傳熱計(jì)算習(xí)題附詳細(xì)答案

1、傳熱計(jì)算題1. 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 ，測得導(dǎo)線溫度為167，空心管內(nèi)壁溫度為150。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。2 .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120，外求殼的平均溫度為50，周圍大氣環(huán)境溫度為20；設(shè)粉粒料與球

2、壁貼合，試求：（ 1 ）待測材料的導(dǎo)熱系數(shù)（ 2）外球壁對周圍大氣的傳熱系數(shù)3 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管內(nèi)，用來測量空氣的溫度。已知熱電偶的溫度讀數(shù)為300，輸氣管的壁溫為200 ，空氣對保護(hù)套的對流傳熱系數(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量誤差。并敘述減小測量誤差的途徑。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3m的25x 3mm的鋼管組成。殼程為120的飽和蒸汽。料液總流量為20m3/h

3、 ，按相等流量分配到兩個(gè)換熱器中作湍流流動，由 25 加熱到80 。 蒸汽冷凝對流傳熱系數(shù)為8Kw/m2. ，管壁及污垢熱阻可不記，熱損失為零，料液比熱為4.1KJ/kg. ，密度為1000kg/m 3 。試求：（ 1 ）管壁對料液的對流傳熱系數(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)對流傳熱系數(shù)和料液物性不變）25 某廠現(xiàn)有兩臺單殼程單管程的列管式空氣加熱器，每臺傳熱面積為A0=20m2 （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（冷凝潛熱為 r=

4、2054KJ/kg ） ，凝液不過冷?？諝庾吖艹蹋淙肟跍囟萾 1 =30 ，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)空氣的對流給熱 系數(shù)可用下式計(jì)算：Nu=0.02Re0.8 。（ 1 ） 若兩臺換熱器并聯(lián)使用，通過兩臺換熱器的空氣流量均等，試求空氣的出口溫度t2（ ）及水蒸汽的總冷凝量m1（kg/h）（ 2） 若兩臺改為串聯(lián)使用，試求此時(shí)空氣的出口溫度t 2（ ） 及水蒸汽的總冷凝量1 1 （kg/h） 。

5、（ 3）試比較并聯(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7 .5kg/s ，以湍流方式通過管內(nèi)。（ 1 ）若兩臺換熱器并聯(lián)使用，通過兩臺換熱器的空氣流量均等，此時(shí)空氣的對流傳熱系數(shù)為 38w/m2 ，求空氣的出口溫度t 2（ ）(2)若兩臺改為串聯(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，Cp=1 KJ/kg C ,熱損失為零)7 .有一套管換熱器，并流操

6、作時(shí)，冷流體進(jìn)出口溫度分別為25 c和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CP和K為常數(shù)。8 .在一套管冷凝器中，用130 c的飽和蒸汽將乙醇水溶液從25 c加熱到80 Co換熱器內(nèi)有效傳熱長度4m ,規(guī)格25 x 2.5mm,乙醇水溶液在管內(nèi)湍流流動，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Kc=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

7、壁的平均溫度(2)操作中管內(nèi)乙醇水溶液流量增加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)9 . 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?，F(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，忽略兩工況下蒸汽汽化潛熱的變化)10 .用一列管式換熱器將某一液態(tài)物料從

8、130c冷卻到70 C,冷卻水走管程，進(jìn)口溫度15C,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流傳熱系數(shù)比管程中 水的對流傳熱系數(shù)小得多，冷熱流體為逆流流動。采用循環(huán)水后的平均推動力可用算術(shù)平均 值計(jì)算。11 .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

9、數(shù)平均推動力法)12 .如圖，流量為 0.5Kg/h ,溫度為20 C的水(Cp=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)槎嗌伲? 2題圖13 .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：(1) 此時(shí)換熱器的熱流量有何變化？(以原工況熱流量的相對比值表示)設(shè)氣體在管內(nèi) 均

10、以達(dá)Re>104, Pr>0.7 ,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。14 .有一管程為單程的列管換熱器，由425X 2.5mm長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

11、熱系數(shù)K0(2)冷流體的出口溫度(換熱器的熱損失，管壁及兩側(cè)污垢熱阻均可忽略不計(jì))11 / 919 .解：設(shè)流動為逆流,示意如下T180 C （氣態(tài)）t228 C（冷水）T1 80 C （液態(tài)）T260 C （液態(tài)）t （?）ti 20 C（冷水）（1）冷凝：Q11260- 400 140 kw3600冷卻：Q21260 1.880 6012.6kw3600WcQ1Q2C PC t2t1140 12.64.1828 204.56kg /s實(shí)際面積Sn d°L219 3.14 0.019 2.5 2.83m2t2QiWcC pc281404.56 4.1820.6 Cud04.56 0

12、.0171 ZZZ 2 Z_ _70.785 0.0172 19 0.903 10199164.18 0.903i0.023 一 d0.8- Rei0.4Pr 2 一4690 w /m C11bd 0d012 0.019K10Ndmidi140045 18K121000.5w/m2C11bd 0d012 0.019K2Qdmidi120045 18K22894.0w/ mCt m1t2t2820.655.6 CT1t,8020.6InIn T1t28028PrC p0.6066.231917 46901917 4690t m2T2 t1 Ti t60 2080 20.6SS1S2lnti tI

13、n4059.449.1 CQ1K1 tm1Q2K 2 t m2140 100012.6 10001000.5 55.6894.0 49.122.52 0.292.81m2需要的面積小于實(shí)際面積，正確.T280 C,Wc0.7Wc0.70.82i 0.75 4690.0 3525.7 w/mbd0d02 0.01919K10Ndmidi140045 1817 3525.7K1.2927.5 w/m新工況下：WcCpct2K1Stm舊工況下：WcCpct2K1S1tm1（2）lnT上T2t22.832.52T2 3T2t2t2T2tmln S Ki s1 k?7 11 lnT1T1t2T2t2SK

14、ij S1K1 0.7-1000.51.22T2 t11.220.78030.8 20'80 20ln80 30.8 K1s tm 927.5 140kw.正確.T1tT1t280 280.2普 30.8 C54.4 C2.83 54.4 142.8kw20. 一臺新的列管換熱器，其列管的規(guī)格為。25X 2.5mm管長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

15、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)場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

16、 488/2) =1.12m/sPrReCp0.3315 4.203 2.05ud0.678968 1.12 0.02一一一一 30.3315 106.5 104(2)W hCPh(T1-T 2)=WCCPc(t 2-t 1) ' _ ' T 2=T1-WCPc(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/mk0.02tmlnTT2t2t1161 97140.5 82

17、'161 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-t 1)=310X968X4.203 X (97-82)/3600=5255.1kw/m 2k_ _， 2S=n：t dL=488X 3.14 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11bdo d oK 00dmi di11bd0d°0K0dmi di12.5 0.025251.

18、620.5645 22.57.384 202.0 0.62kw/m kK01/ Rs00bd0dmdoidi11/0.00066202.5 0.02545 22.5257384.0 200.0004 英2022339.7w/m2k 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)平均值代替對數(shù)平均值溫度校正系數(shù)仍取1.由熱量衡算知T 2=Ti-WC(t 2-t i)=161-1.37(t 2-82)由速率式知：WC C PC t2t1Ti KoS t2T2ti2代人已知條件化簡得：T2=14.5t 2-1186(2)聯(lián)立(1)(2)得:T 2=147.3 Ct2

19、=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=(92-82)/(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21. 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

20、Wc C pc tt1KStInt1t1T Int1KSWc C pcexpKSWcCpct11 exp2代入1積分得I T1t1InT2t1代入數(shù)值得Wc Cpc.1WhexpKSWCC PC2:K 107.8W/m222. 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 dtGC pcK T t SdKSt2 dtt T tGC pcInKS(2)熱流體無相變時(shí)GCPCdtWhCPh T1TdWh1cpe T1 T KSInUKST 工expKSWCph1 expKSWhCph(2)代入(1)得:2GGc叫Cph1 expWhCPhKSln8工t2WCPhWCph 1KS exp - 叫贏KS23.某容器內(nèi)盛有質(zhì)量為 蛇管內(nèi)冷卻介質(zhì)比熱為G的熱流體，比熱為Cpi。器內(nèi)裝有蛇管換熱器，其