傳熱習(xí)題課計(jì)算題要點(diǎn)

1、傳熱習(xí)題課計(jì)算題要點(diǎn)1、現(xiàn)測(cè)定一傳熱面積為2m2的列管式換熱器的總傳熱系數(shù)K值。已知熱水走管程，測(cè) 得其流量為1500kg/h，進(jìn)口溫度為80C，出口溫度為50C ;冷水走殼程，測(cè)得進(jìn)口溫度為 15C，出口溫度為30C，逆流流動(dòng)。（取水的比熱cp=4.18 X03J/kg K）解：換熱器的傳熱量：Q = qmcp(T2 - T1)=1500/3600 4.18 103x(80 50)=52.25kW 傳熱溫度差 tm:熱流體 80 -50冷流體 30 15 t1=50, t2=35J1 50 2t235傳熱溫度差 tm可用算數(shù)平均值:tmt12t2 竺空 42.5 cQ 5邏空 615W/m2

2、 c2 42.5A tm2、一列管換熱器，由 252mm的126根不銹鋼管組成。平均比熱為4187J/kg G的 某溶液在管內(nèi)作湍流流動(dòng)，其流量為 15000kg/h,并由20C加熱到80C，溫度為110C的飽 和水蒸汽在殼方冷凝。已知單管程時(shí)管壁對(duì)溶液的傳熱系數(shù) a為520W/m2 ，蒸汽對(duì)管壁 的傳熱系數(shù) 如為1.16 X04W/m2 -C，不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù) 匸17W/mC，忽略垢層熱阻和熱 損失。試求：管程為單程時(shí)的列管長(zhǎng)度（有效長(zhǎng)度）（總傳熱系數(shù)：以管平均面積為基準(zhǔn)，丄丄蟲(chóng) 衛(wèi)丄蟲(chóng)）Ki di0 d 0解：傳熱量：Q = qmCp(t2=15000/3600 4187 X(80 20

3、) 1.05 W6W總傳熱系數(shù)：(以管平均面積為基準(zhǔn))11230.00211 dm b 1 dm 11 23 0.002123K i di0 d0K 520 21171.16 104 25解得：對(duì)數(shù)平均溫差:K = 434.19W/m2 -C11020-11080 ti=90 t2=30tmt1 t2Int1 t254.61 Cln 90 30傳熱面積:Q KA m tmAm105 106K tm44.28m434.19 54.61n dmL ；列管長(zhǎng)度：LAmn dm44.281263140.0234.87m3、有一列管式換熱器，裝有 252.5mm鋼管320根，其管長(zhǎng)為2m,要求將質(zhì)量流

4、量為8000kg/h的常壓空氣于管程由20C加熱到85C，選用108C飽和蒸汽于殼程冷凝加熱 之。若水蒸汽的冷凝傳熱膜系數(shù)為1xi04w/m2 K，管壁及兩側(cè)污垢熱阻均忽略不計(jì)，而且 不計(jì)熱損失，已知空氣在平均溫度下的物性常數(shù)：入=2.85 0fW/m- K，卩=1.98 x-5INP-s/m2,cp=1kJ/kg K， Pr=0.7。試求：(1)空氣在管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)；(2) 求換熱器的總傳熱系數(shù)(以管子外表面為基準(zhǔn))；(3) 通過(guò)計(jì)算說(shuō)明該換熱器能否滿足要求；(4) 計(jì)算說(shuō)明管壁溫度接近于哪一側(cè)的流體溫度。解：（1） 空氣在管內(nèi)流速:qmqv422.12-800036000.02 22.

5、12119810 5422343.43 10* 40.6v Pr=0.7 v 160l/d=2/0.02=100 50傳熱系數(shù)a 0.023dRe0.8 Pr0.420.023 2.85 1022343.430.8 0.70.0285.68W/m2 K(2)總傳熱系數(shù)：解得：K =丄丄丄生11125Ki diK 1 104 85.68 20oii68.08W/m2 K(3)傳熱量：Q KA tm qmCp(t2 ti)實(shí)際所需傳熱面積:qmCp(t2tj1081082085 t 88 t2 23tmt1 t2tTIn t288 2348.44 C88ln -238000 “10360068.0

6、810385 20243.80 m48.44該換熱器所能提供傳熱面積n dl 320 3.140.025 250.24m2 A v A 二該換熱器能滿足要求(4) Q8000們代2匕）3600 1.0103 (85 20)1.44 105W所以:oAo仃Tw TAi=n dil=32051.44 10 108代3.14 0220iA壁溫接近于蒸汽流體一側(cè)4107.71 C1 1050.242= 40.19m2851.44 10594.32 C85.68 40.19（或者說(shuō)接近a大的一側(cè)流體溫度）4、用110C的飽和水蒸汽將流量為35m3/h的某稀溶液在雙程列管換熱器中從75C加 熱至90C。若

7、每程有直徑為 252.5mm的管子30根，且以管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù) K=2800W/m 2C，蒸汽側(cè)污垢熱阻和管璧熱阻可忽略不計(jì)。試求：（1）換熱器所需的管長(zhǎng)；當(dāng)操作一年后，由于污垢累積，溶液側(cè)的污垢系數(shù)為0.00008m2.C/W，若維持溶液的原流量及進(jìn)口溫度不變，其出口溫度為多少？又若必須保證溶液原出口溫度，可采用 什么措施？注：溶液的密度及比熱與水近似：p= 1000kg/m3； CP=4.2kJ/kg C。解：(1) 11011075 90tmt1 t235 2026.80 In t1 t2 In 35 20(或tm2-3527.5 C)熱面積：3Q612.5 1032A816m

8、2K tm 2800 2680qmCp(t2tjqv Cp (t2 tj殞 1000 42 103 (90 75) 612.5 103WA = nnd(2L)L = A/ (2n nd) =8.16/ (2 X 30 nX 0.025 1.7m（2）11沙11 d0R110.00008 25KKK di280020所以：K2188W/m211011075t235110-12Q KA tmqmCp(t2 tj2188 8.1635 (110 t2)In35110 t234.2103 t2360075解得：t2 8&措施：（1）提高加熱蒸汽溫度（調(diào)節(jié)蒸汽的壓力）；（2）清除污垢。5、熱空氣在 25

9、2.5mm的鋼管外流過(guò)，對(duì)流給熱系數(shù)為 內(nèi)流過(guò)，對(duì)流給熱系數(shù)為1000W/m2.K，已知鋼管的導(dǎo)熱系數(shù) Rsi 0.58 10 3m2 K/W，熱空氣側(cè)污垢熱阻 Rso 0.5 10 3m2(1) 傳熱系數(shù)；(2) 若管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，傳熱系數(shù)有何變化？50W/m2.K，冷卻水在管W/mK，水側(cè)污垢熱阻K/W。試求：(3) 若管外對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，傳熱系數(shù)有何變化？解：已知 。50W/(m2 K) ,i 1000W/(m2 K)1(1) Kbdodmdidoidi丄 0.5 10502.5 10 3 2545 22.5。58 10 3 20251000200.02 0.0005 0

10、.000062 0.000725 0.001250.0225m2 K/WK 44.4W/(m2 K)(2)若管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即Rsobd。dmdo dorsidi 2 idi丄 0.5 105032.5 102545 22.530.58 102520252 100020解得：K 45.6W/(m2 K)傳熱系數(shù)提高：45.6 44.4 100%2.7%44.4(3) 若管外對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即11bdododoIRsorsiK 2 odmdi idi12 5030.5 1032.5 102545 22.50.58 10 3 S25100020解得：K

11、79.8W/( m2 K)傳熱系數(shù)提高:79.8 44.4100%79.7%44.46某廠只能用120C飽和水蒸汽，通過(guò) 252.5mm、長(zhǎng)3m的單管程列管式換熱器， 將列管內(nèi)的17.2m3/h水溶液從20C加熱到75C,冷凝水于飽和溫度下排出。已知管側(cè)水溶 液匚2500W/m2 C，殼側(cè)蒸汽 10000W/m2 C，溶液在管內(nèi)呈湍流，試問(wèn)換熱器 的管數(shù)為若干？水溶液密度1050kg/m3，比熱為4.17kJ/kg C。熱損失及管壁、垢層熱阻均可忽略。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該換熱器有三根管子已壞，擬將壞管堵塞再繼續(xù)使用，試問(wèn)此 方案是否可行（通過(guò)計(jì)算或推導(dǎo)說(shuō)明）？解：(1)1 丄 011251KO 7do

12、 2500 20100002：Ko 1666.67W/m C120120蒸汽20-75 t1= 100 t2=45QqmCptqvCp(t2切 17.2 1050 4.171 03( 7520)1151103Wp3600C100 4568.88 ,100 ln45QKOtm1151 1031666.67 68.8810.02m2A n dldl10.023.14 0.025 3 4255 43根u0-8，且u仝n （連續(xù)性方程）故/ n 0.843)o.8i(/i(丿n4025002650W / m2CK1 121750W / mC1 do 11251i dio 2650 2010000Adl

13、n 3.14 0.0253 409.425m2QKA tm 1750 9.42568.881136 103WQ Q，不能完成換熱任務(wù)7、有單程列管換熱器，傳熱面積為 4m2，由25 2.5mm的管子組成。用初溫為25C 的水，將機(jī)油由200C冷卻至100C，水走管內(nèi)，油走管間。已知水和機(jī)油的質(zhì)量流量分別 為 1200 kg/h 和 1400 kg/h，其比熱分別為 4.18 kJ/（kg C ）和2.0 kJ/（kg C ），水側(cè)和 油側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為：1800W/（mi C ）和200W/（m C ），兩流體呈逆流流動(dòng)，忽略 管壁和污垢熱阻，忽略熱損失。試校核該換器是否適用？冷卻水的出

14、口溫度:t2 t1Qqm2Cp22.8 1051200 4.1880.8 C解：機(jī)油放出的熱量：Q qm1Cp1(B T2)1400 2.0 (200 100) 2.8 105kJ/h對(duì)數(shù)平均溫差:熱流體 200 -100冷流體 80.8 25總傳所需彳tt1t2tmr-1In t2數(shù)為:(Ti t2) (T2熱面積為：A需要ti)(200lnTT2 t11 dZ 2d2K tm80.8) (10 25)95.4 C,200 80.8In100 25125-廠 175.6w/(mhC)1800 20 200280000 1034.64m2 4m23600 175.6 95.4傳熱所需面積大于換

15、熱器的傳熱面積該換熱器不適用。8、在內(nèi)管為189 10mm的套管換熱器中，將流量為3600kg/h的某液態(tài)烴從100C冷卻 到65C,其平均比熱容Cpi 2.38kJ/(kgC)，環(huán)隙走冷卻水，其進(jìn)出口溫度分別為40C 和50C，平均比熱容Cp2 4.17 kJ/(kg C )，基于傳熱外表面積的總傳熱系數(shù)K 2000W/(n2 C )，假設(shè)其值恒定，忽略熱損失。 試求：(1)冷卻水用量；(2) 計(jì)算兩流體在逆流下的平均溫差；(3) 所需傳熱面積。解：（1）冷卻水用量：qm1Cp1 (T1 T2)q m2Cp2 (t2 t1)3600 2.38 (10065) qm2 4.17 (50 40)

16、qm2 7191.4kg/h(2)逆流下的平均溫差tm逆熱流體10065冷流體50J40t1 t2 (T1切(T2ti)T2t1T1 t2(100 50) (65 40)Inln65 4036TC83300W(3)所需傳熱面積 傳熱量為：Q qm1cp1(T1 T2)3600 2.38(100 65)2.9988 105kJ/hQK tm逆833002000 36.121.154m9、100C的水蒸氣在管殼式換熱器的管外冷凝，冷凝潛熱為 2258.4kJ/kg，總傳熱 系數(shù)為2039W/( mPc),傳熱面積12.75m2; 15C的冷卻水以2.25 X 105kg/h流量在管內(nèi)流過(guò)， 設(shè)總傳

17、熱溫差可以用算術(shù)平均值計(jì)算，試求：(1) 冷卻水出口溫度；(2) 水蒸氣冷凝量(kg/h )。解:100 10015 12(1)冷卻水出口溫度Q qm2Cp2(t2 切 KA tmt (T t1)仃 t2)(100 15) (100 t2)(185 t2)t m2 2 2Q 2.25 105 4.18 103 (t2 15) 2039 12.75 (185 t2)/2t 23.1C2105kW3355kg/h(2)水蒸氣冷凝量(kg/h )Q KA tm 2039 12.75 (185 23.1)/2qmiQ/r 2105 3600/2258.410、在列管式換熱器中用熱水加熱冷水，熱水流量為

18、4.5 X 103kg/h，溫度從95C冷卻至已知：Cp來(lái)水55 C,冷水溫度從20C升到50 E，總傳熱系數(shù)為2.8 Xl03W/(mhC ) =4.181kJ/（kg C ）, Cg水=4.174kJ/（kg C ）。試求:(1)冷卻水流量;(2)兩種流體做逆流時(shí)的平均溫度差和所需的換熱面積;(3) 兩種流體做并流時(shí)的平均溫度差和所需的換熱面積；(4) 依據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)逆流和并流做一比較，可得到那些結(jié)論。解：（1）冷卻水流量/ QhQcq mh C phqmc C pc4.53104.181 (95 55)qmc 4.174 (50 20)qmc 6010kg/h(2)熱流體 95-55冷流體 5020tm