傳熱計(jì)算習(xí)題

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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(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℃，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(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)到周邊大氣中。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℃，周邊大氣環(huán)境溫度為20℃；設(shè)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)周邊大氣的傳熱系數(shù)

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3．有一面積為10cm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℃，輸氣管的壁溫為200℃，空氣對(duì)保護(hù)套的對(duì)流傳熱系數(shù)為

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60w/m.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。并表達(dá)減小

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測(cè)量誤差的途徑。已知Stefan-Bohzman常數(shù)σ=5.67×10w/mk。4．用兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸一致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Ф25×3mm的鋼

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管組成。殼程為120℃的飽和蒸汽。料液總流量為20m/h，按相等流量分派到兩個(gè)換熱器

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中作湍流滾動(dòng)，由25℃加熱到80℃。蒸汽冷凝對(duì)流傳熱系數(shù)為8Kw/m.℃，管壁及污垢熱

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阻可不記，熱損失為零，料液比熱為4.1KJ/kg.℃，密度為1000kg/m。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？（兩者狀況下蒸汽側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)和料液物性不變）

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5．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A0=20m（管外面積），均由128根Ф25×2.5mm的鋼管組成。殼程為170℃的飽和水蒸汽冷凝（冷凝潛熱為r=2054KJ/kg），凝液不過冷?？諝庾吖艹?，其入口溫度t1=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CP=1.005KJ/Kg.K，ρ

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=1.06Kg/m，μ=20.1×10cp,λ=0.029w/m.k。熱損失可略，管內(nèi)湍流時(shí)空氣的對(duì)流給熱

0.8

系數(shù)可用下式計(jì)算：Nu=0.02Re。

（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，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(tái)改為串聯(lián)使用，試求此時(shí)空氣的出口溫度t2(℃)及水蒸汽的總冷凝量

m1(kg/h)。

（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。

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6．現(xiàn)有兩臺(tái)單殼程單管程的傳熱面積均為20m的列管式空氣加熱器，每臺(tái)加熱器均由64根Ф57×3.5mm鋼管組成，殼程為170℃的飽和水蒸汽，空氣入口溫度為30℃，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)

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為38w/m℃，求空氣的出口溫度t2(℃)

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（2）若兩臺(tái)改為串聯(lián)使用，問此時(shí)空氣的出口溫度t2(℃)為多少？（設(shè)空氣物性不隨溫度壓力而變，Cp=1KJ/kg℃,熱損失為零）

7．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℃和70℃，熱流體進(jìn)出口溫度分別為150℃和100℃，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℃的飽和蒸汽將乙醇水溶液從25℃加熱到80℃。換熱器內(nèi)有效傳熱長(zhǎng)度4m，規(guī)格Ф25×2.5mm，乙醇水溶液在管內(nèi)湍流滾動(dòng)，水蒸汽在環(huán)隙內(nèi)冷凝

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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/mK，內(nèi)管內(nèi)側(cè)給熱系數(shù)

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為1600w/mK,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℃的飽和水蒸汽將管內(nèi)的氯苯從33℃加熱到73℃，氯苯流量為5500Kg/h。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)作湍流滾動(dòng)，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130℃冷卻到70℃，冷卻水走管程，進(jìn)口溫度15℃，出口溫度75℃，為了利用廠內(nèi)的循環(huán)水，水進(jìn)口溫度變?yōu)?0℃，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，冷熱流體為逆流滾動(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。

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)果說明：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tw1將下降。試分析其原因。（提醒：綜合利用傳熱單元數(shù)法和對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法）

12．如圖，流量為0.5Kg/h，溫度為20℃的水(Cp=4.187KJ/kg℃)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℃的某溶液(Cp=2KJ/kgK)，測(cè)得該溶液的出口溫度為65℃，現(xiàn)因故使水溫降到6℃，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?/p>

2

１２題圖

13．有一列管式換熱器，殼程通以120℃的飽和蒸汽，可將一定流量的氣體從20℃加熱到60℃。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℃，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(duì)比值表示）設(shè)氣體在管內(nèi)

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均以達(dá)Re>10，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)λ一致，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υ25×2.5mm長(zhǎng)2.5m的20根鋼管組成。用120℃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℃，

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比熱為1.58KJ/kg℃，流量為15000kg/h，管外蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)為1.0×10w/m℃。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，管壁及兩側(cè)污垢熱阻均可忽略不計(jì)）

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19.解:設(shè)滾動(dòng)為逆流,示意如下T1?80?C(氣態(tài))?T1?80?C(液態(tài))?T2?60?C(液態(tài))t2?28?C(冷水)?t?(?)????t1?20?C(冷水)1260?400?140kw36001260冷卻:Q2??1.8??80?60??12.6kw3600Q1?Q2140?12.6WC???4.56kg/sCPC?t2?t1?4.18??28?20?(1)冷凝:Q1?實(shí)際面積S?n?d0L?19?3.14?0.019?2.5?2.83m2t?t2?Re?Q1140?28??20.6?CWCCPC4.56?4.18?ud04.56?0.017??199162?3?0.785?0.017?19?0.903?10C?4.18?0.903Pr?P??6.23?0.606??i?0.023Re0.8Pr0.4?4690w/m2?Cdibd0d1112?0.01919???0???K1?0N?dm?i?di140045?1817?4690K1?1000.5w/m2?Cbd0d1112?0.01919???0???K2?Q?dm?i?di120235?1817?4690K2?894.0w/m2?C?tm1?t2?t28?20.6??55.6?CT1?t80?20.6lnln80?28T1?t2?tm2??T2?t1???T1?t??60?20???80?20.6???49.1?ClnT2?t1T1?tln4059.4Q1Q2?K1?tm1K2?tm2S?S1?S2??140?100012.6?1000??2.52?0.29?2.81m21000.5?55.6894.0?49.1需要的面積小于實(shí)際面積,正確.

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?i??0.70.8?i?0.75?4690.0?3525.7?w/m2?C?bdd1112?0.01919??0?0???K1??0N?dm?i?di140045?1817?3525.7K1??927.5w/m2?C???0.7WC(3)T2?80?C,WC???CPC?t2??t1??K1?S?tm?(1)新工況下:WC舊工況下:WCCPC?t2?t??K1S1?tm1(2)T1?t(1)SK1?T1?t2:0.7?(2)S1K1T2??t1ln?T2??t2lnlnT2??t1SK1???S1K1T2??t210.7lnT1?tT1?t2?2.83?927.580?20.6ln?0.22.52?1000.5?0.780?28T2??t1?1.22?T2??t2T2??t180?20?80??30.8?C1.221.2230.8?20???tm?54.4?C80?20ln80?30.8??927.5?2.83?54.4?142.8kwQ?K1?S?tm??T2??t2Q?140kw.正確.

20．一臺(tái)新的列管換熱器，其列管的規(guī)格為υ25×2.5mm，管長(zhǎng)4m，總管數(shù)為488根，兩

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管程。用161℃流量為443m/h的熱油將310m/h的水從82℃提高到90℃，以滿足熱水用

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戶的要求。水走管程。已知操作條件下水的物性為：μw=0.3315×10Pas,

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ρw=968Kg/m,Cp=4.203KJ/kgK,λw=0.678w/mK。熱油物性為：ρ

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0=945kg/m,CP0=2.202KJ/kgK,鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為λ=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(chǎng)指示水的出口溫