化工原理傳熱例題

1、【例】 有一列管式換熱器，由38根25mm2.5mm的無(wú)縫鋼管組成。苯在管內(nèi)流動(dòng)，由20被加熱至80，苯的流量為8.32kg/s。外殼中通入水蒸氣進(jìn)行加熱。試求管壁對(duì)苯的傳熱系數(shù)。當(dāng)苯的流量提高一倍，傳熱系數(shù)有何變化。解：苯在平均溫度Ctm5080202130960104508608100203.udReismndquiv/81. 03802. 0785. 086032. 842279514010450108133.cPrp408040807953096002014002300230.i.PrRed.1272W/（m2）以上計(jì)算表明本題的流動(dòng)情況符合式4-32的實(shí)驗(yàn)條件，故 若忽略定性溫度的變

2、化，當(dāng)苯的流量增加一倍時(shí)，給熱系數(shù)為 2215212728 . 08 . 0uu【例】 有一碳鋼制造的套管換熱器，內(nèi)管直徑為89mm3.5mm，流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中從80冷卻到50。冷卻水在環(huán)隙從15升到35。苯的對(duì)流傳熱系數(shù)h=230W/（m2K），水的對(duì)流傳熱系數(shù)c=290W/（m2K）。忽略污垢熱阻。試求：冷卻水消耗量；并流和逆流操作時(shí)所需傳熱面積；如果逆流操作時(shí)所采用的傳熱面積與并流時(shí)的相同，計(jì)算冷卻水出口溫度與消耗量，假設(shè)總傳熱系數(shù)隨溫度的變化忽略不計(jì)。)()(1221ttcWTTcWQpccphh解 苯的平均溫度比熱容cph=1.86103J/（kgK）苯的流量Wh=

3、2000kg/h，水的平均溫度比熱容cpc=4.178103J/（kgK）。熱量衡算式為 （忽略熱損失）6525080T2523515tWQ43101 . 3)5080(1086. 1360020001335)1535(10178. 43600101 . 3)(3412ttcQWpcc熱負(fù)荷 冷卻水消耗量 kg/h089. 0290082. 00855. 045082. 00035. 0230111ocimihidddbdK以內(nèi)表面積Si為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為Ki，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/（mK） =4.35103+7.46105+3.18103 =7.54103m2K/WKi=133W/（m2

4、K），本題管壁熱阻與其它傳熱阻力相比很小，可忽略不計(jì)。并流操作 80 50 15 35 65 15 2 .341565ln1565并mt2481. 62 .34133101 . 3mtKQSmii并并Ctm4023545逆2483. 540133101 . 3mtKQSmii逆逆逆并逆并故因iimmSStt,17. 1并逆逆并mmiittSS傳熱面積 45353515 逆流操作 80 50 傳熱面積 逆流操作 Si=6.81m2，2 .3481. 6133101 . 34iimSKQt2tt35152 .34235ttm因Ct4 .33則設(shè)冷卻水出口溫度為t2，則 80 50 則 t2=803

5、3.4=46.6水的平均溫度t=（15+46.6）/2=30.8，cpc=4.174103J（kg）hKgttcQWpcc/846)156 .46(10174. 43600101 . 3)(3412%6 .3610013358461335冷卻水消耗量逆流操作比并流操作可節(jié)省冷卻水：若使逆流與并流操作時(shí)的傳熱面積相同，則逆流時(shí)冷卻水出口溫度由原來(lái)的35變?yōu)?6.6，在熱負(fù)荷相同條件下，冷卻水消耗量減少了36.6%。【例】 有一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)中的單程逆流列管式換熱器，熱空氣在管程由120降至80，其對(duì)流傳熱系數(shù)1=50W/（m2K）。殼程的冷卻水從15升至90，其對(duì)流傳熱系數(shù)2=2000W/（m2K），管

6、壁熱阻及污垢熱阻皆可不計(jì)。當(dāng)冷卻水量增加一倍時(shí)，試求水和空氣的出口溫度t2和T2，忽略流體物性參數(shù)隨溫度的變化；傳熱速率Q比原來(lái)增加了多少？解：水量增加前 T1=120，T2=80，t1=15，t2=90， 1=50W/（m2K），2=2000W/（m2K）， K)W/(m8 .48200015011111221KC3 .45158090120ln)1580()90120(ln)()(12211221tTtTtTtTtmmpccphhtKSttcWTTcWQ)()(1221)(3 .458 .487540aScWcWpccphh水量增加后 28 . 022)KW/(m3 .492000215011211128 . 028 . 01K15120ln)15()120(ln)()(222212211221TtTttTtTtTtTtmmpccphhtSKttcWTTcWQ)(2)(1221)(15120ln151203 .49)15(2)120(222222bTtTtStcWTcWpccphh)15(2751204022tT)(120(80751522cTt 或 )(15120ln)15(1203 .493 .458 .481204022222dTttTT0558. 01512