傳熱計(jì)算習(xí)題-附詳細(xì)答案

1、傳熱計(jì)算題.在一內(nèi)徑為0.25cm的管軸心位置上，穿一直徑為 0.005cm的細(xì)導(dǎo)線，用以測(cè)定氣體的 導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線以 0.5A的電流時(shí)，產(chǎn)生的電壓降為 0.12V/cm ,測(cè)得導(dǎo)線溫度為167 C, 空心管內(nèi)壁溫度為 150C。試求充入管內(nèi)的氣體的導(dǎo)熱系數(shù)試分析儀器精度以外造成結(jié)果誤差的客觀原因。.有兩個(gè)銅質(zhì)薄球殼，內(nèi)球殼外徑為0。015m,外球殼內(nèi)徑為0.1m ,兩球殼間裝入一種其導(dǎo)熱系數(shù)待測(cè)的粉粒料。內(nèi)球用電加熱，輸入功率為50w,熱量穩(wěn)定地傳向外球，然后 散發(fā)到周圍大氣中。兩球壁上都裝有熱電偶，側(cè)得內(nèi)球殼的平均溫度為120C,外求殼的平均溫度為50 C,周圍大氣環(huán)境溫度為20 C;設(shè)

2、粉粒料與球壁貼合，試求：(1)待測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)(2)外球壁對(duì)周圍大氣的傳熱系數(shù).有一面積為10cm2帶有保護(hù)套的熱電偶插入一輸送空氣的長(zhǎng)管內(nèi)，用來測(cè)量空氣的溫度。已知熱電偶的溫度讀數(shù)為300 C,輸氣管的壁溫為 200 C,空氣對(duì)保護(hù)套的對(duì)流傳熱系數(shù)為60w/m2.k ,該保護(hù)套的黑度為 0.8，試估算由于輻射造成的氣體溫度測(cè)量誤差。并敘述減小 測(cè)量誤差的途徑。已知 Stefan-Bohzman常數(shù) o- =5.67 x 10-9w/m2k。4.用兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸相 同的列管換熱器按并聯(lián)方式加熱某中料液。換熱器的管束由32根長(zhǎng)3m的25x 3mm的鋼管組成。殼程為120 c的飽和蒸汽。料液總流量

3、為20n3/h ,按相等流量分配到兩個(gè)換熱器中作湍流流動(dòng)，由25 C加熱到80 C。蒸汽冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)為8Kw/R. C,管壁及污垢熱阻可不記，熱損失為零，料液比熱為 4.1KJ/kg. C,密度為1000kg/m3。試求：(1)管壁對(duì)料液的對(duì)流傳熱系數(shù)(2)料液總流量不變，將兩個(gè)換熱器串聯(lián)，料液加熱程度有何變化？(3)此時(shí)蒸汽用量有無變化？若有變化為原來的多少倍？ (兩者情況下蒸汽側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)和料液物性不變)一 . 25.某廠現(xiàn)有兩臺(tái)單殼程單管程的列管式空氣加熱器，每臺(tái)傳熱面積為 A=20m (管外面積)，均由128根25 X 2.5mm的鋼管組成。殼程為 170 c的飽和水蒸汽冷凝(冷

4、凝潛熱為 r=2054KJ/kg ),凝液不過冷。空氣走管程，其入口溫度 t1=30C ,流量為4500kg/h 假定 空氣的物性參數(shù)不隨溫度、壓力變化，可視為常數(shù)，分別為G=1.005KJ/Kg.K , p=1.06Kg/m3 , = =20.1 x 10-3cp ,入=0.029w/m.k。熱損失可略，管內(nèi)湍流時(shí)空氣的對(duì)流給熱 系數(shù)可用下式計(jì)算：Nu=0.02Re0.8 。若兩臺(tái)換熱器并聯(lián)使用，通過兩臺(tái)換熱器的空氣流量均等，試求空氣的出口溫度12( C )及水蒸汽的總冷凝量 m1(kg/h)若兩臺(tái)改為串聯(lián)使用，試求此時(shí)空氣的出口溫度12( C)及水蒸汽的總冷凝量m(kg/h)。(3)試比較

5、并聯(lián)及串聯(lián)時(shí)傳熱效率的大小，并求兩種方式下總傳熱能力的比值Q串/ Q并。6.現(xiàn)有兩臺(tái)單殼程單管程的傳熱面積均為20宿的列管式空氣加熱器，每臺(tái)加熱器均由 64根 57X3.5mm鋼管組成，殼程為170c的飽和水蒸汽，空氣入口溫度為30C,流量為2.5kg/s,以湍流方式通過管內(nèi)。(1)若兩臺(tái)換熱器并聯(lián)使用，通過兩臺(tái)換熱器的空氣流量均等，此時(shí)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)為38w/m2 C，求空氣的出口溫度 t2(C)(2)若兩臺(tái)改為串聯(lián)使用，問此時(shí)空氣的出口溫度t2(C)為多少?(設(shè)空氣物性不隨溫度壓力而變，G=1 KJ/kg C ,熱損失為零).有一套管換熱器，并流操作時(shí)，冷流體進(jìn)出口溫度分別為25 c和

6、70 C,熱流體進(jìn)出口溫度分別為150 c和100C,若兩中流體流量和進(jìn)口溫度均不變，改為逆流操作，試計(jì)算逆流時(shí)熱流體的出口溫度，計(jì)算中可視 G和K為常數(shù)。.在一套管冷凝器中，用130c的飽和蒸汽將乙醇水溶液從25 c加熱到80 Co換熱器內(nèi)有效傳熱長(zhǎng)度4m ,規(guī)格25 x 2.5mm,乙醇水溶液在管內(nèi)湍流流動(dòng)，水蒸汽在環(huán)隙內(nèi)冷凝 為同溫度的飽和水。 已知基于內(nèi)管外表面的總傳熱系數(shù)為K0=1100w/m2K,內(nèi)管內(nèi)側(cè)給熱系數(shù)為1600w/m2K,鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為 45W/mK,在操作條件下，垢層熱阻及熱損失不計(jì)。(1)試求蒸汽冷凝給熱系數(shù)，并計(jì)算內(nèi)管外壁的平均溫度(2)操作中管內(nèi)乙醇水溶液流量增

7、加20 % ,而乙醇水溶液入口溫度，蒸汽溫度和蒸汽側(cè)冷凝給熱系數(shù)均不變，試求管內(nèi)乙醇水溶液的出口溫度。(忽略乙醇水溶液物性變化). 一套管換熱器用 133 C的飽和水蒸汽將管內(nèi)的氯苯從33 C加熱到73 C,氯苯流量為5500Kg/h o現(xiàn)因某種原因，氯苯流量減少到 3300Kg/h，但其進(jìn)出口溫度維持不變，試問此 時(shí)飽和蒸汽溫度應(yīng)為多少才能滿足要求？此時(shí)飽和水蒸汽冷凝量為原工況的百分之幾？(設(shè)兩種工況下的蒸汽冷凝熱阻，管壁熱阻，垢層熱阻及熱損失均可略，且氯苯在管內(nèi)作湍流流動(dòng)，忽略兩工況下蒸汽汽化潛熱的變化).用一列管式換熱器將某一液態(tài)物料從130c冷卻到70 C,冷卻水走管程，進(jìn)口溫度15C

8、,出口溫度75 C,為了利用廠內(nèi)的循環(huán)水，水進(jìn)口溫度變?yōu)?0 C,物料的流量，進(jìn)出口溫度皆維持不變，問冷卻水用量有什么變化？已知換熱器殼程中的對(duì)流傳熱系數(shù)比管程中 水的對(duì)流傳熱系數(shù)小得多，冷熱流體為逆流流動(dòng)。采用循環(huán)水后的平均推動(dòng)力可用算術(shù)平均 值計(jì)算。.為回收高溫氣體 B中的熱量，采用如圖流程氣體B先與循環(huán)水傳熱，使其水溫升高，然后再與低溫氣體 A傳熱，使氣體 A的溫度升高。實(shí)際操作結(jié)果表明：當(dāng)保持氣體 A, B 的流量及其進(jìn)口溫度不變，而增大循環(huán)水量，則循環(huán)水的最高溫度t w1將下降。試分析其原 因。(提示：綜合利用傳熱單元數(shù)法和對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法).如圖，流量為 0.5Kg/h ,溫度為2

9、0 C的水(C p=4.187KJ/kg C )流過串聯(lián)的兩個(gè)列管換 熱器，以冷卻流量為 0.8Kg/h ,溫度為120 c的某溶液(Cp=2KJ/kgK),測(cè)得該溶液的出 口溫度為65 C,現(xiàn)因故使水溫降到6 C,問：若保持其它進(jìn)口條件不變，則溶液的出口溫度變?yōu)槎嗌?？_ It1-120y逆尸一）并taIIts721 2題圖.有一列管式換熱器，殼程通以120 c的飽和蒸汽，可將一定流量的氣體從20 C加熱到60Co若加熱蒸汽的壓強(qiáng)及氣體的進(jìn)口溫度保持不變，氣體的出口溫度升至62 C,試求：此時(shí)換熱器的熱流量有何變化？(以原工況熱流量的相對(duì)比值表示)設(shè)氣體在管內(nèi)均以達(dá)Re104, Pr0.7 ,

10、計(jì)算時(shí)可忽略垢層熱阻，管壁熱阻及蒸汽側(cè)的熱阻，不考 慮氣體物性的變化。(2)氣體通過換熱器的壓降有什么變化(以原工況壓降比值表示)？設(shè)摩擦系數(shù)入相同， 換熱器進(jìn)出口阻力損失不記。.有一管程為單程的列管換熱器，由425X 2.5mm長(zhǎng)2.5m的20根鋼管組成。用120 c飽和水蒸汽加熱某冷流體(冷凝液飽和溫度下排出)，該冷液體走管內(nèi)，進(jìn)口溫度為25 C,比熱為1.58KJ/kg C,流量為15000kg/h ,管外蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)為1.0 X104w/m2C。管內(nèi)對(duì)流傳熱的熱阻是管外蒸汽冷凝傳熱熱阻的6倍。試求：(1)基于管外表面積的總傳熱系數(shù)K0(2)冷流體的出口溫度(換熱器的熱損失，管壁及

11、兩側(cè)污垢熱阻均可忽略不計(jì))19 .解：設(shè)流動(dòng)為逆流，示意如下T180t228C （氣態(tài)）C （冷水）T180C （液態(tài)）T2 60 C （液態(tài)）t120 C （冷水）（1）冷凝:Q112604003600140 kw冷卻：Q2126036001.8806012.6kwWcQiQ214012.6C PC t2t14.1828204.56kg /s實(shí)際面積SdL193.140.019 2.522.83m2t2QiWCC PC281404.56 4.1820.6 CPrKiKiK2K2t m1t m2udc0.0230N4.56 0.0171 ZZZ 2Z Z_ _70.785 0.0172 19

12、0.903 104.18 0.903 6.230.6060.8Re di0.4Pr2 一4690 w /m C19916bd 0dm21000.5w/m2d。idi1400bd 0dm894.0w/ mt2 tIn 3T1t2T2t1deidi28120020.6ln 80 20 6802860SS1S21402 0.01945 182 0.01945181917 46901917 469055.62080InTT1t40 In59.420.6 49.1 C1000Q1Q2K1 tm1K 2 t m212.610001000.5 55.6894.0 49.12.52 0.2922.81m2需要

13、的面積小于實(shí)際面積，正確.0.70.8T280 C,Wc0.7Wc2i 0.75 4690.0 3525.7 w/mbd0d02 0.01919Ki0Ndmidi140045 1817 3525.7Ki.2927.5 w/m新工況下：WcCpct2t1K1Stm舊工況下：WcCpct2K1S1tm1（2）ln S Ki s1 k?7 11 lnT1T1t2T2t1T2t2lnT上T2t2Sgj S1 K1 0.7-T1tT1t22.832.52T2 t11000.50.780 280.21.22T2t2t2T2T2 t1.2280普 30.8 Ctm30.8 2080 20ln80 30.8

14、K1s tm 927.5 140kw.正確.54.4 C2.83 54.4 142.8kw一臺(tái)新的列管換熱器，其列管的規(guī)格為。25X 2.5mm管長(zhǎng)4m,總管數(shù)為488根，兩管程。用161c流量為443m3/h的熱油將310m3/h的水從82 c提高到90 C,以滿足熱水用 戶的要求。水走管程。已知操作條件下水的物性為：科后0.3315 X 10-3PaS,pw=968Kg/m3, G=4.203KJ/kgK ,入 w=0.678w/mK。熱油物性為：p0=945kg/m3, C P0=2.202KJ/kgK,鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為入=45w/mK) 試求：(1)管內(nèi)傳熱膜系數(shù)(2)開車時(shí)該換熱器現(xiàn)

15、場(chǎng)指示水的出口溫度為97 C,求該工況下?lián)Q熱器的傳熱系數(shù)及殼程的傳熱系數(shù)(設(shè)物性不變，不計(jì)熱損失)(3)如果運(yùn)行 2年后，換熱器內(nèi)側(cè)污垢熱阻增到0.0004m 2K/w,管外污垢熱阻增到0.0006m2K/w 。若物料流量及入口溫度不變，該換熱器能否滿足生產(chǎn)要求？換熱器還有多大 裕度？通過計(jì)算說明。(工大98/16)解(1)u=Vs/(0.785d i2n/2)=310/(3600 X 0.785 X 0.022 X 488/2) =1.12m/sPrCp0.3315 4.2030.6782.05Reud968 1.12 0.02一一一一 30.3315 106.5 104(2)W hCPh(

16、T1-T 2)=WCCPc(t 2-t 1) _ T 2=T1-WCCPc(t 2-t 1)/WhCPh=161-310 X 4.203 X 968X(97-82)/443 X 2.202 X 945=140.5 C0.80.40.023 Re Pr di0.6784 0.80420.023-6.5 102.05 .7384.0w/mk0.02tmt2 t1lnTT2161 97140.5 82161 97 ln140.5 8261.2 C雙管程 P=(97-82)/(161-82)=0.2 , R=(161-140.5)/(97-82)=1.37溫度差校正系數(shù)可近似取1 .Q=WPc(t 2

17、-t 1)=310X968X4.203 X (97-82)/3600=5255.1kw/m 2k_ _， 2S=n：t dL=488X3.14 X 0.025 X4=153mK=Q/(S Atm)=5255.1/(153 X 61.2)=0.56 kw/m 2k(3)使用兩年后11bdodK 00dmi di11bd0d0K0dmi di12.5 0.025251.620.5645 22.57.384 202.0 0.62kw/m kK01/ 一 Rso0bd0dmdoidi11/0.00066202.5 0.02545 22.5257384.0 200.0004 英2022339.7w/m2

18、k 0.34kw/m2k參考開車時(shí)情況，可認(rèn)為換熱器兩端溫差之比大于1小于2,用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值溫度校正系數(shù)仍取1.由熱量衡算知 _ _ _ _ _ _ ; .T 2=Ti-WCP(t 2-t i)=161-1.37(t 2-82)由速率式知：Wc C pc t2t1T1 KgS t2T2t12代人已知條件化簡(jiǎn)得： TOC o 1-5 h z T2=14.5t 2-1186(2)聯(lián)立(1)(2)得:T 2=147.3 C HYPERLINK l bookmark36 o Current Document t2=92C由計(jì)算結(jié)果看出換熱器仍滿足生產(chǎn)要求. _ _熱流量之比為：Q/Q=(9

19、2-82)/(90-82)=1.25說明換熱器的換熱能力仍有25%勺裕度.非定態(tài)傳熱已知冷一油槽裝有一噸熱的重油，用冷卻水流經(jīng)裝于槽內(nèi)的盤管式換熱器以冷卻重油。卻水的流量為2kg/s ,水的進(jìn)口溫度維持 20c不變。由于油-水間的傳熱，2小時(shí)內(nèi)將油從120 c冷卻到80 C,已知冷卻盤管的傳熱面積為已知水的比熱為 4.18KJ/kgK熱損失。(浙大94/12)解：由熱衡算,重油的比熱為2m2。試核算該換熱器的傳熱系數(shù)。3.00KJ/kgK ,槽內(nèi)溫度均勻一致，并可略去GC hdTWc CPCt1 d 1速率式Wc C pc tt1KStInt1t1T Int1KSWc C pcexpKSWcC

20、pct11 exp2代入1積分得I T1t1InT2t1代入數(shù)值得Wc Cpc.1WhexpKSWCC PC2:K 107.8W/m2有一帶夾套的反應(yīng)釜，釜內(nèi)盛有某反應(yīng)液。反應(yīng)液的初始溫度為20 C。釜內(nèi)液體由于劇烈地?cái)嚢杩烧J(rèn)為溫度均一。反應(yīng)液需加熱到80 C進(jìn)行反應(yīng)。(1)若夾套內(nèi)通以120 c的蒸汽加熱，已知前 10分鐘反應(yīng)液的溫升為 60 C,則反應(yīng)液由 初始溫度加熱至反應(yīng)溫度需要多少時(shí)間？(2)若夾套內(nèi)通以進(jìn)口溫度為120 C的熱流體加熱，前 10分鐘反應(yīng)釜的溫升同樣為60 C,則反應(yīng)液由初始溫度加熱到反應(yīng)溫度需多少時(shí)間？(熱流體無相變)(華化96/20)解(1)熱流體有相變時(shí)GC pc dt K T t SdGC pc 匕 dt1-.KS t T t(2)熱流體無相變時(shí)GCPC dt WhCPh T1TdT1TWhCpc TiT KS-,Ti tIn GC PCP InKS1,Tit KSIn TtWhCphTiexp 斐WCph1 exp tWhCphT t(2)代人 1)得：2GInE,KS 工t2叫Cph1 exp - WCphWCph 1KSexp WhCphKS23.某容器內(nèi)盛有質(zhì)量為 G的熱流體，比熱為Cp1。器內(nèi)裝有蛇管換熱器，其傳熱面積為A,