傳熱大題資料

化工原理傳熱大題222.89.127.*1樓有一個套管換熱器，外管為φ84×4mm,內(nèi)管為φ57×3.5mm的鋼管,有效長度為50m。用120℃的飽和水蒸汽冷凝來加熱內(nèi)管中的油。蒸汽冷凝潛熱為2205kJ/kg。已知油的流量為7200kg/h,密度為810kg.m-3,比熱為2.2kJ/（kg.K）,進口溫度為30℃,出口溫度為80℃。試求：(1)蒸汽用量；(不計熱損失)(2)傳熱系數(shù)。

【解】（1）蒸汽用量Q放＝W.ｒ＝2205×w.kJ.h

Q吸＝W'.Cp(t出－t入)

＝7200×2.2×（80－30）＝7.92×105kJ.h-1

Q放＝Q吸

∴ｗ＝7.92×105/2205≈359.2kg.h-1

（2）傳熱系數(shù)的計算由Q＝KAΔtm

Δtm＝（(120-30)-(120-80)）/ln（(120-30)/(120-80)）

＝50/ln（90/40）＝61.66℃

∴Ki＝Q/AiΔtm

＝7.92×10/[60×π×(50/1000)×61.66]

≈1363kJ.h-1.m-2.K-1

＝378.8(w.m-2.K-1)

頂0舉報|2011-06-2723:29回復(fù)222.89.127.*222.89.127.*222.89.127.*舉報|2011-06-2723:35回復(fù)222.89.127.*5樓＝378.8(w.m-2.K-1)

11.在換熱器中流量為2000kg/h的熱水將流量為3000kg/h的冷水加熱,熱水進口溫度T1＝85℃,冷水進口溫度t1＝15℃,如要求將冷水加熱到t2＝40℃,求采用并流和逆流時的平均溫度差。（冷、熱水的平均比熱近似相等）。

【解】G1C（T1－T2）＝GC（t2－t1）

2000（85－T2）＝3000（40－15）

得T＝47.5℃

并流時85℃→47.5℃

15℃→35℃

________________

7012.5

Δt＝（70－12.5）/（ｌｎ70/12.50）＝33.4℃

逆流時85℃→47.5℃

35℃←15℃

________________

5032．5

Δt＝（50＋32.50）/2＝41.25℃

12.60m3/h的空氣在套管換熱器的內(nèi)管被加熱到323K，內(nèi)管規(guī)格為φ57×3.5mm，試求管壁對空氣的對流給熱系數(shù)。已知：空氣在定性溫度t=323K時，物性數(shù)據(jù)如下：μ=1.96×10-5Pa.s,λ=2.826×10-2w/（m.K）,Cp=1.017×kJ/（kg.K）

【解】α=0.023(λ/d)(dUp/μ)(Cpμ/λ)

U=Vs/A=8.49m.S-1

ρ=W/V=PM/RT=2.19kg.m-3

α=0.023×(2.826×10-2/(0.05)×

[0.05×8.49×2.19/1.96×10-5]0.8×

[1.017×103×1.96×10-5/2.826×10-2]0.4

=62.27w.m-2.K-1

13.在列管換熱器中,把氫氧化鈉溶液從70℃冷卻到35℃,氫氧化鈉走管內(nèi),流量為2.22kg/s,比熱為3770J/（kg.K）,氫氧化鈉對管壁的對流傳熱系數(shù)為930w.m-2.K-1?，F(xiàn)用15℃的水作為冷卻劑,水走管外,逆流操作，流量為1.67kg/s,比熱為4180J/（kg.K）,管壁對水的傳熱系數(shù)為1000w.m-2.K-1,(管壁熱阻及垢阻略計，熱損失為零，可近似按平壁處理)，求冷卻劑出口溫度及所需傳熱面積。

【解】Q＝G1Cp1(T1-T2)=2.22.11×3770×(70-35)=292929ｗ

忽略熱損失,則Q＝G2Cp2(t2-t1)

即292929=1.67×4180(t2-15)

得t2=57℃

∵Δt1/Δt2＜2

∴Δtm＝（13＋20）/2＝16.5℃

∵為薄壁園筒,∴按平壁近似計算

K＝α1α2/(α1+α2)=930×1000/(930+1000)

=481.9w.m-2.K-1

∴A＝Q/KΔtm＝292929/(481.9×16.5)=36.8m2

14.一套管式油冷卻器里，熱油在φ25×2.5mm的金屬管內(nèi)流動，流量216kg/h，油的進、出口溫度分別為150℃和80℃，水的進口溫度為20℃，流量216kg/h。油側(cè)給熱系數(shù)為1.5kw.m-2.K-1，水側(cè)給熱系數(shù)為3.5kw.m-2.K-1。油的比熱為2.0kJ/（kg.K），試求逆流換熱時所需管長。已知水的比熱為1.0kcal/（kg.K），（忽略管壁及垢層熱阻）

【解】216×2×(150-80)=216×4.187(t-20)

t=53.4℃

q=(216/3600)×2000×(150-80)=8400w

Δtm=(96.6-60)/ln(96.6-60)=76.85℃

1/K=(1/1500)+(1/3500),K=1050w.m-2.K-1A=q/(k.Δtm)=πdl

l=8400/(1050×76.85×π×0.0225)=1.47m

15.在列管式換熱器中用水冷卻空氣,水和空氣逆流流動，水和空氣的進口溫度分別為20℃及110℃,在換熱器使用的初期,冷卻水及空氣的出口溫度分別為45℃及40℃,使用一年后,由于污垢熱阻的影響,在冷熱流體的流量及進口溫度不變的情況下,冷卻水出口溫度降至38℃。（熱損失可以忽略不計）求(1)空氣出口溫度變?yōu)槎嗌?(2)總傳熱系數(shù)為原來的多少倍?

【解】（1）初期m1Cp1(110-40)=m2Cp2(45-20)=KAΔtm

一年后m1Cp1(110-T2')=m2Cp2(38-20)=K'AΔtm'

(110-T2')/(110-40)=(38-20)/(45-20)

解得T2'=59.6℃

（2）Δtm＝（(110-45)-(40-20)）/ln(65/20)=38.2℃

舉報|2011-06-2723:35回復(fù)222.89.127.*6樓Δtm'＝（(110-38)-(59.6-20)）/ln(72/39.6)=54.2℃

(38-20)/(45-20)=(K'/K)×(54.2/38.2)

解得K'/K＝0.507

16.一釜式反應(yīng)器在100℃恒溫反應(yīng)，用蛇管冷卻器取走反應(yīng)熱，使其溫度恒定。蛇管換熱面積為A時，冷卻水進口溫度為20℃，出口溫度80℃。假定冷水流量及進水溫度不變，而得蛇管面積增大一倍，此時水的出口溫度為多少?（假設(shè)傳熱系數(shù)不變）

【解】Q1=KA1Δtm1=GCp(80-20)

KA1[(100-20)-(100-80)]/ln(80/20)=GCp(80-20)

KA1/(GCp)=ln(80/20)------(1)

Q=K.2A1Δtm2=GCp(t2-20)

2KA1[(100-20)-(100-t2)]/ln[80/(100-t2)]=GCp(t2-20)

2KA1/GCp=ln[80/(100-t2)]-------(2)

(2)/(1)得:2ln(80/20)=ln[80/(100-t2)]

t=95℃

17.100℃的水蒸汽被冷卻水冷凝，冷凝潛熱為2258.4kJ/kg,總傳熱系數(shù)2039w.m-2.K-1，換熱器的傳熱面積為25.5m2,15℃的冷卻水以2.25×105kg/h的流量在管內(nèi)流過,設(shè)總傳熱溫差可以用算術(shù)平均值計算,求水蒸汽冷凝量kg/h?

【解】Q=Gc·Cpc(t2-t1)=KA△tm,

△tm=[(100-15)+(100-t2)]/2=(185-t2)/2

Q=2.25×105×4.18×103×(t2-15)/3600

=2039×12.75×(185-t2)/2

t2=23.1℃

Q=2039×12.75×(185-23)/2=2105kw

D=2105×3600/2258.4=3355kg.h-1

18.某液體被河水從140℃冷卻至40℃，液體處理量為7000kg/h（比熱為2.3kJ/（kg.K），河水進口溫度為20℃，出口溫度30℃，采用逆流操作。若傳熱系數(shù)K0=700w.m-2.K-1，熱損失不計，試求：(1)冷卻水的耗用量，以m3/h表示[水的比熱為4.18kJ/（kg.K），密度1000kg.m-3](2)現(xiàn)倉庫有一臺單程列管式換熱器，內(nèi)有φ19×2mm的鋼管60根，管長3m，試核算該換熱器可否滿足上述工藝要求？

【解】Q=mh1×Cp1(T1-T)=7000×2.3×(140-40)=1.61×106kJ.h-1

Q=mh2Cp2(t-t)

mh2=Q/Cp2(t-t)=1.61×106/[4.18×(30-20)]=3.852×10kg.h-1

Vh=3.852×104/103=38.52m3.h-1

Ao=πdoln=π×19×10×3×60=10.74m2

△t=(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)=(110-20)/ln(110/20)=52.7℃

Ao'=Q/(Ko×△tm)=1.16×106×103/(3600×700×52.7)=8.73m

∵Ao>Ao'

∴此換熱器可滿足工藝要求

19.為了測定套管式甲苯冷卻器的傳熱系數(shù),測得實驗數(shù)據(jù)如下：冷卻器傳熱面積A＝9m2,甲苯的流量為2000kg/h,由80℃冷卻到40℃,甲苯的平均比熱為1.84kJ/（kg.K）。冷卻水從20℃升高到30℃,兩流體呈逆流流動,求所測得的傳熱系數(shù)K為多少?若水的比熱為4.18kJ/（kg.K）,求水的流量。

【解】熱負(fù)荷Q＝ｗhｃPh（T1－T2）

＝2000/3600×1.84（80－40）

＝40.9ｋｗ

Δt：80→40

30←20

________________

5020

Δt＝（50－20）/ｌｎ（50/20）＝32.7℃

K＝Q/（Aδtm）

＝40.9×10/（7×32.7）

＝178ｗ.m-2.K-1

Q＝ｗCｃPC（t2－t1）

ｗ＝Q/[ｃPC（t2－t1）]

＝40.9/[4.18（30－20）]

＝0.978kg.s-1

＝3522kg.h-1

20.有一逆流熱交換器，將1.5kg/s的苯從77℃冷卻至27℃，苯的平均比熱Cp為1.88kJ/（kg.K）。冷卻水的進、出口溫度分別為25℃和47℃。換熱器采用φ25×2.5mm的鋼管，水在管內(nèi)，苯在管外，水和苯的傳熱分系數(shù)分別為α1＝850w.m-2.K-1和α2＝1700w.m-2.K-1。鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝49w/（m.K）。若忽略污垢的熱阻，試求冷卻水消耗量及管子的總長度。

舉報|2011-06-2723:35回復(fù)222.89.127.*7樓解】q=CpG(t2－t1)=117.5KJ/S

W=117.5/[4.187×(47-25)]=1.276kg.S-1

Δt=[(77-47)-(27-25)]/[ln(30/2)]=10.34℃

1/K=1/α1+1/α2+δ/λ

K=550.7w.m-2.K-1

A=q/K.Δt=20.635m2

L=A/πdm=292.1m

21.在厚度為240mm的磚墻內(nèi)抹上10mm厚的砂漿，磚的導(dǎo)熱系數(shù)為0.6W/（m.K）,砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)為0.4W/（m.K）。若內(nèi)外表面溫度差保持為30K，求通過單位面積墻面的熱流量。

【解】此題是通過雙層平壁的傳熱，設(shè)傳熱面積為1m2，則有：

W

22.燃燒爐的壁由一層耐火磚與一層普通磚組成，兩層厚度均為100mm，其導(dǎo)熱系數(shù)為1.163W/（m?K）及0.5815W/（m?K）。當(dāng)操作達到穩(wěn)定后，測得爐內(nèi)外表面的溫度為700℃和130℃。為了減少熱損失，在爐壁外表面增加一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.07W/（m?K）的氧化鎂，測得穩(wěn)定時的內(nèi)外壁面溫度為740℃和90℃，而熱損失減少了2/3。求氧化鎂層的厚度。

【解】開始是通過雙層平壁的導(dǎo)熱，設(shè)導(dǎo)熱面積為，其傳熱，為：

增加氧化鎂，成為三層平面壁的導(dǎo)熱，因熱損失減少了2/3，故傳熱量為：

=R=0.6250.071=0.044m=44mm

23.Ф170×5的蒸氣管外包扎兩層絕熱材料，第一層厚25mm，第二層厚40mm，兩層的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.08W/（m·K）和0.04W/（m·K），蒸氣管導(dǎo)熱系數(shù)為58.15W/（m·K）。若管內(nèi)壁為300℃，絕熱材料外表面為50℃。試求每米管長熱損失。

【解】此為三層圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，依題意：

,可用算術(shù)平均值求每米管長的平均面積

=2π1=0.518m

同理可求：Am=0.612mAm=0.816m

Q=

24.Ф50×3的鋼管外包扎兩層絕熱材料，內(nèi)、外厚度分別為25mm和40mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.08W/（m·K）及0.04W/（m·K）。若內(nèi)層內(nèi)表面及外層外表面的溫度分別為275℃及57℃，求每米管長熱損失及兩絕熱層界面之間的溫度。

【解】由于是穩(wěn)定熱傳導(dǎo)，故每米管長的熱損失可用兩層絕熱材料的傳熱量計算。已知：r1=0.025m,r2=0.050m,r3=0.090m

Am=2π1=0.2355m

Am=2π1=0.4396m

Q=

設(shè)界面溫度為t,則有：

解出：t=194.7

25.水以1m/s的速度在Ф48×3.5的管內(nèi)流動。水進管的溫度為20℃，出管溫度為80℃。求管壁對水的傳熱分系數(shù)。

【解】先求定性溫度，

水在50時的物性數(shù)據(jù)為：

管壁對水的傳熱分系數(shù)為

26.水在套管熱交換器的內(nèi)管流動，流量為700kg/h,進口溫度為20℃，出口溫度為50℃。乙醇在套管環(huán)隙流過，進口溫度為78℃，出口溫度為30℃。該條件下乙醇的導(dǎo)熱系數(shù)為0.15W/（m·K），密度為752kg/m3,粘度為0.61×10-3N·s/m2,平均比熱為2.8kJ/(kg·K).若熱交換器的內(nèi)管及外管尺寸分別為Ф20×2.5及Ф30×2.5，試求水及乙醇的傳熱分系數(shù)。設(shè)熱損失為零。

【解】⑴先求水的傳熱分系數(shù)

水的定性溫度

35時水的物性數(shù)據(jù)需用內(nèi)插法計算，以密度計算為例，水在30時的密度為995.7，40時密度為992.2，故在35時密度為：

同樣計算的：

⑵求乙醇的傳熱分系數(shù)

乙醇的質(zhì)量流量w可由熱量衡算求出：

流道尺寸需用傳熱當(dāng)量直徑de’計算

27.用冷凝器將熱流體從80℃冷卻至40℃，熱流體流量為0.54kg/s，平均比熱為1.38kJ/(kg·K)，冷卻水溫度由30℃升至45℃。試求冷卻器的熱負(fù)荷及冷卻水用量，不計熱損失。

舉報|2011-06-2723:35回復(fù)222.89.127.*8樓【解】冷卻器的熱負(fù)荷可由熱流體放熱量計算：

冷卻水用量可由熱量衡算計算：

=

28.苯在套管式冷卻器內(nèi)管內(nèi)流動，流量為2000kg/h，溫度從74℃降至45℃。冷卻水在套管環(huán)隙內(nèi)逆流流動，溫度從25℃升至40℃。冷卻器傳熱面積為2m2,該條件下苯的平均比熱為1.82kJ/(kg·K)。試求傳熱總系數(shù)K。

【解】求傳熱系數(shù)K,需用傳熱基本方程,傳熱速率可由熱量衡算計算：

29.石油廠常利用渣油廢熱來加熱原油。若渣油初溫為300℃，終溫為200℃；原油初溫為25℃，終溫為175℃。試分別計算并流和逆流時的平均溫度差，并討論計算結(jié)果。

【解】⑴兩流體作并流流動

渣油

原油

=275t=25

⑵兩流體作逆流流動

渣油

原油

t=125t=175

由計算結(jié)果可知，當(dāng)兩流體的進、出口溫度是確定值時。逆流流動時的平均溫度差比并流大。

30.反映器中有一個冷凝蛇管，內(nèi)通冷卻水。冷卻水進、出口溫度分別為280K及320K，反應(yīng)器內(nèi)液體溫度為360K。若將蛇管長度增加一倍，設(shè)傳熱總系數(shù)不變，出口水溫將為多少？

【解】蛇管未加長時，有下列關(guān)系：

(1)

蛇管加長后，設(shè)出口水溫位t,則有

(2)

（A）/(B)得

(3)

而

代入（C）式得：

解出t=340K

31.水以2m/s的速度在直徑25mm、長2.5m的管內(nèi)流過。若管壁溫度為320K，水的進、出口溫度分別為293K及295K，求傳熱總系數(shù)K。

【解】水的體積流量為

水的傳熱量為

32.換熱器由n根長為3m的Ф25×2.5的鋼管組成。要求將流量為1.25kg/s的苯從350K冷凝到300K，290K的水在在管內(nèi)與苯逆流流動。已知水側(cè)和苯側(cè)的傳熱分系數(shù)分別為0.85和1.70kW/(m2·K),污垢熱阻可忽略。若維持水出口溫度不超過320K,試求所需的管數(shù)n。取苯的比熱為1.9kJ/(kg·K)，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/（m·K）。

【解】管數(shù)n可由傳熱面積A計算，而A又需由傳熱速率方程求

基于管外表面積的傳熱總系數(shù)為

33.350K的有機物蒸氣在Ф19×2的管束外冷凝。管內(nèi)通水，其流速為0.6m/s，