化工原理 第3章 參考答案 (期末專用)課件

作業(yè)題：p166頁3-24有一單管程列管式換熱器，該換熱器管徑為Φ25×2.5mm，管數(shù)為37根，管長3m。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS2飽和蒸汽，自飽和溫度46℃冷卻到10℃。CS2在殼程冷凝，流量為300[kg/h]冷凝潛熱為351.6kJ/kg；冷卻水在管程流動，進口溫度為5℃，出口溫度為32℃。逆流流動。已知CS2在冷凝和冷卻時的總傳熱系數(shù)分別為：K1=291W/m2·K；以及K'2=174W/m2·K；問此換熱器是否適用（傳熱面積A及傳熱系數(shù)均以外表面積計）?46℃T2T146℃=10℃=5℃t1t232℃T→At解：供方：A2=πd2?nA2=3.14×0.025×3×37=8.71[m2]需方：Q≥QL=Q1+Q'1=Q2146℃T2T146℃=10℃=5℃t1t232℃T→AtQ=QL=Q1+Q'1=qm1r1+qm1cp1(T1-T2)Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)→qm2Q'1=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t-t1)→tQ1=qm1r1=(300/3600)×351.6=29.3[kW]Q'1=(300/3600)×0.963×103×(46-10)=2.89[kW]Q=QL=Q1+Q'1=29.3+2.89=32.19[kW]查：28℃下CS2比熱cp=0.963[kJ/kg·℃]求：?tm1、?t'm1→求A2=A1+A'1已知r=351.6[kJ/kg]CS2平均溫度tm=(46+10)/2=28℃Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)2Q'1=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t-t1)=2.89[kW]Q'1=0.285×4.187×103×(t-5)=2.89[kW]→t=7.45℃46℃T2T146℃=10℃=5℃t1t232℃T→At熱流體T1=46℃→T1=46℃→T2=10℃冷流體t2=32℃←t=7.45℃←t1=5℃14℃38.55℃5℃?t大/?t小=38.55/14>2℃?t大/?t小=38.55/5>2Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)326、有一單殼程、雙管程列管式換熱器，殼程為120℃飽和水蒸氣冷凝，常壓空氣以12m/s的流速在管程內(nèi)流過。列管為Φ38×2.5mm鋼管，總管數(shù)為200根，已知空氣進口溫度為26℃，要求被加熱到86℃，又已知蒸汽側(cè)對流傳熱系數(shù)為104[W/(m2·K)]；壁阻及垢阻可忽略不計。試求（1）換熱器列管每根管長為多少米？（2）由于此換熱器損壞，重新設計了一臺新?lián)Q熱器，其列管尺寸改為Φ54×2mm；總管數(shù)減少20%；但每根管長維持原值。用此新?lián)Q熱器加熱上述空氣，求空氣的出口溫度？解1以管外表面積A2為基準，計算K2A2=πd2?n→求?5解（1）空氣定性溫度：tm=(26+86)/2=56℃查：物性數(shù)據(jù)ρ=1.076[kg/m3]；cp=1.005[kJ/kg·℃]；λ=2.861×10-2[W/m·℃]；μ=1.985×10-5[Pa·s]Q=QL=Q1=Q2=qm2cp2(t2-t1)qm2=uAρ=u[(0.785d2)(n/2)]ρqm2=12×[(0.785×0.0332)(200/2)]×1.076=1.104[kg/s]Q2=1.104×1.005×103×(86-26)=66570[W]空氣被加熱：k=0.4設：?/d>506熱T=120℃→T=120℃冷t2=86℃←t1=26℃9434?t大/?t小=94/34>2℃7?/d=1.084/0.033<50→校正8在換熱器中，當一側(cè)為蒸汽冷凝僅發(fā)生相變求T及t2解2由于此換熱器損壞，重新設計了一臺新?lián)Q熱器，其列管尺寸改為Φ54×2mm；總管數(shù)減少20%；但每根管長維持原值。用此新?lián)Q熱器加熱上述空氣，求空氣的出口溫度？10解：分析：蒸汽飽和溫度不變，r不變qm2↑u↑α1↑K↑?tm↑Q↑QL↑qm1↑cp2=?查p451頁五，30℃及40℃水的比熱其cp=4.174[kJ/kg·K]在換熱器中，當兩流體一側(cè)發(fā)生相變時，求T及t2假設冷卻水在管內(nèi)呈湍流流動，忽略壁阻、垢阻近似按平壁計算27（第2版新加復習題）有一蒸氣冷凝器，蒸氣側(cè)對流傳熱系數(shù)α1為10000W/(m2.℃)，冷卻水側(cè)對流傳熱系數(shù)α2為1000W/(m2.℃)。已測得冷卻水進、出口溫度分別為30℃和35℃。如果將冷卻水流量增加一倍，那么蒸氣冷凝量將增加多少？已知蒸氣在飽和溫度100℃下冷凝。12℃解出：冷卻水流量增加一倍，蒸汽冷凝量q'm1將增加64%1428有一逆流操作的列管換熱器，殼程熱流體為空氣，其對流傳熱系數(shù)α1=100W/(m2.K)；冷卻水走管內(nèi)，其對流傳熱系數(shù)α2=2000W/(m2.K)。已測得冷、熱流體的進出口溫度為t1=20℃、t2=85℃、T1=100℃、T2=70℃。兩種流體的對流傳熱系數(shù)均與各自流速的0.8次方成正比。忽略管壁及污垢熱阻近似按平壁計算。其它條件不變，當空氣流量增加一倍時，求水和空氣的出口溫度t'2和T'2，并求現(xiàn)傳熱速率Q'是原傳熱速率Q的多少倍。分析：qm1↑T2↑?tm↑K↑Q↑t2↑Q'=K'A?t'm=q'm1c'p1(T1-T'2)=qm2c'p2(t'2-t1)1516兩線性方程聯(lián)立求解可得：T'2=82.3℃t'2=96.5℃?zhèn)鳠崴俾蔘'是原Q的1.18倍1729（1）查表3-10，2包圍1屬于3，φ1-2=1，C1-2=ε1C0查表3-9，氧化鋼管（250℃），ε1=0.8C1-2=ε1C0=0.8×5.669=4.535[W/(m2·K4)]（2）查表3-10，2包圍1屬于5，φ1-2=1，ε2=0.9318Am=πdm?＋0.785d外2

Am=3.14×5.68×6+0.785×62=135.27m2

查表3-10：2包圍1屬于3，φ1-2=1，C1-2=ε1C0C1-2=ε1C0=0.8×5.669=4.535[W/(m2·K4)]A=πd外?＋0.785d外2=3.14×6×6+0.785×62=141.3m2

dm=(6+5.36)/2=5.68m20T1=273+t1=273+320=593K；T=273+23=296Kλ=1.05[W/(m·K)]；Am=135.27m2；b=0.3m；φ1-2=1C1-2=4.535[W/(m2·K4)]A=141.3m2

試差求解：TW=388K→tW=115℃熱損失Q輻=641×[(3.88)4-76.8]×3600=3.46×108[J/h]或：熱損失Q導=473×(593-388)×3600=3.49×108[J/h]21解：1、估計傳熱面積，初選換熱器型號（1）基本物性數(shù)據(jù)的查?。罕降亩ㄐ詼囟龋?80+55)/2=67.5℃根據(jù)設計經(jīng)驗，選擇冷卻水的溫升為8℃，水的定性溫度：(35+43)/2=39℃查取定性溫度下苯和水的物性列表密度[kg/m3]比熱[kJ/kg·℃]粘度[Pa·s]熱導率[kJ/m·℃]苯828.61.8413.52×10-40.129循環(huán)水992.34.1740.67×10-30.633則水的出口溫度為t2=35+8=43℃23Q=QL=Q1=qm1cp1(T1-T2)（3）流體流動方向的選擇（2）熱負荷和冷卻水用量的計算Q1=(20000/3600)×1.841×103×(85-55)=256[kW]設計任務為苯冷卻，為提高冷卻效果，便于苯通過殼程向空氣中散失，選擇：水走管程，苯走殼程。（4）平均溫度差的計算按單殼程、雙管程計算，若Ф<0.8，重新考慮24外殼直徑[mm]400管長[m]3公稱壓力[MPa]1.6管子總數(shù)102管程數(shù)2管子排列方式正三角形管程流通截面積[m2]0.016管中心距[mm]32管子尺寸[mm]Ф25×2.5折流擋板間距[mm]150公稱面積[m2]22實際傳熱面積[m2]23.2G400Ⅱ-1.6-22型換熱器主要參數(shù)列表（6）初選換熱器型號兩流體溫度差