化工原理傳熱練習題(DOC)

1、傳熱概念：1、傳熱的三種基本方式2、如何測定及如何提高對流傳熱的總傳熱系數K4、如何強化傳熱計算公式（ 1 ）熱量衡算（有相變、無相變）K 的計算、平均溫度差、總傳熱速率方程、傳熱面積的計算（判別是否合用）（例4 8）（ 2）流體在圓形管內作強制湍流流動時 計算式（公式、條件），粘度 對 的影響。（ 3）實驗測K （ 例 4 9）（ 4）換熱器操作型問題（求流體出口溫度，例4 10）二 實驗題（10）1. 利用過熱蒸汽進行傳熱實驗的過程中，若運行一段時間后，傳熱膜系數下降，可能的原因是什么？如何解決？2. 蒸汽冷凝傳熱時，為什么要排放不凝性氣體？內管壁溫接近于哪一側流體的溫度？3. 為了提高換

2、熱器的總傳熱系數K，應提高空氣側，還是水側的和 S？為什么？換熱器中冷熱流體的流動方向有幾種，當選擇流向時應如何考慮？4闡述液體沸騰曲線的基本形狀，一般沸騰應處于什么狀態(tài)才能達到較好的換熱效果？1 、 （ 4分）換熱器中冷熱流體的流動方向有：逆流，并流，折流和錯流。（ 1 分）當采用逆流時，在傳熱量和總換熱系數一定的情況下，換熱器的傳熱面積較小，另外， 采用逆流還可以節(jié)省加熱介質或冷卻介質的用量。通常，換熱器盡可能采用逆流操作。（ 1 分）當某些特殊工藝要求時，對流體的溫度有所限制，如冷流體被加熱時不能超過某一溫度，或熱流體被冷卻時不能低于某一溫度時，可采用并流。（ 1 分）采用折流或錯流時，

3、主要是為了滿足換熱器的結構要求，或提高總傳熱系數。（ 1 分）2 、 （ 6 分） 液體沸騰曲線主要包括自然對流、泡狀沸騰和膜狀沸騰。（ 3 分）一般沸騰應處于泡狀沸騰狀態(tài)才能達到較好的效果，此時傳熱系數和熱通量都較大。（ 3 分）5灰體的定義及特點6、 設計一套實驗裝置要求既可以測量總傳熱系數，又可同時測量對流傳熱系數，標注儀表、儀器名稱。并簡要說明試驗步驟，需要測量那些參數。？三 計算題 （ 60 分）1.5kg/s ，由3 （ 20 分）在一列管式換熱器內用水冷卻苯。苯走管程，流量為80oC 被冷卻至30oC。冷卻水在殼程內呈湍流流動，且與苯逆流流動，其進口溫度為20oC，出口溫度為50

4、oC。已估算出苯側和水側的對流傳熱系數分別為900W/(m2K)、 1700W/(m2K)； 苯的平均比熱為1.9kJ/(kg.K) 。 若列管為 25 2.5mm的鋼管， 長 3 米， 其導熱系數為45W/(m2K)， 并忽略污垢熱阻及換熱器的熱損失，試求：( 1)所需換熱器的列管數為多少？( 2)若其它條件不變，冷卻水的流量變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑩Q熱器的列管數又為多少？2. 解： Q KS tm Kn d0 L tm(3 分 )其中， Q WhCph （T1 T2） =1.5 1.9 103 （ 80-30） =142.5（ kW）（2 分 ）11 d0 b d01i di dm 0=490.5

5、W/（m 2K） （3 分 ）1252.5 10 3 251900 2045 22.517002 )若其它條件不變，冷卻水的流量變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則tmt1 t2t1ln 1t2Kd0L tmW/（m2K）（2 分 ）30 10ln3010=18.2（ C ）3142.5 10333.14 490.5 25 10 3 3 18.267.7(根)（3 分 ）（2 分 ）020.8 1700 2959.871K =559.1 W/（m 2.K）1 b d01idm0（3 分 ）則 n59.4（根）Kd0L tm（2 分 ）2、 ( 20 分)用一傳熱面積為3m2(以外表面積為準)，由 25 2.5m

6、m 管子組成的單程列管式換熱器，用初溫為10的水將機油由200冷卻至100，水走管內，油走管間。已知水和機油的質量流量分別為1000kg/h 和 1200kg/h， 其比熱容分別為4.18kJ/(kg K)和 2.0kJ/(kg K)，水側和油側的對流表面?zhèn)鳠嵯禂捣謩e為2000W/(m 2 K)和 250W/(m 2 K)， 兩側可視為呈逆流流動，如不計算管壁及污垢熱阻：( 1 ) 試計算說明該換熱器是否合用？（ 2）夏天， 水的初溫達到30時，該換熱器是否合用？（假設 K 不改變） ， 如不合用，如何解決？四。計算題：.（ 20分）解： （ 1） QWhCph TWCCpc t K0A0 t

7、m1200 2.0 (200 100)10001000 4.18 (t2 10)360010003600W3 分）t267.4200 10067.4 10tm132.6 90 111.3132.690K011 d00 i di1125250 2000 20216.21W/m2 K3 分）1200 2.0 (200 100) 1000216.21 111.3 A3600A= 2.77 m 2 3 m2 不合用 . 可增加換熱面積,兩臺串聯(lián)使用.（ 4 分）4. （ 15 分）某車間有一臺運轉中的單程列管換熱器，熱空氣走管程，由120 C 降至 80 C，其對流傳熱系數1=50 W/m 2 C。

8、殼程的水被加熱，水進口溫度為15 C， 出口升至90 C，其對流傳熱系數2= 2000W/m 2 C。管壁熱阻、壁厚及污垢熱阻可不計，換熱器系逆流操作，水的流量為2700kg/h，平均比熱為4.18kJ/kg K，試計算換熱器的傳熱面積。解： （ 1） K 1148.8W/m2 C111112502000tmt1 t2(80 15) (120 90)ln t1 t2ln 80 15120 9045.3 CQ W水 Cp水 (90 15) 2700 4.18 1000 75/ 36002.35 105WQ2.35 105210 分）A106.4mK tm48.8 45.3六 （ 20 分） 逆流

9、換熱器中，用初溫為20的水將1.25Kg/s 的液體 （比熱為1.9KJ/（Kg ）,密度為 850 Kg/ m3） ，由80冷卻到30，換熱器列管直徑為 25 2.5 mm，水走管內。水側和液體側的對流傳熱系數分別為0.85 和 1.70 kw/（m 2），污垢熱阻可忽略。若水的出口溫度不能高于50，求換熱器的傳熱面積；換熱器使用一段時間后，管壁兩側均有污垢生成，水側污垢熱阻Rsi =0.00026 m 2/w，油側污垢熱阻Rs0=0.000176 m2/w，求此時基于管外表面的總傳熱系數K0。產生污垢后熱阻增加的百分數注：管壁導熱系數為 =45 w/（m ）3 分）Q WhCph(T1 T

10、2) 1.25 1.9 (80 30) 119kW211 bd01d00dm i ditmS0K0110.00252512517004522.585020(T2t1 )(T1t2 )lnTT12 tt21K0 tm3119 103472 18.2472W/m2 C(80 50) (30 20)ln80 5030 20213.9m211 R bd01 d 0 R d 00s0dm idisidi3 分）18.2 C3 分）3 分）110000176 0.0025 25125 000026 251700.4522.585020.20381.53W / m2 C5 分）3 分）0.000176 0.

11、00026 22055.01 10 42023.63%10.002525125.17004522.5850200.0021220 分） 現有一列管式換熱器，內有 25 2.5 mm鋼管300 根，管的有效長度為2m，要求將 8000Kg/h 空氣于管程內由20加熱到85， 采用 108的飽和蒸汽于殼程冷凝加熱，冷凝熱在飽和溫度下排出，蒸汽冷凝傳熱系數1 104w/（m2 ）， 空氣對流傳熱系數為90 w/（m 2 ） ，管壁及兩側污垢熱阻可忽略，不計熱損失，空氣在平均溫度下比熱為1KJ/(Kg ) 。求基于管外表面的總傳熱系數K02. 核算該換熱器是否滿足要求。用一段時間后管內產生了污垢，使空

12、氣出口溫度變?yōu)?0，求此時管內污垢熱阻。1K01 1d0idi11 10412520.014m2 C W90 20K071.49W m2 C3 分）tm(T t1) (T t2)ln T t1T t2(108 20) (108 85) 4844 C108 20.ln108 853 分）QWcCpc(t2t1)800036001000 (85 20) 144.44 103W/m23 分）S0KQtm3144.44 103241.71m271.49 48.442 分）2 分）分）QWcCpc (t2 t1)tm80003600321000 (50 20) 66.67 103W/m2(T t1) (

13、T t2) (108 20) (108 50)lnT t1T t211K00 id0diRsi d0 didi 111 dRsi( i d0 K00 i2 分）ln108 20108 50QK00 S tm2010)(di25 19.6672 C2 分）66.67 103219.66W /m C47.1 720.014) 0.0295m2 C/W2S實際n d0l 3000.025 2 47.1m2 S0 S實際所以， 該換熱器合用。分）3 （ 20 分）在一列管式換熱器內用水冷卻苯。苯走管程，流量為1.25kg/s ，由80oC 被冷卻至30oC。冷卻水在殼程內呈湍流流動，且與苯逆流流動，其

14、進口溫度為20oC，出口溫度為50oC。已估算出苯側和水側的對流傳熱系數分別為850W/（m2K）、 1700W/（m2K）； 苯的平均比熱為1.9kJ/（kg.K） 。 若列管為 25 2.5mm的鋼管， 長 3 米， 其導熱系數為45W/（m2K）， 并忽略污垢熱阻及換熱器的熱損失，試求：（ 1）傳熱速率為多少？（ 3）總傳熱系數K為多少？（ 2）所需換熱器的列管數為多少？3 解： Q KS tm Kn d0 L tm其中， Q WhCph（T1 T2） =1.5*1.9*10 3*（ 80-30 ） =142.5 （ kW）1 d0 b d01252.5 10 3 251=490.5W/

15、(m 2.K)i di dm 0900 2045 22.51700tmt1t2 30 10ln t1t2ln3010=18.2( C )故n67.7 （根）142.5 103Kd0L tm3.14 490.5 25 10 3 3 18.2五、 （ 20 分）有一逆流套管換熱器，由 57 3.5mm與 89 4.5mm鋼管組成。甲醇在管內流動，流2量為 5000kg/h ，由60冷卻到30，甲醇側的對流傳熱系數為1512W/m，冷卻水在環(huán)隙流過，入口溫度20，出口溫度35，忽略熱損失、管壁及污垢熱阻，且已知甲醇平均比熱為 2.6 kJ/kg ，定性溫度下水的黏度為 0.84cp ，導熱系數為0.

16、61W/m2，比熱為4.174 kJ/kg ，密度為1000Kg/m3, 冷卻水在環(huán)隙中流動的對流傳熱系數可由下式計算：C08p 04o 0.023 Re0.8（p）0.4，求：de1 冷卻水用量。2 總傳熱系數K。3 所需套管長度。5、 （ 20 分）1 冷熱流體均無相變，且無熱損失，所以：QWCCpc（t2t1）WhCph（T1T2）5000/ 3600 2.6103（60 30） 1.083105W（ 3分）QWCCpc(t2t1)1.083 1054.174 103 (35 20)1.73Kg/s2 環(huán)隙當量直徑：deDi do(0.089 2 0.0045) 0.057 0.023m

17、u220.785 (Di2 do2 )1.730.785 (0.01802000.0572)0.7m/s2 分）2 分）2 分）Re ude1000 0.7 0.023220.7m/s0.785 (0.082 0.0572)Cp 0.84 10 3 4.174 1035.750.61則 o 0.023Re0.8( Cp )0.4 0.023 0.61 (1.92 104)0.8 5.750. 4 3279.7W/m2 C ( 2 分)de0.023K010d0 di944.4W /m2 C11 573279.71512 503 分）tm25 10ln t1t2ln 251016.4 C3 分）

18、360303520Q KS tm K d0l tmQK d0 tm51.083 105944.4 3.14 0.057 16.439.1m3 分）六、 （20 分 ） 在一臺新套管換熱器中，冷卻水在 25 2.5mm 的內管中流動，以冷凝環(huán)隙間的某飽和蒸汽。當冷卻水的流速為0.4m/s 和 0.8m/s 時，測得基于內管外表面的總傳熱系數分別為1200W/m 2 K和1700W/m 2 K。水在管內為湍流，管壁的導熱系數為45w/m ?K。水流速改變后可認為環(huán)隙間冷凝的傳熱膜系數不變，試求：（ 1）當水的流速為0.4m/s 時，管壁對水的對流傳熱系數為多少？（ 2）管外蒸汽冷凝的對流傳熱系數為

19、多少？（ 3）若操作一段時間后，水流速仍維持0.4m/s ，但測得的總傳熱系數比操作初期下降10% ，試分析可能的原因，并論述此時蒸汽的冷凝量是否也下降10%6、 （ 20 分）解：對于新?lián)Q熱器，可忽略污垢熱阻，有1 dobdo1K ididmo其中di （0.025 0.0025 2） 0.02mdo 0.025mdm0.025 0.02ln 0.0250.020.0050.2230.0224m冷卻水流速為0.4m/ s時112000.0250.0025 0.0251i 0.0245 0.02241.2518.33 10 40.620 10 4io47.71 10 41.251）（ 5 分）

20、流速為0.8m/s時u 2u0.8i 2 i 1.74 i10.0250.0025 0.025117001.74 i 0.0245 0.0224 o5.88 10 40.718 0.620 10 41io5.26 10 40.71812） （ 5 分）1.83 10 40.532i3 分）i 2907W /m2 K2）求 管外蒸汽冷凝的對流傳熱系數將（1）的計算結果帶入式（1）中，得7.71 10 41.2512907 o4417.71 10 4 4.30 10 412o42933W/m2 K（ 3分）o （7.71 4.30） 10 4（ 3） 操作一段時間后，水流速仍維持0.4m/s ，但

21、測得的總傳熱系數比操作初期下降10% ，其原因可能是污垢熱阻造成的。根據 Q K S tm WcCpc (t2 t1) WhrK 0.9K 時， Q 也必定減小，而t 2也會減小，從而t m也隨之減小，所以Q 0.9Q ， Wh 0.9Wh4 分）即， 蒸汽的冷凝量下降超過10%三、 （ 20 分， 08 考研）有一單程管殼式換熱器，內裝有 25 2.5mm 的鋼管 300 根，管長為2m。要求將流量為8000kg/h 的常壓空氣于管程由20加熱到85，殼方選用108的飽和蒸汽冷凝。若蒸汽側冷凝的對流傳熱系數為1 104W/（m 2. ），忽略管壁及兩側污垢熱阻和熱損失?？諝庠谄骄鶞囟认碌奈镄?/p>

22、常數為cp=1kJ/（kg. ）， 2.85 10 2W/（m. ）， 1.98 10-5Pa.s。試求： （ 1 ）空氣在管內的對流傳熱系數；（ 2）換熱器的總傳熱系數（以管子外表面為基準）；（ 3） 通過計算說明該換熱器能否滿足要求；（ 4） 計算說明管壁溫度接近哪一側的流體溫度。（ 20 分， 05 考研）在套管換熱器中用120的飽和蒸汽于環(huán)隙間冷凝以加熱管內湍流的苯。苯的流量為4000kg/h，比熱容為1.9kJ/（kg ），溫度從30升至60。蒸汽冷凝傳熱系數為1 104W/（m2 ）,換熱管內側污垢熱阻為4 10-4m2 /W， 忽略管壁熱阻、換熱管外側污垢熱阻及熱損失。換熱管為

23、54 2mm 的鋼管，有效長度為12m。試求：（ 1）飽和蒸汽流量（其冷凝潛熱為2204kJ/kg） ；（ 2）管內苯的對流傳熱系數 i；（ 3）當苯的流量增加50%、但其他條件維持不變時，苯的出口溫度為若干？（ 20 分， 06 考研）一列管式換熱器，管徑為 25mm 2.5mm，傳熱面積為10m2（按管外徑計） 。 今擬用于使80的飽和苯蒸氣冷凝、冷卻到50。苯走管外，流量為 1.25kg/s ；冷卻水走管內與苯逆流，流量為 6kg/s ， 進口溫度為10。現已估算出苯冷凝、冷卻時的對流傳熱系數分別為1600W/（m2 K）和 850 W/（m2 K）；水的對流傳熱系數為2500W/（m2

24、 K）。忽略管壁兩側污垢熱阻和管壁熱阻。已知水和苯（液體）的比熱容分別為 4.18 103J/（kg K）和1.76 103J/（kg K），苯蒸氣在80的冷凝潛熱為395103J/kg 。問此換熱器是否合用？（ 20 分， 07 考研）有一套管換熱器，某流體走殼程，水走管程，逆流換熱。工藝上要求將流量為 870kg/h 的此流體從120冷卻至70，其比熱容為3.36 kJ/（kg? ），它對管壁的對流傳熱系數為2326W/（m 2? ），并可視為不變。已知內管為 57 3.5mm 的鋼管，水的進口溫度為20。此換熱器剛投入使用時很清潔，當流體出口溫度為70時，測得水出口溫度為 50， 管壁對水的對流傳熱系數為873 W/（m 2? ） ， 水的比熱容為4.174 kJ/（kg ? ）， 水的密度為994 kg/m 3。由于冷卻水的水質問題，管內壁結垢，使用一年后致使水的出口溫度降為 45。管壁熱阻及外壁污垢熱阻可忽略不計，且管內外對流傳熱系數可視為不變。試求： （ 1 ）新