傳熱習(xí)題課計(jì)算題

1、1、現(xiàn)測(cè)定一傳熱面積為2mz的列管式換熱器的總傳熱系數(shù)K值。已知熱水走管程，測(cè)得其流量為1500kg/h，進(jìn)口溫度為80弋，出口溫度為50弋；冷水走殼程，測(cè)得進(jìn)口溫度為15匸出口溫度為30弋，逆流流動(dòng)。（取水的比熱cp=x10sJ/kgK）解：換熱器的傳熱量：Q=qmcp(T2-T1)=15OO/36OOxx103x(8O50)=傳熱溫度差tm：熱流體80今50冷流體30匕15At1Att1=50，50<235t2=352傳熱溫度差可用算數(shù)平均值:At=A1+At2=50+35m22=42.5°CAAt52.25x1032x42.5=615W/m22、一列管換熱器，由©

2、;25x2mm的126根不銹鋼管組成。平均比熱為4187J/kg弋的某溶液在管內(nèi)作湍流流動(dòng)，其流量為15000kg/h，并由20弋加熱到80匸溫度為110弋的飽和水蒸汽在殼方冷凝。已知單管程時(shí)管壁對(duì)溶液的傳熱系數(shù)a為520W/m2弋，蒸汽對(duì)管壁的傳熱系數(shù)a0為M04W/m2弋，不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)入=l7W/m弋，忽略垢層熱阻和熱損失。試求：管程為單程時(shí)的列管長(zhǎng)度（有效長(zhǎng)度）（總傳熱系數(shù)：以管平均面積為基準(zhǔn)，丄=丄.±+b+丄.±）K飛d+X+adii00解：傳熱量：Q=qmcp(t2-t1)11db1dm+mKad九adii00總傳熱系數(shù)：(以管平均面積為基準(zhǔn))1K=150

3、00/3600x4187x(80-20)«x10sW1230.002123+52021171.16x10425解得：K=m2匕對(duì)數(shù)平均溫差：1101102080t1=90t2=30At-At90-30At二丄匚二二54.61°CmlnA'At2ln9030傳熱面積：Q=KAAtmmQKAtm1.05x106434.19x54.61二44.28m2A=n兀dL；mm列管長(zhǎng)度：L=44.28126x3.14x0.023沁4.87m3、有一列管式換熱器，裝有*25x25mm鋼管320根，其管長(zhǎng)為2m,要求將質(zhì)量流量為8000kg/h的常壓空氣于管程由20弋加熱到85匸選用

4、108弋飽和蒸汽于殼程冷凝加熱之。若水蒸汽的冷凝傳熱膜系數(shù)為1x104W/m2K,管壁及兩側(cè)污垢熱阻均忽略不計(jì)，而且不計(jì)熱損失，已知空氣在平均溫度下的物性常數(shù)：入=x102W/mK，p=x105Ns/m2，cp=1kJ/kgK，Pr=。試求：（1）空氣在管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)；（2）求換熱器的總傳熱系數(shù)（以管子外表面為基準(zhǔn)）；（3）通過(guò)計(jì)算說(shuō)明該換熱器能否滿足要求；（4）計(jì)算說(shuō)明管壁溫度接近于哪一側(cè)的流體溫度。解：(1)空氣在管內(nèi)流速：qmu-qpud2xnd2xn4480003600-x(0.02)2x320p二22.12丄P0.02x22.121pR二dUP=二22343.43>104e

5、卩198x10-5VPr二V160l/d=2/=10050傳熱系數(shù)叮0.023汁衽丿Re0.8Pr0.42.85x10-2二0.023xx22343430.8x0.70.4=m2K0.02解得：K=m2K2）總傳熱系數(shù)：111d=+oKaadoii11125=+-K1x10485.6820堿wny蓋雒畫於Vvr(Nw寸zosHxszooX寸EXOZEH一puuHn寸寸oo寸X80.009(ozIX01X0X009E00000zEZ-VUIUI)0000-V0。寸寸00寸HHCHIIHEZ0000-V-VmzH"<WWHJ<S8OZ80V-I80V-IZVM<*>

6、;(4)Q=qc(t-1)=8000x1.0x103x(85-20)=1.44x105Wmp213600Q=aA(T-T)ooW二108-aAoo1.44x105a107.71c1x104x50.24A.=nid.l=320xxx2=40.19m2i1.44x105Q20+85.、=+a94.32°paA285.68x40.19cii所以：壁溫接近于蒸汽流體一側(cè)（或者說(shuō)接近a大的一側(cè)流體溫度）4、用110弋的飽和水蒸汽將流量為35m3/h的某稀溶液在雙程列管換熱器中從75弋加熱至90弋。若每程有直徑為025x25mm的管子30根，且以管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)K=2800W/m2.X

7、，蒸汽側(cè)污垢熱阻和管璧熱阻可忽略不計(jì)。試求：(1)換熱器所需的管長(zhǎng)；(2)當(dāng)操作一年后，由于污垢累積，溶液側(cè)的污垢系數(shù)為000008m2弋M，若維持溶液的原流量及進(jìn)口溫度不變，其出口溫度為多少又若必須保證溶液原出口溫度，可采用什么措施注：溶液的密度及比熱與水近似：p=10OOkg/m3；cp=kg弋。解：11011075903520At=mAt-At12InA'JAt?三絲二26.80In3520(或At=空亠2=空±至=27.5°C)2235Q=qmCp(L1)=qvPCp(L1)=3600x1000x4.2x103x(90-75)=612.5x103WQ612.

8、5x103傳熱面積：A=816m2KAt2800x26.80mA=nnd(2L)L=A/(2nnd)=(2x30nx)=17m（2）所以1dKd1i=丄+doR二1+0.00008x25Kd1280020i解得措施K'二2188W/m2匸110110751235110-t2Q二KAAt二qc(tt)mmp212188x8.16x35_(1:-'2)135In110t2t2«88U35x10003600x4.2x103(t75)21）提高加熱蒸汽溫度（調(diào)節(jié)蒸汽的壓力）（2）清除污垢。5、熱空氣在*25x25mm的鋼管外流過(guò)，對(duì)流給熱系數(shù)為50W/,冷卻水在管內(nèi)流過(guò),對(duì)流

9、給熱系數(shù)為1O00W/,已知鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)W/mK,水側(cè)污垢熱阻R二0.58x10-3m2K/W，熱空氣側(cè)污垢熱阻R二0.5x10-3m2K/W。試求：siso(1) 傳熱系數(shù)；(2) 若管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，傳熱系數(shù)有何變化(3) 若管外對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，傳熱系數(shù)有何變化解：已知Q二50W/(m2K),q=1000W/(m2K)oi11bddd(1)+R+4+Ro+oKQso九dsidQdomiii2.5x10-3x2545x22.5+0.58x10-3x25+20251000x200.02+0.0005+0.000062+0.000725+0.001250.0225m2K/WK44

10、.4W/(m2K)sobd=£+0.5x10-3+2.5x10-3x2545x22.5+0.58x10-3x蘭+20252x1000x20(2)若管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即ddo+osid2ad解得：K'二45.6W/(m2K)45.6-44.4傳熱系數(shù)提高：一7.x1°°%=2.7%(3)若管外對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即1_1K2a+Rsobdddo+osidad科+0.5510-3+2.5x10-3x2545x22.5+0.58x10-3x25+20251000x20解得：K"=79.8W/(m2K)79.8-44

11、.4傳熱系數(shù)提高：一444x100%二797%6、某廠只能用120°C飽和水蒸汽，通過(guò)®25x25mm、長(zhǎng)3m的單管程列管式換熱器，將列管內(nèi)的m3/h水溶液從20C加熱到75C，冷凝水于飽和溫度下排出。已知管側(cè)水溶液«二2500W/m2-°C，殼側(cè)蒸汽a二10000W/m2-°C，溶液在管內(nèi)呈湍流，試問(wèn)換熱器的io管數(shù)為若干水溶液密度P二1050kg/m3，比熱為4.17kJ/kg-°C。熱損失及管壁、垢層熱阻均可忽略。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該換熱器有三根管子已壞，擬將壞管堵塞再繼續(xù)使用，試問(wèn)此方案是否可行（通過(guò)計(jì)算或推導(dǎo)說(shuō)明）解：（1）Q=qc

12、At=qPc(t-1)二17.2x1250x4.17x103x(75-20)二1151x103WmpoKadiio120201+=a250020-1207510000蒸汽水t=100t2=45At=mAt-At/AtIn1At2r2AK二1666.67W/m2-°Co-100-45=68.88°C100ln45Q=KAAtLoom1151x103KAtom1666.67x68.88=10.02m210.02兀dl3.14x0.025x3=42.55沁43根uanaXu0.8，且u=二-(連續(xù)性方程)uAn故a二(n)0.8a二(43)o.8X2500二2650W/m2

13、76;Cini401d1o+-a'daiio1125r+26502010000=1750W/m2°CAdIn，=3.14x0.025x3x40=9.425m2Q二KA'At二1750x9.425x68.88二1136x103Wm®Q，Q；不能完成換熱任務(wù)7、有單程列管換熱器，傳熱面積為4m2，由025X2.5mm的管子組成。用初溫為25弋的水，將機(jī)油由200弋冷卻至100弋，水走管內(nèi)，油走管間。已知水和機(jī)油的質(zhì)量流量分別為1200kg/h和1400kg/h,其比熱分別為kJ/(kgX)和kJ/(kgX)，水側(cè)和油側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為：1800W/(m2X)

14、和200W/(m2X),兩流體呈逆流流動(dòng)，忽略管壁和污垢熱阻，忽略熱損失。試校核該換器是否適用解：機(jī)油放出的熱量冷卻水的出口溫度：對(duì)數(shù)平均溫差：AtAt-AtlnAt(T-t)-(T-t)(200-80.8)-(100-25)=1221=總傳系數(shù)為：At1nn22in匕T-t21in20。-竺100-25=95.4C所需傳熱面積為：A需要1dr1+-ada2211251+1800x20200=175.6w/(m2C)QKA280000x1033600x175.6x95.4=4.64m2>4m2Q=qc(T-T)=1400x2.0x(200-100)=2.8x105kJ/hm1p112t=

15、t+_?=25+2.8X105=80.8°C21qc1200x4.18m2p2熱流體200今100冷流體25傳熱所需面積大于換熱器的傳熱面積該換熱器不適用。8、在內(nèi)管為0189xlOmm的套管換熱器中，將流量為3600kg/h的某液態(tài)烴從100弋冷卻到65弋，其平均比熱容cp1二2.38的/恤X），環(huán)隙走冷卻水，其進(jìn)出口溫度分別為40弋和50弋，平均比熱容cp2=47kj/（kgX），基于傳熱外表面積的總傳熱系數(shù)K二2000w/（m2X）,假設(shè)其值恒定，忽略熱損失。試求：（1）冷卻水用量；（2）計(jì)算兩流體在逆流下的平均溫差；（3）所需傳熱面積。解：(1)冷卻水用量:qc(TT)=qc

16、(tt)m1p112m2p2213600x2.38x(10065)=qx4.17x(5040)m2q=7191.4kg/hm2S->os旌煖宏S9個(gè)0£扯垢聚Iz0寸9TH£ci-£OTOOIlh嚴(yán)I(0寸9)(0001)c)(Tb3）所需傳熱面積傳熱量為：Q二qm1Cp1(T1-T2)則A逆83300W3600x2.38(100-65)二2.9988x105kJ/hQ83300=1.154m2KAt2000x36.1m逆9、100°C的水蒸氣在管殼式換熱器的管外冷凝，冷凝潛熱為kg，總傳熱系數(shù)為2039W/(m2°C),傳熱面積1275

17、m2；15C的冷卻水以X105kg/h流量在管內(nèi)流過(guò)，設(shè)總傳熱溫差可以用算術(shù)平均值計(jì)算，試求：(1) 冷卻水出口溫度；(2) 水蒸氣冷凝量(kg/h)。解：10015-100t2(1)冷卻水出口溫度Q=qC(tt)=KAAtm2p221m._(Tt)+(Tt)_(10015)+(100t)_(185t)At=12=2=2mQ=2.25x105x4.18x103x(t15)=2039x12.75x(185t)/222t=23.1°C水蒸氣冷凝量(kg/h)Q二KA“二2039x12.75x(185-23.1)/2二2105kWmq=Q/r=2105x3600/2258.4=3355kg

18、/hm110、在列管式換熱器中用熱水加熱冷水，熱水流量為X103kg/h,溫度從95°C冷卻至55°C,冷水溫度從20C升到50C，總傳熱系數(shù)為X103W/（m2C）。已知：Cp=（kgC）,Cp熱水冷水=（kg°C）。試求：（1）冷卻水流量；（2）兩種流體做逆流時(shí)的平均溫度差和所需的換熱面積；（3）兩種流體做并流時(shí)的平均溫度差和所需的換熱面積；（4）依據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)逆流和并流做一比較，可得到那些結(jié)論。解：(1)冷卻水流量:Q=QhcqCAT=qCAtmhphmcpc4.5x103x4.181x(95-55)=qx4.174x(50-20)mcq=6010kg/hmc2)Atm逆_(95-50)(55-