傳熱習(xí)題解答

1、第三章習(xí)題解答3-29平壁爐爐壁由兩種材料構(gòu)成。內(nèi)層為130mm厚的某種耐火材料，外層為 250mm厚的某種普通建筑材料。 此條件下測得爐內(nèi)壁溫度為 820 C,外壁溫度為115C。為減少熱損失，在普通建筑材料外面又包一層厚度為50mm的石棉，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.22W/m? C。包石棉后測得的各層溫度為：爐內(nèi)壁820C、耐火材料與普通建筑材料交界面為690 C,普通建筑材料與石棉交界面為415C,石棉層外側(cè)為80CO問包石棉層前后單位傳熱面積的熱損失分別為多少?解：加增石棉前后各界面處的溫度符號如本題附圖所示。加增石棉層之后加增石棉層之前tlt2t3t'1t'2耐火材料普通材l

2、i bi 12b2耐火材料普 通 材 料1 i bi 1 2b2t'3石棉1 3 b3t'4習(xí)題3-29附圖導(dǎo)熱過程達(dá)到定態(tài)時(shí)，加增石棉后熱損失等于通過石棉的導(dǎo)熱速率,1 3 t'3-t40.22 415 802q'= = =1474W/mb30.05由此可求耐火材料和普通材料的導(dǎo)熱系數(shù):= 1.34W/m Kq'b21474 0.25t'2-t'3 - 690 -415q'b11474 0.131 1 11= =1.47W/m Kt'1 -t'2820-690加增石棉前熱損失速率:t1T3bi /1 1b2/1

3、2820 -1150.13/1.47 0.25/1.34_ _2=2564W/m3-30如附圖所示，爐壁由絕熱醇 A和普通科B組成。已知絕熱科導(dǎo)熱系數(shù) ？A=0.25W/m?K ,其 厚度為210mm；普通科導(dǎo)熱系數(shù)?b =0.75W/m?K。當(dāng)絕熱磚放在里層時(shí)，各處溫度如下：t1未知，t2=210 C, t3=60 C , tb=15Co其中t1指內(nèi)壁溫度，tb指外界大氣溫度。外壁與大氣的對 流傳熱系數(shù)為？=10W/m，K。（1）求此時(shí)單位面積爐壁的熱損失和溫度t1； （2）如將兩種科的位置互換，假定互換前后 3、tb及？均保持不變，求此時(shí)的單位面積熱損失及t2和t3。解（1 ）q = =a

4、3 tb ）=10 父（60-15 ）=450 w/ m2At1 =t2 +qbA =210 + a21x450=588Cl A 0.25tl習(xí)題3-30附圖t2 ft 3 q 二bB /l Btb（2）利用互換前的數(shù)據(jù)將B的厚度求出:t2 -t3bB 二q/l B210-60450/0.75=0.25 m互換后,t1 -tbq':bB / l B bA / l A 1/ 匕588-150.25/0.75 0.21/0.25 1/102=450 W/ mt'2 =t1 -q'bB- =588 025 X450=438 Cl b0.75t'3 =t2 q&

5、=438-烏 父450=60 C2 l a0.253-31在外彳空為120mm的蒸汽管道外面包兩層不同材料的保溫層。包在里面的保溫層厚度為60mm,兩層保溫材料的體積相等。已知管內(nèi)蒸汽溫度為160 C ,對流傳熱系數(shù)為10000W/m2?K;保溫層外大氣溫度為 28C,保溫層外表面與大氣的自然對流傳熱系數(shù)為16W/m2?K。兩種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.06 W/m?K和0.25W/m?K。鋼管管壁熱阻忽略不計(jì)。求（1）導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料放在里層，該管道每米管長的熱損失為多少？此時(shí)兩保溫層表面處的溫度各是多少？ （2）導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料放在里層，該管道每米管長的熱損失為多少？此時(shí)兩保溫層表面

6、的溫度各是多少？解：門=60mm , r2=120mm。因兩層保溫材料體積相等，r32r22 -r12 =42父1202 -602 =158.7mm（1）導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在里層:2二儲-t0)11 r211r31ln ln 二 i1l 11l 22二 o3=63.45W/m2 3.14 (160-28)二 111201158.71lnln10000 0.06 0.0660 0.2512016 0.1587由Q =空紅土） =63.45W/m可得管壁溫度：1/ :ir1Q/l =1602二:出63.452 3.14 10000 0.06=159.98 C由Q=_229二可得內(nèi)保溫層外壁溫度:l

7、 11 2In ?iri I i ri, Q 11 I 213 =t 1 ln =16021|:-ir1l 1 r163.4511 120 c.+In尸43.3 C2 3.14 10000 0.06 0.0660由 Q _2 二(t1 t，)l - 11r21r31In In 二 ih 1 1 r11 22可得外保溫層外壁溫度:Q t4 =t1 一2 I ：-i r11 . r21 , r3 ，一 -； InIn =160 -r11 2 r 263.4511 , 1201 , 158.77 1n 1n =32.02 3.14 104 0 06 0.06600.25120(2)在以上計(jì)算中，將?

8、1和？2位置互換，可得導(dǎo)熱系數(shù)較大材料放在里層的計(jì)算結(jié)果:Q'1=105.9W/m ; t2=159.98 C, t3=113.21 C ； t4=34.7 C3-32水在一定流量下流過某套管換熱器的內(nèi)管，溫度可從20c升至80C,此時(shí)測得其對流傳熱系數(shù)為1000W/m 2?CO試求同樣體積流量的苯通過換熱器內(nèi)管時(shí)的對流傳熱系數(shù)為多少？已知兩種情況下流動皆為湍流，苯進(jìn)、出口的平均溫度為60 Co解： 由 幽普)=50C 查得 水物性：cp =4.174kJ/(kg K) ,1 =0.6473W/(m K),P=988.1kg/m3 , R =54.92 父10,Pa s。查得 60 c

9、 時(shí)，苯的物性：cp =1.851 kJ/(kg，K),1，=0.136W/(m K) , P'=836kg/m3, N'=0.4M10，Pa sCpZ 4.174 103 54.92 10Pr = 一 二10.6473= 3.5411 du：°.8 二二0.023d 0.4PrPrCp1.851 103 0.4 10=5.44410.136又 二廠也 T 回？4 =1 曲6父0.5492 Y8 3 T =0 28141 J： Pr 0.6473988.1 0.43.541:=0.2814 1000 =281.4W/(m 2 K)3-33用實(shí)驗(yàn)來研究污垢對傳熱的影響。

10、采用 ？28X1mmj銅管，水在管內(nèi)流動，水蒸汽在管外冷凝?？倐鳠嵯禂?shù)K 在很寬的流速范圍內(nèi)可用如下方程表示:對于清潔管： 1 =0.0002 -一1K500U0.8對于結(jié)垢的管： =0.0007 1K500u0.8其中ot=500u0.8為水與管壁間對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式，單位是W/(m2?K), u為水的流速，m/s。試求污垢熱阻和蒸汽冷凝傳熱系數(shù)。(換熱管壁很薄，可近似按平壁處理。且銅的導(dǎo)熱系數(shù)很大，管壁熱阻忽略不計(jì))解：銅管l值很大，所以管壁熱阻可忽略。又因?yàn)楣鼙诤鼙?，可近似按平壁?jì)算K值：11111 = =0.0002 K二 i： 2500u1由必=500u 可知 一=0.0002,得

11、 ot2 =5000W/(m 2，K)二2管子結(jié)垢后：1 R.2K 二1：21顯然 一 Rs2 =0.0007：212由于 一=0.0002所以 Rs2 =0.0005(m K)/W：23-34某套管式換熱器由？48X 3mm和？25X 2.5mm的鋼管制成。兩種流體分別在環(huán)隙和內(nèi)管中流動，分別測得對流傳熱系數(shù)為？1和？2。若兩流體流量保持不變并忽略出口溫度變化對物性的影響，且兩種流體的流動總保持湍流，試求將內(nèi)管改為？32X 2.5mm的管子后兩側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?。解：因?yàn)楣軆?nèi)及管外均為湍流，所以F乎8D 0.8% =0.023 1 力：2 2 Prn20tl =0.023L

12、 deul1 1 Pr1n1d2 < 2 J 21de < 1 J 1式中，d2 =0.02m , de =(48-2M3j-25=17mm=0.017m將內(nèi)管改為？32X2.5mm后，d'2 =0.027m ,貝Uu'2'd2 2/0.02 中-=i =0.549U22 J027)即管內(nèi)對流傳熱系數(shù)變?yōu)樵瓉淼?.583倍。d'e = 48 -2 3)32 =10mm = 0.01m,22環(huán)隙流速與環(huán)隙流通截面積成反比，即u!0422 -0.0252 =1.539Ui 0.042 -0.032包=四'業(yè)=回但=包口1.539“ =1.57CC

13、id'e （deUi ）（d'e ） U'即管外（環(huán)隙）對流傳熱系數(shù)變?yōu)樵瓉淼?.57倍3-35某套管換熱器由？57X3.5mm的內(nèi)管和？89X4.5mrmj外管構(gòu)成（土!為鋼制）？，甲醇以5000kg/h的流量在內(nèi)管流動，溫度由60c降至30 C,其與內(nèi)管管壁的對流傳熱系數(shù)為1500 W/m2?Co冷卻水在環(huán)隙流動，其進(jìn)、出口溫度分別為20c和35C。甲醇和冷卻水逆流流動，忽略熱損失和污垢熱阻。試求（1）冷卻水用量（kg/h）; （2）所需要套管長度。甲醇物性數(shù)據(jù)：Cp1=2.6kJ/kg?K;水的物性數(shù)據(jù)：Cp2=4.18kJ/kg?K; ?2=996.3kg/m

14、3； ?2=0.603W/m?K ; ?2=0.845 x 10-3Pa?s換熱管管材導(dǎo)熱系數(shù)？=45W/m?K。解：（1）冷卻水用量由熱量衡算式求得：qm2 =qm1cpi（T1 -T2）=5000 M（6O -30 12.6 =6220kg/hCp2 t2 t14.18 35 20（2）對數(shù)平均傳熱溫差 &m =必二” J60-35 H30-20） =16.4 CIn . t1 / .寸2 In 60-35 / 30 -20環(huán)隙當(dāng)量直徑：de =D -d =0.08 -0.057 =0.023m水在環(huán)隙內(nèi)流速:U0qm262202222 0.7 m/sI rD d/4 3600 9

15、96.3 3.14 0.08 -0.057 /4水的對流傳熱系數(shù):0.023 0.7 996.3 =18983工0.845 10Cp 口 4180 0.845 10 工0.603Pr =5.9% =0.023 (Re 0.8 Pr。4 =0.023 乂°03 M189830.8 父5.90.4 =3246W/m 2 K de0.023總傳熱系數(shù)： 1 =-d1 = -57 0.0035且=1.15 10m2 K/WK 11 I dm ：2 d23246 53.5451500 502K =869W/m2 K所需要傳熱面積 A 二二q"、Y =6220 4.18 103 35

16、一2° =7.6m2K % K ：tm3600 869 16.4 A 7 6所需套官長度 L = =:=42.5m二d13.14 0.0573-36 一列管換熱器由？25X 2.5mm的換熱管組成，總傳熱面積為3m205 82.3In 一。需要在此換熱器中用初溫為12c的水將某油品由205c冷卻至105 C,且水走管內(nèi)。已知水和油的質(zhì)量流量分別為1100 kg/h和1250kg/h ,比熱分別為 4.18kJ/kg? C和2.0kJ/kg? C ,對流傳熱系數(shù)分別為1800W/m2?C和260 W/m 2?C。兩流體逆流流動，忽略管壁和污垢熱阻。（1）計(jì)算說明該換熱器是否合用？ （

17、2）在夏季，當(dāng)水的初溫達(dá)到28c時(shí)，該換熱器是否仍然合用？（假設(shè)傳熱系數(shù)不變）。解：（1）該換熱器熱負(fù)荷：Q =qm1Cp1（T1 T2 ）=黑0乂2.0父10105 -28 A需要=-Q=3.21m2> A=3m2,所以夏季時(shí)該換熱器不合用。黑（205105）=6.94M104W冷卻水的出口溫度為:t2 =t1 -q m2 Cp26.94 10431100/3600 4.18 10=66.3 C=114.3 C205 -66.3 -105 -121n 205 -Ktm 220.2 98.13-37 一列管冷凝器，換熱管規(guī)格為？25X 2.5mm ,其有效長度為3.0m。水以0.65m/

18、s的流速在管內(nèi)流過，其溫度由20c升至40C。流量為4600kg/h、溫度為75c的飽和有機(jī)蒸汽在殼程 冷凝為同溫度的液體后排出，冷凝潛熱為310kJ/kgo已知蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為 820 W/ m2?c,水側(cè)污垢熱阻為0.0007m 2?K/Wo蒸汽側(cè)污垢熱阻和管壁熱阻忽略不計(jì)。試核算該換熱器中 換熱管的總根數(shù)及管程數(shù)。解：定性溫度下水的物性如下：cp2=4.17kJ/kg?K, ?2=995.7kg/m 3, ?2=0.618W/m?K , ?2=0.801 x 10-3Pa?s&3105 -12111dl 11 253 2 2=1 =-5 =4.54 10 m2 K/W ； K

19、=22Q2W/m2 KK ：1 二 2d2 260 1800 20QK 二tm46.94 10220.2 114.32= 2.76m <A=3m2,所以該換熱器合用4（2）夏季水的初溫達(dá)到6.94 10。28 C ,則 t'2 =28 +3 =82.3 C1100/ 3600 4.18 10t,m= 98.1 C205 -82.3 -105 -28冷凝放熱量 Q=qm1r =竺°0 310 103 =3.96 105W13600則冷卻水用量 qm2 二一Cp2 t 2 -t153.96 10=4.75kg/s_ 34.17 1040 -20每程的管數(shù)可由水的總流量和每管

20、中水的流速求出:niqm2- =4275=23.37 ,取為 ni=24根12 -0.785 0.020.65 995.7d u24每管程的傳熱面積為：Ai =ni二dol =24 3.14 0.025 3.0 =5.65m2Re 二du： 0.02 0.65 995.70.801 10，=16160 10000Pr 二CpJ4.17 103 0.801 10，0.618= 5.40二。023*." =0.023 0008 16160 0.8 540 0.4 =3246 w/m2?C-d1 RS2 d1 =d28201 2525+0.0007=2.48父10 ； K =403 W/

21、m2?C3246 2020；tm40 一2。=44.3 C 75-20ln75 -40一5Q3.96 102A = = =22.2 mK.tm403 44.3管程數(shù) N = =222 =3.93Ai5.65取管程數(shù)N=4總管數(shù)：n=N ni=96根3-38某套管換熱器由？25X2.5mm的內(nèi)管和？48 x 3mmj外管構(gòu)成，長2m。管間通入120c的飽和水蒸汽加熱管內(nèi)空氣，使空氣溫度由25c升至85C。已知空氣質(zhì)量流量為 48kg/h,換熱器外界環(huán)境溫度為20C。求（1 ）該換熱器空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù);（2 ）加熱蒸汽的用量?？諝獗葻崛p=1.0kJ/kg?Ko外管外壁與周圍環(huán)境的對流傳熱系

22、數(shù)可按下式計(jì)算:=9.4 0.052 tW -ta W/m 2?K其中：tw外管壁溫，C； ta周圍環(huán)境溫度。飽和蒸汽冷凝潛熱取為r=2232kJ/kg。（提示：蒸汽冷凝傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于管內(nèi)空氣強(qiáng)制對流和環(huán)境中空氣自然對流傳熱系數(shù)）解：（1）空氣的對流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)小于蒸汽冷凝之值，所以A=ndl =3.14X0.0252 =0.157m2 ; &m85 -25小=60.1 C,120-25 ln - 120 -85Q =qm2Cp2 t2 -t1 =4836001.0 103 85-25 =800W所以Gt空氣=K =A；：tm0.157 60.1800=84.8W/m2 Ktw =ts

23、=120 C（2）蒸汽冷凝傳熱系數(shù)遠(yuǎn)高于外管外壁與周圍大氣的對流傳熱系數(shù)，所以二.=9.4 - 0.052 120 -20)=14.6W/m 2 K通過外管外壁的熱損失速率：Q'=aA#(tW -ta )=14.6x3.14x0.048x2x(120 _20 )=440W帛"井、七士七日4Q:Q' 800 440貝 U烝汽耗重為：qm1 = = 3600 =2kg/hr 2232 1033-39 116C的飽和水蒸汽在一單管程列管式換熱器的殼程冷凝，一定流量的空氣在管程湍流流動，其溫度由20c升至80C。設(shè)總傳熱系數(shù)近似等于空氣對流傳熱系數(shù)。（1）操作中若空氣流量增加

24、20%,為保持空氣出口溫度不變，問加熱蒸汽溫度應(yīng)提高至多少度？ （2）若采用一雙管程的換熱器，其換熱管管徑和總管數(shù)與原換熱器相同，則為完成相同的換熱任務(wù)，所需要換熱管長度為原換熱器的多少倍？忽略氣體溫度變化對其物性的影響。上強(qiáng)二“空氣&'mK &m空氣占m解：（1）qm空氣=1.2qm空氣，且保持空氣出口溫度不變，所以 QX.2Q, u'=1.2uQ'一 二1.2 Qt-mvn=61.2 C80 -20116 -20 ln 116 -80&'m =1.2 0.2&m =63.5 =(-20)寸70)解此式得丁 =118.1T

25、9;-20 ln T'-80(2)原工況：&m=61.2C改為雙管程，完成相同的換熱任務(wù)，Q'= Q,?t 'm=?tm。而 U'二2U管程湍流:由A =Q可得：3=區(qū)=¥至£ =0.574 ,即所需換熱管長度為原來的0.574倍。K&mA K' a'空氣 20.83-40在某四管程的列管式換熱器中，采用120c的飽和水蒸汽加熱初溫為 20c的某種溶液。溶液走管程，流量為70000kg/h,在定性溫度下其物性為：粘度 3.0 x1-3Pas,比熱1.8kJ/kg K, 導(dǎo)熱系數(shù)0.16W/mK。溶液側(cè)污垢熱阻估

26、計(jì)為 6X104 m2：C/ W,蒸汽冷傳熱系數(shù)為 10000 W/m 2 C ,管壁熱阻忽略不計(jì)。換熱器的有關(guān)數(shù)據(jù)為：換熱管直徑*25><2.5mm,管數(shù)120,換熱管長6米。試求溶液的出口溫度。解：四管程，每一程的流通截面積:nr 2 120 3.1423 2Ai =_ _d2= 0.022 =9.42 10m24 444溶液在管內(nèi)流動的雷諾數(shù)：Re =處=則 =0.02 70000 = 13761-Ai3 10 9.42 10 3600普朗特準(zhǔn)數(shù):%1.8 103 3 10 多Pr =-=l0.16=33.75管程對流傳熱系數(shù):：2= 0.023l Re0.8 Pr04=。0

27、2端13761 0.8 33.75 0.4=1538W/m 2?K總傳熱系數(shù)工=二十工亙+Rs1dL空十6M10”竺=1.66父10工m2C/ WK ：.1：-2 d2d210000 1538 2020K =601.4 W/m 2?K總傳熱面積：A =nd0l =120 3.14 0.025 6 =56.5m2飽和蒸汽加熱，由式（3-22):lnT -t1T -t2KA601.4 56.5=0.971qm2cp270000 /3600 1.8 103即.=0.971解得：t2 =82.1 C3-41有一蒸汽冷凝器，蒸汽在其殼程中冷凝傳熱系數(shù)為10000W/m2?K,冷卻水在其管程中的對流傳熱系

28、數(shù)為1000W/m2?K。已測得冷卻水進(jìn)、出口溫度分別為 t1=30C、t2=35C?，F(xiàn)將冷卻水流量增加一倍，問蒸汽冷凝量將增加多少？已知蒸汽在飽和溫度100 c下冷凝，且水在管程中流動均達(dá)到湍流。（忽略污垢熱阻和管壁熱阻）解：由于汽化潛熱r為定值，所以 如 =Qqm1 Q原工況：Atm =ln 35 -30 =67.5 c100 -30 ln100 -35忽略壁阻、垢阻，近似按平壁計(jì)算：K = :'i：o =-一10- =909W/（m2 K）二 i 匕。11000r . r新工況：q'm2=2qm2,巴=20.8 =1.741 得：ctj =1741W/(m 2 K)。i

29、Rei二 io二 i . 二o_ 41741 10一 11741_ 2二 1483W/ (mK)由于水量加倍，t2應(yīng)降低，設(shè)新工況下為t2,則&m =70：（100 T2）= l30 、70:70ln r ln r400t2J00t2JK_包，式中:K :tmQ =2qm2cp2 t2-30Q =qm2Cp2 35 -30=Q4(t2 -30 )即K .寸m14830.4 t2 30 = K. 3tm909lnt2 -30?701X67.5J00t2 J解得 t2 =34.1Cq'm1 Q.一 =二0,4t2 -30 =0.4 34.1 30 =1.64qm1 Q蒸汽冷凝量增大

30、64%3-42用套管換熱器每小時(shí)冷凝甲苯蒸汽1000kg,冷凝溫度為110C,冷凝潛熱為363 kJ/kg,冷凝傳熱系數(shù)oti =10000 W/m 2?C。換熱器的內(nèi)管尺寸為457M3.5mm ,外管尺寸為 089M3.5mm ,有效長度為5m。冷卻水初溫為16C,以3000kg/h的流量進(jìn)入內(nèi)管，其比熱為 4.174kJ/kg?C,粘度為1.11cP,密度為995kg/m3。忽略管壁熱阻、污垢熱阻及熱損失。求:(1)冷卻水出口溫度；(2)管內(nèi)水的對流傳熱系數(shù)"2 ； (3)若將內(nèi)管改為(M7M3.5mm的鋼管，長度不變，冷卻水的流量及進(jìn)口溫度不變,問蒸汽冷凝量變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?解

31、：(1) Q =qm1r =1000x363 =3.63M105kJ/h=1.0083 105W由熱平衡方程式Q =qm2cp2«2 i) = qm1r可得t2 t1qmrqm2cp2“1000 363=16 +=45 C3000 4.174110 >110由16 >4594 -65。=78.6 C,94ln 65由Q=KA&m可得QA；tm51.0083 10二 0.057 5 78.62二 1433W/m 2?C由臺二 2 d2r 1可得一1433 1 104)50=5.2442 10“m2?K/W 572 2=1907 W/m ?C(3)原管:3000/36

32、00u 二二0.427m/s二2995 一 0.054Redu： 0.05 0.427 9951.11 10”=1.9儼104 >104 湍流現(xiàn)管：uq'm2 /U.二 d,2 qm24=& =隹=1.252 =1.5625 d' 40d'u'D 0.04 1.5625 0.427 9951.11 10：= 2.39x104 >104 ,湍流哈32 H2 T8 0( = 1907 « .5625 .包:2850W/m 2 Cd0.2u d,40111 d'111 474 c2一=一+ =5.12x104(m2?K/W)K&#

33、39;=1952W/m2 CK' ：1 : ,2 d21 104 2850 40由 Q' =K'A' . t'm=qm2Cp2(t,2 任1)得:(110-16) _(110-t,2 ) 3000“3 1952 < ： <0.047 5 - = 4.174 103 (t,2-16)ln 110-1636001101,21300031952：小；0.047 5 = 4.174 103ln 1101636001101,2ln=0,4141101,2缶"513TtL又由熱平衡：Q =qm2cp2（t,2,1）=q,m1 rqm2cp2（t

34、2 一t1） 3000 4,174 （47.9 16）q'm1 = = =1100kg/hr363皿=300=1.1,即冷凝量為原來的1.1倍。 qm1 10003-43 一單殼程雙管程列管式換熱器中，用130c的飽和水蒸汽將36000kg/h的乙醇水溶液從25c加熱到80 Co列管換熱器由90根*25M2.5mm ,長3m的鋼管管束組成，乙醇水溶液走管 程，飽和水蒸汽走殼程。已知鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/m- K,乙醇水溶液在定性溫度下的密度為880kg/m 3,粘度為1.2 x 10pas,比熱為4.02kJ/kg K, 導(dǎo)熱系數(shù)為0.42W/m K,水蒸汽的冷凝 傳熱系數(shù)為10000

35、W/m 2 K,忽略污垢熱阻及熱損失。試問：（1）此換熱器能否完成任務(wù)？（ 2）若乙醇水溶液流量增加 20%,而溶液進(jìn)口溫度、飽和水蒸汽壓力不變的條件下，仍用原換熱 器，乙醇水溶液的出口溫度變?yōu)槎嗌?？（乙醇水溶液的物性可視為不變）解：?） Q需要 =qm2cp2（t2 t1） =36000 /3600M4.02M103 M（80_25） =2.211 X106W（130 -25） -（130 -80）2&m =-）（） =74,1 C ,A=90M3.14M0.025M3=21.2m2130-25 ln 130 -80360000.02 0.80 88044 、山生u =0.80m/

36、s, Re =31.17 黑10 >10 湍流,3600 880 0.785 45 0.0221.2 10Pr/02弋；2"10111.49在0兀160之間,在盛"15八50所以可用下式:0.424 0.80 42 c。2 =0.0231.17 10411.49=2305W/m2?C0.021-1 b亙，義.，K ：-1 l dm ： 2 d2104250.0025+x22.5451254 2 =7.04 10,22305 20K/W所以K =1420 W/m2 K, Q=KAAtm =1420 M21.2 M74.13 =2.23X106 WQ >Q需要所以能

37、完成任務(wù)(2) Q'=1.2qm2cp2(t'2-t1) =K'A&'m(1)"2 =1.20.%2 =1.20.8 M2305 =2667 W/m 2 ：C10.0250.0025 0.0254=T +=6.30父10,1042667 0.0245 0.0225K' =186W/m 2 K；t,m(130-25) -(130 -t'2 ) _ t'2 -25,130 -25-, 130-25lnln130 -t2130 -t'2將 K外、均代回(1)式倚：1.2X36-0°X4.02103 x(t&#

38、39;2-25) =1586X21.2X-3600130-25In 130 -t'2得 In 130 -25 =0.7130 -25 =2.014t'2 =77.9 C130t'2130t'23-44兩臺完全相同的單管程列管式換熱器，用水蒸汽在殼程冷凝以加熱管程內(nèi)的空氣。若加熱蒸汽壓力相同，空氣進(jìn)、出口溫度t1和t2也分別相同，問（1）將兩臺換熱器串聯(lián)操作及并聯(lián)操作（見本題附圖），哪種方案生產(chǎn)能力大，相差多少倍？（并聯(lián)時(shí)空氣均勻分配于兩換熱器中）；（2）由以上求出的生產(chǎn)能力之比，計(jì)算兩方案由于流動阻力引起的總壓降比為多大（注：蒸汽冷凝傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣的對流傳熱

39、系數(shù)；不計(jì)換熱器進(jìn)、出口及聯(lián)接管線所引起的壓降；空氣在換熱管內(nèi)流動均按湍流考慮;直管摩擦阻力系數(shù)用柏拉修斯方程計(jì)算）（b）并聯(lián)方案（a）串聯(lián)方案習(xí)題3-43附圖（1）以下標(biāo)“俅示串聯(lián)，下標(biāo) “漆示并聯(lián)，qm1、qm2分別指串聯(lián)與并聯(lián)時(shí)空氣的質(zhì)量流量Qiq m1cp t 2 -t 1qm1Q2qm2cp t2 fqm2在Q=KA&m公式中，兩種情況下 A =A , Atm1 =&m2Q2由U1Q1Q2qm1qm2K1.：1胃K2、工 2（式中5,支2分別表示串聯(lián)與并聯(lián)時(shí)，管內(nèi)空氣側(cè)的Re2Qi ：i Re1 Sb=qm120.785d n：U20.8cQi I=2 I<Q2

40、 Ja值)(*)qm22 I.0.785d 2n：可得：上=2U2qm1qm2二2包'imJ代入（*）式= 2080.8Qi解得:1Qi QI0.2= 2 08=24=16,所以，從提高生產(chǎn)能力看，串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。,11 P 21 1U1d1 21222 丁 U2d2 2l 1 111752,0.31641 =0.25Re11 _ Re2 0.251 2 一 Re1-P142由（1）已知:曳=2U2qm1 =2 16 =321qm2衛(wèi)=2 321.75 =861 02結(jié)論：盡管從傳熱的角度看，串聯(lián)有利于提高生產(chǎn)能力,但輸送消耗的能量太大,所以在生產(chǎn)上若要提高生產(chǎn)能力，常采用并聯(lián)方案。25

41、 c及3-45在單管程逆流列管式換熱器中用水冷卻空氣。水和空氣的進(jìn)口溫度分別為48 c和42 C;使用一年后，由于115 C。在換熱器使用的初期，水和空氣的出口溫度分別為污垢熱阻的影響，在水的流量和入口溫度不變的情況下，其出口溫度降至40C。不計(jì)熱損失。求（1）空氣出口溫度變?yōu)槎嗌伲?（ 2）總傳熱系數(shù)變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?；?）若使水流量增大一倍，而空氣流量及兩流體入口溫度都保持不變，則兩流體的出口溫度變?yōu)槎嗌?？（提? 水的對流傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣）解：（1）qm1 cp1t2 1148 -25qm2cp2 T1 -T2115 -42t21= 0.315 =40 -25T1 -T2115 -T2

42、，解得：T2=67.4C(2)K'Q' . tmT1 -T'2 . tmQ ：t'mT1 -丁2；t'm '"m”一40 H67.4 25 )=57.16 ln 115 -40 / 67.4 -25115-48 - 42-25=3 =36.46 C ;ln 11548 / 42 25K' 115-67.4 36.46K 115-48 57.16=0.453(3)ln -21K'Aq mlcplq m1 cp11 qm2 cp2ln了:口T 2 -t1qm1cp1q m1 cp11 q"m2 cp2 jLJ所以,

43、T1 -t"2lnT"2 -t1,Ti -t'2ln T'2 -t1K" Aq ml Cp1K'A qm1 cp1q m2cp2 jK" 1 -0.5 0.315= 1.231q m1 cp1 iqm1c p1qm2 cp2 ,K' 1 -0.315（因水的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣，所以可近似認(rèn)為水的流量對總傳熱系數(shù)沒有影響，K"&K'）ln T1 -t"2 =1.23lnT1 ''2 =0.701T"2-t1T '2 -t1該式與熱平衡方程qm1"

44、 t"2 T =0.5X0.315 =0.158聯(lián)立求解：q"m2cp2Ti -T"2可得：V'2 =65.78 C; t"2 =32.78 C3-46在列管式換熱器中用飽和水蒸汽來預(yù)熱某股料液。料液走管內(nèi)，其入口溫度為295K,料液比熱為4.0kJ/kg.K,密度為1100kg/m3;飽和蒸汽在管外冷凝，其冷凝溫度395K。當(dāng)料液流量為1.76M10“m3/s,其出口溫度為375K;當(dāng)料液流量為3.25M10“m3/s時(shí)，其出口溫度為 370K。假定料液在管內(nèi)流動達(dá)到湍流，蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為3.4kW/m 2?K,且保持不變，忽略管壁熱阻和污垢

45、熱阻。試求該換熱器的傳熱面積。解：Q =KA&m =qm2cp22 f 一；Q'=K'A&m =q'm2 cp2(t'2-t1 )/K' q m2 t 2 -t1：tmK qm2 t2 -11 二t'mt1= 295K >t2= 375K-tm(395 -295) -(395 -375)=49.7 KT2= 395K Ti= 395K,395 -295 ln395 -375t1二295K - t'2二370Kt'm(395 -295) -(395 -370)= 54.1 KT2二395K - T1=395K3

46、95 295 ln395 -370代入式可求得兩種工況下總傳熱系數(shù)之比:K' q'm2 t,2 -t1 i tm3.25 370-295 49.7-=1.59Kqm2 t2 -11 . fm 1.76 375-295 54.11 ：2K 二：1 - ：2K,12«1 +a,2K'K 0(21 +0t2 )式仍有兩個(gè)未知數(shù)，即 g與&2,但它們之間有一定的關(guān)系:qV2 qv21325=1.63,即 a,2 =1.63ot2 1.76將式代入式消去 口,2可得:將：.i =3.4kW/m 2?K弋入式可得:K, 1.63： 2 ：£11 21 QI .59K : 2 KZ1 1.63:-2：2 =0.144 kW/m 2?K一 二1:20.144*3.4IX 二1 七20.1