響因素例： 水在一定流量下通過某列管換熱器的管程，利用殼程水蒸汽冷凝可以將水的溫度從25升至75，現(xiàn)場測得此時(shí)水在管程的對流傳熱系數(shù)為1100W/(m2K),且已知水在管內(nèi)的流動(dòng)已達(dá)到湍流。試求(1)與水質(zhì)量相同的空氣通過此換熱器時(shí)的對

8、流傳熱系數(shù)是多少？已知該股空氣的定性溫度為140。（2）若與水質(zhì)量流量相同的苯以同樣的初始溫度通過此換熱器管程，問此時(shí)苯通過管程的對流傳熱系數(shù)是多少？已知苯的定性溫度為60。（3）在水質(zhì)量流量一定的情況下，現(xiàn)擬采用一個(gè)傳熱面積與原換熱器相同的新?lián)Q熱器，新?lián)Q熱器中換熱管長度與原換熱器相同，但其內(nèi)徑只有原換熱管的1/2。試問水在該換熱器管程的對流傳熱系數(shù)是多少？假設(shè)水的定性溫度不變。（4）若水在原換熱器管程中流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)為10000，現(xiàn)欲提高水的出口溫度，擬采用一換熱面積為原換熱器5倍的列管換熱器，該換熱器換熱管的長度和內(nèi)、外徑均與原換熱器相同（長徑比達(dá)200），問采用該換熱器能將水的出口溫度提

9、高嗎？化工原理化工原理解：（1）查水和空氣在各自定性溫度下的物性參數(shù)：，Cp，同樣質(zhì)量流量下空氣在換熱管內(nèi)的雷諾數(shù)大于水的值，其流動(dòng)也未湍流，則0.80.40.80.40.60.20.40.0230.023ppuccdudd空氣與水的對流傳熱系數(shù)之比為0.40.40.611110.345ppcc則空氣的對流傳熱系數(shù)為380W/(m2K)(2) 同理，可以計(jì)算出苯的對流傳熱系數(shù)為368.5W/(m2K)化工原理化工原理（3）兩換熱器中換熱面積相同，即ndl=n dl ,由此可得兩換熱器換熱管根數(shù)之比2ndnd222undun d0.80.22udud=2200 W/(m2K)（3）換熱面積為原來

10、5倍，換熱管尺寸不變，換熱管根數(shù)應(yīng)為原來5倍，流通截面積為原來5倍，流速只有原來的1/5，雷諾數(shù)也只有原來1/5為2000，層流，此時(shí)傳熱系數(shù)計(jì)算公式發(fā)生了變化，計(jì)算結(jié)果為傳熱系數(shù)只有原來的1/10。 傳熱面積增加5倍，傳熱系數(shù)（該換熱器取決于管程）減小為1/10，新?lián)Q熱器不僅不能使水的出口溫度提高，反而會使其降低?；ぴ砘ぴ?25mm2.5mm的鋼管，外包有熱導(dǎo)率為的鋼管，外包有熱導(dǎo)率為0.4W/(m.k)的保溫的保溫材料，以減少熱損失。已知鋼管外壁溫度材料，以減少熱損失。已知鋼管外壁溫度t1=320 , ,環(huán)境溫度環(huán)境溫度t0=20 。求保溫層厚度分別為。求保溫層厚度分別為10mm1

11、0mm、20mm20mm、27.5mm27.5mm、40mm40mm、50mm50mm、60mm60mm、70mm70mm時(shí)，每米管長的熱損失及保溫層外表面溫度時(shí)，每米管長的熱損失及保溫層外表面溫度t2。保溫層外表面與環(huán)境的對流傳熱系數(shù)為。保溫層外表面與環(huán)境的對流傳熱系數(shù)為100W/(m2.k)，保，保溫層與鋼管接觸良好。溫層與鋼管接觸良好。通過圓筒壁的熱傳導(dǎo)速率：1221/ln2rrttlQ保溫層外表面與環(huán)境的自然對流傳熱速率0220222ttlrttAQ熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)化工原理化工原理 當(dāng)熱損失達(dá)到定態(tài)時(shí)，每米管長的熱損失為當(dāng)熱損失達(dá)到定態(tài)時(shí)，每米管長的熱損失為21201202122121ln

12、2121ln21rrrttrttrrttlQ保溫層厚102027.540506070半徑22.532.54052.562.572.582.5熱阻0.9410.870.8610.8740.8950.9190.944熱損失318.8344.8348.4343.2335.2326.4317.8外表面溫度2453.188.7158.6123.9105.391.681.2化工原理化工原理 保溫層的熱傳導(dǎo)保溫層的熱傳導(dǎo)+保溫層外表面的自然對流保溫層外表面的自然對流導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻12ln21rr自然對流熱阻自然對流熱阻221r保溫層厚度 r2保溫層并不總是越厚越好，當(dāng)其半徑在小于臨界值的范保溫層并不總是越

13、厚越好，當(dāng)其半徑在小于臨界值的范圍內(nèi)變化時(shí)，保溫層越厚保溫效果越差。圍內(nèi)變化時(shí)，保溫層越厚保溫效果越差。011212222rrdrRdmmrc40化工原理化工原理1.在通過三層平壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)過程中，各層平壁厚度相同，接觸良好。若第一層兩側(cè)溫度分別為150和100，第三層外表面溫度為50，則這三層平壁的熱導(dǎo)率1、2、3之間的關(guān)系為（ ）。2.一包有石棉泥保溫層的蒸汽管道，當(dāng)石棉泥受潮后，其保溫效果應(yīng)（ ），原因是（）。3. 由多層等厚平壁構(gòu)成的保溫層中，如果某層材料的熱導(dǎo)率越大，則該層的熱阻就越（ ），其兩側(cè)的溫差就越（ ）?；ぴ砘ぴ?04. 在厚度一定的圓筒壁定態(tài)熱傳導(dǎo)過程中，由內(nèi)向

14、外通過各等溫面的傳熱速率Q將（ ），由內(nèi)向外通過各等溫面的熱通量q將（ ）。5. 蒸汽冷凝現(xiàn)象有（ ）冷凝和（）冷凝之分；工業(yè)冷凝器都是按（ ）冷凝來設(shè)計(jì)的；大容積沸騰現(xiàn)象有（ ）沸騰和（ ）沸騰之分，工業(yè)上沸騰傳熱裝置一般是按（ ）沸騰來設(shè)計(jì)的。6. 在對流傳熱系數(shù)的無量綱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式中， （ ）代表了流動(dòng)類型和湍動(dòng)程度對對流傳熱的影響；（ ）代表了流體的物性對對流傳熱的影響；（ ）代表了自然對流對對流傳熱的影響?；ぴ砘ぴ?17. 在開發(fā)和使用傳熱系數(shù)的時(shí)，需要確定的特征物理量是（ ）、（ ）和（ ）。8. 水在管內(nèi)做湍流流動(dòng)，若使流速提高至原來的2倍，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的（

15、）倍；若管徑改為原來的1/2，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的（ ）。9. 在無相變強(qiáng)制傳熱過程中，熱阻主要集中在（ ）；在蒸汽冷凝傳熱過程中，熱阻主要集中在（ ）。10. 飽和蒸汽冷凝時(shí)，壁溫與飽和蒸汽的溫差越大，則冷凝傳熱系數(shù)越( );液體核狀沸騰時(shí)，壁溫與飽和液體的溫差越大，則沸騰傳熱系數(shù)越（ ）?；ぴ砘ぴ?211. 計(jì)算冷凝傳熱系數(shù)時(shí)，關(guān)聯(lián)式中的t是指( )；蒸汽冷凝相變焓按（ ）溫度取，其余物性按（ ）溫度取。12. 通常，蒸汽在水平管外的冷凝傳熱系數(shù)（ ）垂直管外的冷凝傳熱系數(shù)，其原因是（ ）；蒸汽冷凝于水平管束時(shí)的傳熱系數(shù)（ ）冷凝于單根水平管式，其原因是（ ）。13. 工業(yè)上

16、為提供冷凝器冷凝傳熱效果，在操作時(shí)需要及時(shí)排放冷凝器內(nèi)積存的（ ）和（ ）。14. 克?；舴蚨傻奈锢砗x可以從兩方面理解：一是灰體的（ ）與（ ）之比等于（ ）；二是灰體的（ ）與（ ）在數(shù)值上相等?；ぴ砘ぴ?315. 兩灰體表面間的輻射傳熱速率與（ ）、（ ）、（ ）、（ ）有關(guān)。16. 在高溫物體附近設(shè)置隔熱板是消弱（ ）散熱的有效方法。擋板材的（ ）越低，散熱量越小。17. 通過一換熱器，用飽和水蒸汽加熱水，可使水的溫度有20升高到80，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)水的出口溫度降低了，經(jīng)檢查水的入口溫度和流量均無變化，則引起出口水溫下降的原因可能有：（ ），（ ），（ ），（ ）。化工原理化工原理2

17、418. 比較下列不同情況下列管式換熱器平均傳熱推動(dòng)力的大小a: 逆流與并流：兩流體均發(fā)生溫度變化，兩種流型下兩流體進(jìn)口溫度相同，出口溫度也相同，則tm并 （ ）tm逆b：逆流與并流：一次流體恒溫，另一側(cè)流體溫度發(fā)生變化，兩種流型下兩流體進(jìn)口溫度相同，出口溫度也相同，則tm并 （ ）tm逆；c：逆流與1-2折流：兩流體均發(fā)生溫度變化，兩種流型下兩流體進(jìn)口溫度相同，出口溫度也相同，則tm1-2折 （ ）tm逆；d：逆流與1-2折流：一次流體恒溫，另一側(cè)流體溫度發(fā)生變化，兩種流型下兩流體進(jìn)口溫度相同，出口溫度也相同，則tm1-2折 （ ）tm逆化工原理化工原理2519、利用水在逆流操作的套管式換熱

18、器中冷卻某物料，要求熱流體的進(jìn)、出口溫度保持一定?，F(xiàn)由于冷卻水進(jìn)口溫度升高，為了保證完成任務(wù)，采用提高冷卻水流量的辦法，則與原來相比，其結(jié)果是：換熱器的傳熱速率（ ）、總傳熱系數(shù)（ ）、對數(shù)平均溫差（ ）。20、將列管式換熱器由單管程改為多管程是為了（ ），但這可能使（ ）減小，并且（ ）也將增大。通常是在列管式換熱器的（ ）內(nèi)設(shè)置（ ）來實(shí)現(xiàn)多管程。21、 工業(yè)上使用列管式換熱器時(shí)，需要根據(jù)流體的性質(zhì)和狀態(tài)確定其是走管程還是殼程，一般來說，蒸汽走（ ）；易結(jié)垢的流體走（ ）；有腐蝕性的流體走（ ）；高壓流體走（ ）；粘度大流量小的流體走（ ）?；ぴ砘ぴ?622、列管式換熱器中，用飽和水蒸汽加熱空氣，則換熱管管壁溫