化工原理答案傳熱

1、熱傳導(dǎo)【4-1】有一加熱器,為了減少熱損失,在加熱器的平壁外外表,包一層熱料.已平壁外示.試導(dǎo)率為 0.16W/(m )、厚度為300mm的絕熱材測得絕熱層外外表溫度為30C,另測得距加熱器外表250mmM的溫度為75C,如習(xí)題4-1附圖所 求加熱器平壁外外表溫度.解t2 75 C, t3 30Cti 7575 300 250 05.0 160 16.計(jì)算加熱器平壁外外表溫度ti ,0.16W/(m C)45 t10.25 75 300C0.05【4-2】有一冷藏室,其保冷壁是由30mm厚的軟木做成的.軟木的熱導(dǎo)率入=0.043 W/(m C).假設(shè)外外表溫度為28C,內(nèi)外表溫度為3C,試計(jì)算

2、單位外表積的冷量損失.解 t 3C,t2 28C,=0.043W4m C), b 0.03m,那么單位外表積的冷量損失為【4-3】用平板法測定材料的熱導(dǎo)率,平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱,另f 02m"F-14OV一側(cè)用冷水冷卻,同時(shí)在板的兩側(cè)均用熱電偶測量其外表溫度.假設(shè)所測固體的 外表積為0.02m2,材料的厚度為 0.02m.現(xiàn)測得電流表的讀數(shù)為2.8A,伏特計(jì)的讀數(shù)為 140V,兩側(cè)溫度分別為 280c和100 C, 試計(jì)算該材料的熱導(dǎo)率解根據(jù)做圖熱傳導(dǎo)的熱量Q I V 2.8 140 392WQb 392 0.02A(ti t2)0.02(280 100)【4-4】燃燒爐的平

3、壁由以下三層材料構(gòu)成：耐火磚層,熱導(dǎo)率入=1.05W/(m-C),厚度 b 230mm;絕熱磚層,熱導(dǎo)率 入=0.151W/(m C);普 通磚層,熱導(dǎo)率 入=0.93W/(m C ).耐火磚層內(nèi)側(cè)壁面溫度為1000C,絕熱磚的耐熱溫度為940C,普通磚的耐熱溫度為 130C.(1)根據(jù)磚的耐熱溫度確定磚與磚接觸面的溫度,然后計(jì)算絕熱磚層厚度.假設(shè)每塊絕熱石專厚度為230mm試確定絕熱磚層的厚度.(2)假設(shè)普通磚層厚度為240mm試計(jì)算普通磚層外外表溫度.解(1)確定絕熱層的厚度 b2溫度分布如習(xí)題4-4附圖所示.通過耐火磚層的熱傳導(dǎo)計(jì)算熱流密度q.絕熱磚層厚度b2的計(jì)算b 0.23 2 0.

4、46m.每塊絕熱磚的厚度為0.23m,取兩塊絕熱磚的厚度為(2)計(jì)算普通磚層的外側(cè)壁溫t4先核算絕熱磚層與普通磚層接觸面處的溫度t3小于130C,符合要求.通過普通磚層的熱傳導(dǎo),計(jì)算普通磚層的外側(cè)壁溫【4-5】有直徑為38mm 2mm的黃銅冷卻管,假設(shè)管內(nèi)生成厚度為1mm的水垢,水垢的熱導(dǎo)率k=1.163W/(m- C)o試計(jì)算水垢的熱阻是黃銅管熱阻的多少倍黃銅的熱導(dǎo)率入=110W/(m- C) 0解 因38 2 , 32'阻為水垢的熱阻為因算術(shù)平均半徑計(jì)算導(dǎo)熱面積.管長用L表示.黃銅管的熱0.0011.163 0.033L0.0011.163 0.0330.002110 0.0365

5、1.6 倍*胡星雨雨曾【4-6】某工廠用170mm 5mm的無縫鋼管輸送水蒸氣.為了減少沿途的熱損失,在管外包兩層絕熱材料,第一層為厚30mm的礦渣棉,其熱導(dǎo)率為0.065W/(m K)；第二層為厚 30mm的石棉灰,其熱導(dǎo)率為0.21W/(mK).管內(nèi)壁溫度為300C,保溫層外外表溫度為40Co管路長 50mo試求該管路的散熱量.解【4-7】水蒸氣管路外徑為其外表包一層超細(xì)玻璃棉氈保溫,率隨溫度t/c的變化關(guān)系為108mm其熱導(dǎo)外外表溫度為150C,希望保溫層外外表溫度不超過50C,且每米管路的熱量損失不0.033 0.00023tW/(m K).水蒸氣管路超過160W/m 0試確定所需保溫

6、層厚度.解保溫層厚度以 b表示 ti 150c ,t2 50C, q 160W/m解得保溫層厚度為保溫層厚度應(yīng)不小于13.3mm對流傳熱【4-8】冷卻水在19mm 2mm,長為2m的鋼管中以1m/s的流速通過.水溫由15c升至25CO求管壁對水的對流傳熱系數(shù).解 d 0.015m, l 2m, u 1m/s, t1 15C, t2 25C水的平均溫度tmjU5 20C22查得 20 C時(shí)水的密度998.2kg/m3 ,黏度 1.004 10 3 Pa s ,熱導(dǎo)率入=59.9 x 10-2 W/(m °C ),普朗特?cái)?shù) Pr 7.02.- 2 133 60d 0.015雷諾數(shù) Re虹

7、0.015 1 9982 1.49 Id湍流1.004 10對流傳熱系數(shù)的計(jì)算,水被加熱,Pr的指數(shù)n 0.4=4367 W/(m 2 C)【4-9】空氣以4m/s的流速通過75.5mm 3.75mm的鋼管,管長5m.空氣入口溫度為32C,出口溫度為 68Co (1)試計(jì)算空氣與管壁間的對流傳熱系數(shù).(2)如空氣流速增加一倍,其他條件均不變, 對流傳熱系數(shù)又為多少(3)假設(shè)空氣從管壁得到的熱量為 578W ,鋼管內(nèi)壁的平均溫度為多少.解 u 4m/s, d 0.068m, l 5m, t 32C, t2 68C(1)對流傳熱系數(shù)計(jì)算空氣的平均溫度tm9自50C2查得空氣在50C時(shí)的物性數(shù)據(jù)1.

8、093 kg / m3 ,Pr 0.698,空氣被加熱,Pr的指數(shù)n 04雷諾數(shù)Re 虬 °.068 4 1.5093 1.52 104湍流1.96 10 5對流傳熱系數(shù)0.023- Re0.8 Pr0 4d(2)空氣流速增加一倍,對流傳熱系數(shù) 為(3)假設(shè)空氣從管壁得到的熱量為578W,計(jì)算鋼管內(nèi)壁平均溫度用式QA(tw tm)計(jì)算鋼管內(nèi)壁的平均溫度tw.空氣進(jìn)出口平均溫度tm 50C在第(1)項(xiàng)中已計(jì)算出對流傳熱系數(shù)2 -18.4W/(m2 C)鋼管內(nèi)外表積為A dl0.06825 1.07m鋼管內(nèi)壁平均溫度, Qtwtw A50 瓶篝7 7946【4-10溫度為10C、壓力為1

9、01.3kPa的空氣,以iom/s的流速在列管式換熱器管間沿管長方向流動(dòng),空氣出口溫度為30Co列管式換熱器的外殼內(nèi)徑為190mm其中裝有 37根的19mm 2mm鋼管,鋼管長度為2m.試求鋼管外外表對空氣的對流傳熱系數(shù)解空氣壓力101.3kPa,溫度 t1 10C, t2 30C ,空氣的平均溫度10 30 20 c2查得空氣在 20 C的物性數(shù)據(jù)為：密度1.128kg/m3 ,比熱容Cp 1.005 103J/(kg C),熱導(dǎo)率 2.76 10 2W/(m C),黏度1.91 10 5 Pa s ,普朗特?cái)?shù)Pr 0.699,空氣被加熱,Pr的指數(shù)n 0.4空氣流動(dòng)的截面積一 0.192

10、37 0.0192 4濕潤周邊(0.19 37 0.019)當(dāng)量直徑4 一(0.192 37 0.0192)一4 0 0255.(0.19 37 0.019)空氣的流速u 10m/ s雷諾數(shù)Re -5 10 !/28=1.51 104湍流 1.91 10對流傳熱系數(shù)【4-11】有一*套管式換熱器,內(nèi)管為38mm 2.5mm,外管為57mm 3mm的鋼管,內(nèi)管的傳熱管長為2m.質(zhì)量流量為2530kg/h的甲苯在環(huán)隙中流動(dòng),進(jìn)口溫度為72C,出口溫度為 38Co試求甲苯對內(nèi)管外外表的對流傳熱系數(shù).解甲苯的溫度 T 72C,七38C,平均溫度Tm T2 72 2 38 55c甲苯在55c的物性數(shù)據(jù)有

11、：密度 830kg/m3,比熱容c01.83 103J/(kgC),熱 導(dǎo)率 入=0.128W/(m- C),黏度 4.3 10 4Pa s甲苯的質(zhì)量流量qm1 2530 kg/h體積流量qv1 qm2530/830 3.05 m3 / h甲苯在環(huán)隙中的流速u計(jì)算套管的內(nèi)管外徑可0.038m,外管內(nèi)徑 d2 0.051m,流速 u 0.933 m/ s244_23600 - (0.0510.038 )deu0.013 0.933 8304 濁泠Re 4 2.34 10 倆阮4.3 10甲苯被冷卻 n 0.3【4-12】甲苯在一"蛇管冷卻器中由70c冷去至J 30C ,蛇管由45mm

12、2.5mm的鋼管3根并聯(lián)而成,蛇管的圈徑為0.6m.假設(shè)甲苯的體積流量為3m3/h,試求甲苯對鋼管內(nèi)外表的對流傳熱系數(shù).解甲苯的溫度 T 70C, T2 =30C平均溫度Tm史950C甲苯在50c時(shí)的物性數(shù)據(jù)為：密度836kg/m3 ,黏度 4.4 10 4Pa s ,熱導(dǎo)率0.129W/(m C),比熱容 Cp 1.77 103j/(kg C)甲苯在3根并聯(lián)蛇管中的流速u計(jì)算體積流量qv 3m3 / h ,蛇官內(nèi)徑 d 0.04m,流速qv3/36000.221m/su4d2 4_230.785 (0.04)3雷諾數(shù)duRe 0.04 0.221 8364=1.684.4 10104湍流普朗

13、特?cái)?shù)CpPr _ 1.77 103 4.4 10 46.040.129彎管效應(yīng)校正系數(shù)R 1 SR 1 L77翳1.24對流傳熱系數(shù) 計(jì)算甲苯被冷卻 n 0.30.0230.1290.044 0 8(1.68 10 ).6.04 0.3 1.24 379 W/(m2 )【4-13】質(zhì)量流量為1650kg/h的硝酸,在管徑為 80mm 2.5mm、長為3m的水平管中流過.管外為300kPa 絕對壓力的飽和水蒸氣冷凝,使硝酸得到3.8 104W的熱量.試求水蒸氣在水平管外冷凝時(shí)的對流傳熱系數(shù).解在計(jì)算水蒸氣在水平管外冷凝的對流傳熱系數(shù)時(shí),需要知道管外表面溫度tw.如何假設(shè)tw?水蒸氣冷凝的值一般為

14、5000 15000WMm C按題意,飽和水蒸氣冷凝傳給硝酸的熱量為Q 3.8 104W取1000W/ m C,估算壁溫度tw300kPa 絕對壓力時(shí),水蒸氣的飽和溫度ts 1333C.用式Q A& 1估算壁溫度tw先假設(shè)tw 128 c定性溫度為膜溫t 3 133.3 128 131C22冷凝水膜的物性參數(shù)934 kg / m3ts 133.3仁時(shí)水的比7化熱r 2168 103 J / kg水蒸氣在水平管外冷凝的值計(jì)算用式QA(ts tw)計(jì)算Q值此Q值大于硝酸吸收的熱量,說明假設(shè)的tw偏小.重新用11558W7(m2 C)估算tw.假設(shè)tw 129c膜溫t 133.3 129 1

15、31c22與前面計(jì)算的膜溫根本一樣,故冷凝水膜的物性數(shù)據(jù)也一樣,只是計(jì)算式中的 t ts tw 133.3 129 4.3 不同.值計(jì)算用11216W/(m2 C)驗(yàn)算壁溫與前面假設(shè)的相同.【4-14】水在大容器內(nèi)沸騰,如果絕對壓力保持在p 200kPa,加熱面溫度保才f 130C,試計(jì)算加熱面上的熱流密度q.解 p 200kPa, ts 120.2C, tw 130c加熱面上的熱流密度q兩流體間傳熱過程的計(jì)算【4-15載熱體的流量為1500kg / h ,試計(jì)算以下各過程中載熱體放出或吸收的熱量.(1)100 的飽和水蒸氣冷凝成100c的水；(2)苯胺由383K降溫至283K; (3)比熱容

16、為3.77kJ/(kg K)的NaOH水溶7夜隊(duì) 290K力熱至U 370K; (4)常壓下 20c的空氣加熱到 150C ;(5)絕對壓力為250kPa的飽和水蒸氣,冷凝冷卻成40C 的水.1500qm kg / s3600水蒸氣冷凝比汽化熱r 2258kJ/kg放熱量 Q qmr 2258 941 kW m 3600(2)苯胺 平均溫度 Tm竺詈3 333K比熱容cp 2.19kJ/(kg K)放熱量 Q qmcD T1 Ta =1500 2.19 383 28391.3 kWm p 13600(3) NaOH 水溶液 比熱容 cp 3.77kJ / kg K吸熱量 Q qmcp T1 亂

17、竺00 3.77 370 290126 kW3600(4)空氣加熱平均溫度tm亞詈85c比熱容 cp 1.009 kJ / kg C吸熱量 Q qmCp t2 ti =1500 1.009 150 20 54.7kW p3600(5)飽和水蒸氣p 250kPa,飽和溫度ts 127.2!C ,比汽化熱r 2185kJ/kg,冷凝水從ts 127.2C降至t2 40 cC ,平均溫度tm 127 j 40 83.6C比熱容Cp 4.196 kJ / kg 放熱量Q qm r cp(ts t2)【4-16】用冷卻水使流量為 2000kg/h的硝基苯從 355K冷卻到300K,冷卻水 由15c升到3

18、5C,試求冷卻水用量.假設(shè)將冷卻水的流量增加到3.5m3 /h ,試求冷卻水的出口溫度.解 硝基苯流量qm1 2000kg/h,平均溫度 丫 竺丹= 327.5K,比熱容 Cp1 1.58kJ/ kg K硝基苯的放熱量Q qm1Cp1 T1 T2(1)冷卻水用量計(jì)算平均溫度tm - = 口5 25C22比熱容 Cp2 4.179kJ / kg C ,密度997kg/m3(2)用水量 qv2 3.5m3/h 時(shí),求 t2 ?用水量增大,水出口溫度t2應(yīng)降低.先假設(shè)水的比熱容及密度不變.從上面的計(jì)算式可知qv2與t2 t1成反比,故假設(shè) t2 26.9C水的平均溫度tm 4 藥9 15 21 C2

19、2查得水的比熱容Cp 4.182 kJ / kg C ,密度998kg/m3計(jì)算t2t2tlQCp2Qm2QCp2Qv2與假設(shè)相符【4-17】在一換熱器中,用水使苯從80c冷去至ij 50C,水從15c升到35C 試分別計(jì)算并流操作及逆流操作時(shí)的平均溫度差.解(1)并流操作苯 1 80C T2 50C水t1 15C t2 35C(2)逆流操作苯Ti 80C Ta 50Ct1/ t2 45/35 2t2 35C t115C 水【4-18 在1殼程2管程列管式換熱器中用水冷卻油,冷卻水走管內(nèi),進(jìn)口溫度為20C,出口溫度為 50Co油進(jìn)口溫度為120C,出口溫度為 60Co試計(jì)算兩種流體的傳熱平均溫

20、度差.解屬于折流查得溫差校正系數(shù)0.91【4-19 用絕對壓力為 300kPa的飽和水蒸氣將體積流量為80myh的苯胺從80c加熱到100.苯胺在平均溫度下的密度為955kg/m3 ,比熱容為2.31kJ/( kg C)試計(jì)算：(1)水蒸氣用量(kg/h); (2)當(dāng)總傳熱系數(shù)為 800W7(m2 C)時(shí)所需傳熱面積.解(1)水的比汽化熱r 2168kJ/kg ,苯胺體積流量qv2 80m3/h ,苯胺吸收的熱量為水蒸氣用量qm1 Q 3,53 10 1628kg/hr 2168(2)計(jì)算傳熱面積A K 800W/(m2 C),水蒸氣的p 300kPa, t 133.3C 0水蒸氣 133.3

21、 C 133.3 C苯胺"0Jt1 53.3 C t2 33.3 C【4-20 有一套管式換熱器,內(nèi)管為 180mm 10mm的鋼管,內(nèi)管中有質(zhì)量流 量為3000kg/h的熱水,從90c冷去至ij 60C.環(huán)隙中冷卻水從20c升到50C.總傳熱系數(shù)K 2000W/(m2 C).試求：(1)冷卻水用量；(2)并流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差 及所需傳熱面積；(3)逆流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需傳熱面積.解(1)冷卻水用量qm2計(jì)算熱水平均溫度Tm 口2 9°60 75C, Cp1 4.191 kJ/(kg )22冷水平均溫度tm Jt2 紀(jì)7 35C, Cp2 4.174 kJ/(kg

22、C)m 22p熱量衡算(2)并流熱水Ti 90CT2 60Ct 50t2 10c傳熱面積Q 3.77 108 /3600 1 72000 30 8 (3)逆流熱水T 90C T2 60C傳熱面積3 77 10 /360021.31 m2000 404-21 有1殼程2管程列管式換熱器,用293K的冷水30t/h使流量為20t/h的乙二醇從 353K冷卻到313K,設(shè)總傳熱系數(shù)為i200W/(m2 K),試計(jì)算所需傳熱面積.乙二醇的平均溫度Tm353 3132333K ,乙二醇放出熱量qm£pi(TiT2)乙二的% ?jl h比熱容 Cp1 2.6 103J/ kg從水的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)表

23、上可知,水在3050c范圍內(nèi),比熱容Cp 4174J /(kg K).假設(shè)Cp2 4174j/(kg K),計(jì)算冷水出口溫度冷水的平均溫度tm ¥ 293 23O9.6=301.3Ktm接近30 C,所假設(shè)的Cp2可以.逆流平均溫度差tm逆計(jì)算折流的平均溫度差tm計(jì)算C匚 TO 5 C5傳熱面積A q 578 1019 2 mKAtm 1200 25.1【4-22】有一外徑為100mm的水蒸氣管,水蒸氣溫度為 160C.為了減少跖二口皿m曲e熱量損失,在管外包覆厚度各為25mm的A、B兩層絕熱材料保溫層,A與B的熱導(dǎo)率分別為0.15與0.05WM(m K).試計(jì)算哪一種材料放在內(nèi)層好

24、.周圍空氣溫度為 20C,保溫層外外表對周圍空氣的對流(包括熱輻射)傳熱系數(shù)15W/(m2 C) 0保溫層內(nèi)外表溫度在兩種情況下都等于水蒸氣溫度.解A在內(nèi)層,B在外層.以保溫層外外表積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為1Kbd3 back 11dmi 2dm2熱量損失Q KA(ti t2) K dsL(ti t2)單位長度的熱損失為q Q K d3 ti t2(2) B在內(nèi)層,A在外層,總傳熱系數(shù)為計(jì)算結(jié)果說明,熱導(dǎo)率小的絕熱材料放在內(nèi)層,熱損失小.【4-23】測定套管式換熱器的總傳熱系數(shù).數(shù)據(jù)如下：甲苯在內(nèi)管中流動(dòng),質(zhì)量流量為 5000kg/h ,進(jìn)口溫度為 80C,出口溫度為 50Co水在環(huán)隙流動(dòng),進(jìn)口

25、溫度為15C,出口溫度為30Co水與甲苯逆流流動(dòng),傳熱面積為2.5m2.問所測得的總傳熱系數(shù)為多大解 甲苯 qm1 5000kg/h, Ti 80C, T2 50C , 80 50-3Tm 2 65c , cp1 1.86 10 J / (kg K)熱負(fù)荷 Q 5000 1.86 10380 50 =77.5 103W3600【4-24】在一套管換熱器中,內(nèi)管中流體的對流傳熱系數(shù)1 200W7(m2 K),內(nèi)管外側(cè)流體的對流傳熱系數(shù)2 350W7(m2 K)o兩種流體均在湍流條件下進(jìn)行換熱.試答復(fù)以下兩個(gè)問題： (1)假設(shè)內(nèi)管中流體流速增加一倍；(2)假設(shè)內(nèi)管外側(cè)流體流速增加兩倍.其他條件不變

26、,試問總傳熱系數(shù)增加多少以百分?jǐn)?shù)表示.管壁熱阻及污垢熱阻可不計(jì).解 1 200W7(m2 K), 2 350W7(m2 K)(1)內(nèi)管中流體流速增加一倍,u'1 2u(2)U '23U2,2增大小者,對增大 174 127 0.37 增加 37%12708.u'2U2K'K3501621271272843 Wl/ m K0.276 增力口 27. 6%K有利.【4-25】有一套管式換熱器,內(nèi)管為 57mm 3mm,外管為114mm 4mm.內(nèi)管中有流量為4000kg/h的苯被加熱,進(jìn)口溫度為 50 C,出口溫度為 80 Co套管 的環(huán)隙中有絕對壓力為200kPa

27、的飽和水蒸氣冷凝放熱,冷凝的對流傳熱系數(shù)為104W/(m2 K).內(nèi)管的內(nèi)外表污垢熱阻為0.0004m2 K/W ,管壁熱阻及管外側(cè)污垢熱阻均不計(jì).試計(jì)算：(1)加熱水蒸氣用量；(2)管壁對苯的對流傳熱系數(shù)；(3)完成上述處理量所需套管的有效長度；(4)由于某種原因,加熱水蒸氣的絕對壓力降至140kPa.這時(shí),苯出口溫度有何變化應(yīng)為多少度(設(shè)苯的對流傳 熱系數(shù)值不變,平均溫度差可用算術(shù)平均值計(jì)算).解 苯 t50ct280C,平均溫度tm502-8065c,Cp21840J / (kg K) ,qm24000kg/ h熱負(fù)荷 Q qm2cp2(t2 t)鬻 1840 (80 50) 61330

28、 W(1)水蒸氣用量qm1(2)苯的對流傳熱系數(shù)duRe 0.051 0.654 83243 7.3 100.38 10 3苯被加熱n 0.4(3)管長l以管內(nèi)外表積 A為基準(zhǔn)(4)水蒸氣絕對壓力p 140kPa時(shí),苯的出口溫度t20p 140kPa 時(shí),T 109.2C【4-26 在一套管換熱器中,用絕對壓力為 200kPa的飽和水蒸氣使流量為5000kg/h的氯化苯從 30c加熱到70C,氯化苯在內(nèi)管中流動(dòng).因某種原因,氯化苯的流量減小到2500kg/h,但進(jìn)、出口溫度欲保持不變.為此,想把水蒸氣壓力降低一些,試問水蒸氣的絕對壓力應(yīng)降到多少(兩種情況下,管內(nèi)氯化苯均為湍流流動(dòng),并且其對流傳

29、熱系數(shù)比水蒸氣冷凝的對流傳熱系數(shù)小很多.因此,水蒸氣冷凝的熱阻及管壁熱阻均可忽略不計(jì))解水蒸氣絕又力玉力p 200kPa, T 120.2C氯化苯的流量qm 5000kg / h熱負(fù)荷Q與qm成正比,Q 5000氯化苯的對流傳熱系數(shù)與qm的關(guān)系為5000 08氯化苯的流量減小到qm 2500kg/h,總傳熱系數(shù) K ,K''水蒸氣溫度T' 111C壓力 p 143.3kPa【4-27】欲將體積流量為 3000m>h (標(biāo)準(zhǔn)狀況p 101.325kPa, T 273.15K )的常壓空氣,用絕對壓力為200kPa的飽和水蒸氣加熱,空氣從10c加熱到90Co現(xiàn)有一列管

30、式換熱器,其規(guī)格如下：鋼管直徑25mm 2.5mm,管長1.6m,管數(shù)271根.如用此換熱器,使空氣在管內(nèi)流動(dòng),水蒸氣在管外冷凝,試驗(yàn)算此換熱器面積是否夠用水蒸氣冷凝時(shí)白對流傳熱系數(shù)可取為10000W/(m2 K) 0空氣的物性參數(shù)解空氣的平均溫度tm 90 50C1.093kg/m3,19.6 10 6 Pa s空氣流量22.83 10 W/ m Kcp 1.005 103 J/ kg K ,Pr 0.698qm3000 2922.43884 kg/h熱負(fù)荷388434Q qmcD t2 3 1.005 10390108.67 104 Wp 213600水蒸氣 p 200kPa, T 120

31、.2 C平均溫度差t1 T t1120.2 10 110.2C空氣流速qv355423600 7 d n 11.6 m / s23600 - (0.02)271duRe 0 02 11.6 1.093 1 29 10411.29 1019,6 106已有換熱器的傳熱面積為A' dln0.02 1.6 271 27,2m2夠用【4-28】有一鋼制套管式換熱器,質(zhì)量流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中,從80C冷卻到50Co冷卻水在環(huán)隙中從15c升到35Co苯對管壁的對流傳熱系數(shù)為600W7(m2 K),管壁對水的對流傳熱系數(shù)為1000W/(m2 K).計(jì)算總傳熱系數(shù)時(shí),忽略管壁熱阻,按平壁

32、計(jì)算.試答復(fù)以下問題：(1)計(jì)算冷卻水消耗量；(2)計(jì)算并流流動(dòng)時(shí)所需傳熱面積；(3)如改變?yōu)槟媪髁鲃?dòng),其他條件相同,所需傳熱面積將有何變化解總傳熱系數(shù)K的計(jì)算 1 600W/ m2 K , 2 1000W/ m2 K苯1 80C, Ta=50 , Tm 80 50 65cm 2熱負(fù)荷Q qm1Cp1 T1 T2(1)冷卻水消耗量qm2(2)并流的傳熱面積A(3)逆流時(shí)的傳熱面積 A逆流與并流比擬,由于逆流的溫度差較大,所以傳熱面積小了一些.【4-29】 在一傳熱面積為 20m的列管式換熱器中,殼程用110c的飽和水蒸汽冷凝以加熱管程中的某溶液.溶液的處理量為2.5?104kg/h ,比熱容為

33、4kJ/(kg?K)換熱器初始使用時(shí)可將溶液由20c加熱至80Co (1)該換熱器使用一段時(shí)間后,由于溶液結(jié)垢,其出口溫度只能到達(dá)75 C,試求污垢熱阻值；(2)假設(shè)要使溶液出口溫度仍維持在80 C,在不變動(dòng)設(shè)備的條件下可采取何種舉措做定量計(jì)算.解：原工況條件下的對數(shù)平均溫差:t2 t1lnlt1T t280 20 54.6 1,110 20ln 110 80此操作條件下的總傳熱系數(shù):QK A Atqm2Cp2 t2t1A Atm25000 4000 80 20 /3600 1526 w/ (m2?K)20 54.6(1) 使用一年后,溶液出口溫度下降至75 C,此時(shí)的對數(shù)平均溫差為t'

34、;mt2 t1 Tt1ln T t258.2 C,110 20ln110 75總傳熱系數(shù)Q'Ad'mqm2cp2t'2t1AAt'm25000 4000 75 20 /360o 1313 w/(m2?K)20 58.2污垢熱阻K'1 K 1313短 1.063 10 4 m2?K/W(2) 在不變動(dòng)設(shè)備的條件下,可通過提升加熱蒸汽的溫度使溶液出口溫度仍然維持在80C.此時(shí)傳熱溫差為困"mQqm2cp2 t2 t125000 4000 80 20 /3600 萬- 63.5 CK'A K'A20 1313用mt-2匕80 20In

35、1nBT' 8063.5由止匕解得T" 118.2 【4-30】有一單管程的列管式換熱器,其規(guī)格如下：管徑為25mm 2.5mm,管長為3m,管數(shù)為37根.今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS的飽和蒸氣,自飽和溫度46c冷卻到10.CS在管外冷凝,其流量為300kg/h ,比汽化熱為350kJ / kg 冷卻水在管內(nèi),進(jìn)口溫度為5C,出口溫度為 32 Co逆流流動(dòng).CS2的冷凝和冷卻時(shí)的總傳熱系數(shù)分別為Ki 291W4m2 K和174W/m2 K以內(nèi)外表積為基準(zhǔn).試問此換熱器是否適宜300kg / h ,CS的解CS質(zhì)量流量qm1冷凝段46C ,350 103J/kg冷凝段熱負(fù)荷習(xí)

36、題4-30附圖冷卻段T1 46C, T2 10C, Tm 28c冷卻段熱負(fù)荷Q2qm1Cp1 T1T2300997360046 102990 W冷卻水t1 5C, t2 32C, tm W2 18.5C冷卻水用量qm2Q1 Q229200 29907 3 Cp2(t2 t1)4.19 10(32 5)0.285 kg/s水在兩段之間的溫度 t ,用冷卻段熱負(fù)荷 Q2計(jì)算.冷凝段平均溫度差為46 3246 7.546 3246 7.524.2C冷卻段平均溫度差為%246 75 10 5 16.4C,46 7.51n 10 5冷凝段傳熱面積為292004.15m2291 24.2冷卻段傳熱面積為A _ 戛A2K2 tm22990/ 0 21.05m?174 16.4總傳熱面積 A AA24.15 1.05 5.20m2現(xiàn)有換熱器的傳熱面積按傳熱管內(nèi)外表積計(jì)算A dln 0.02 3 37 6.97m2傳熱面積夠用.【4-31】在一套管式換熱器中,用120c的飽和水蒸氣在環(huán)隙中冷凝放熱,使內(nèi)管中湍