第四章傳熱及換熱器習(xí)題

1、百度文庫1）用平板法測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，其主要部件為被測材料構(gòu)成的平板，具一側(cè)用電熱器 加熱，另一側(cè)用冷水將熱量移走，同時(shí)板的兩側(cè)用熱電偶測量其表面溫度。設(shè)平板的導(dǎo)熱面 積為，厚度為。測量數(shù)據(jù)如下：電熱器/材料的表面溫度C安培數(shù)A伏特?cái)?shù)V高溫面、低溫面140300 100115200|50試求：該材料的平均導(dǎo)熱系數(shù)。如該材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為線性:,則入0和a值為多少？解1) Q (t1 t2) S/L VI (300 200) 0.03 1/0.01 2.8 140 i 0.6533w/(m 0 C)(200 50) 0.03 2/0.01 2.3 1152 0.5878w/(m 0 C

2、)m (12)/2 0.6206w/(m 0 C)0.653301 a(300 100)/20.587801 a(200 50)/2得 00.4786w/(m 0 C)a 0.0018252)通過三層平壁熱傳導(dǎo)中，若測得各面的溫度3、t2、t3和t4分別為500C、400C、200c 和100C,試求各平壁層熱阻之比，假定各層壁面間接觸良好。解Q (Ti T2)/Ri (T2 T3)/R2 (T3 T4)/R3Ri： R2 (500 400): ( 400 200) 1：2R2： R3 (400 200):(200 100) 21R1： R2： R31213)某燃燒爐的平壁由耐火磚、絕熱磚和普

3、通磚三種砌成，它們的導(dǎo)熱系數(shù)分別為(m C), W/(mC)和0。92 W/(m - C ),耐火磚和絕熱轉(zhuǎn)厚度都是，普通磚厚度為。已知爐內(nèi)壁溫為 1000C ,外壁溫度為55C,設(shè)各層磚間接觸良好，求每平方米爐壁散熱速率。解Q/S (ti t2)/ (bi/ i)/(1000 55)/ (0.5/112) (0.5/0.16) (0.25/0.92)247.81w/m2/4)在外徑100mm勺蒸汽管道外包絕熱層。絕熱層的導(dǎo)熱系數(shù)為 W/(m C),已知蒸汽管 外壁150C,要求絕熱層外壁溫度在 50c以下，且每米管長的熱損失不應(yīng)超過 150W/m試求 絕熱層厚度。解Q/L 2 (t1 t2)

4、/ Ln(r2/r1)0.16 (150 50)Ln(r2/50) 150 r269.9mm壁厚為：r2 r169.9 50 19.9mm5)38 x的鋼管用作蒸汽管。為了減少熱損失，在管外保溫。50第一層是mnB的氧化 鋅粉，其平均導(dǎo)熱系數(shù)為 W/(m C)；第二層是10mnS的石棉層，具平均導(dǎo)熱系數(shù)為 W/(m- C)o若管內(nèi)壁溫度為180C,石棉層外表面溫度為35C,試求每米管長的熱損失及兩 保溫層界面處的溫度？解： r0 =,門=19mm = mr2 =門 + 1 = + = mr3 = r2+ 2 = + = m0 = 45 W/(m C )Q 2 (t° t3)L1r11

5、r21r3In InIn 0r01r12r22 314 (180 35)1 191 691 79In In - In 4516.5 0.0719 015 6947.1W/m322 (t2 t3)Lnr!2r247.125)1 , 79In -即0.1569t2 = C6）通過空心球壁導(dǎo)熱的熱流量 Q的計(jì)算式為:其中, A、4分別為球壁的內(nèi)、外表面積，試推導(dǎo)此式。解：dQ dS(dt/dn) 4 r2dt/dr積分限為：r r1,t t1;r r2,t t2.積分得：Q 4 r1r2 t/(r2 r1)A1 4 rl, A2 4 r2Am 4 wQ Am t/b7)有一外徑為150mm勺鋼管，為

6、減少熱損失，今在管外包以兩層絕熱層。已知兩種絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)之比i,兩層絕熱層厚度相等皆為30mm試問應(yīng)把哪一種材料包在里層時(shí)，管壁熱損失小。設(shè)兩種情況下兩絕熱層的總溫差不 變。解：若小的包在里層時(shí)：''Q 2 L t/Ln(r2 /r1)/ 1 Ln(r3/r2)/ 2r1 75mm,r2 75 30 105mm, r3 135mm 設(shè) 11, 22Ln(r2/r1)/ 1 Ln(r3/r2)/ 2 0.462 若大的包在里層是：Ln(2/r1)/ 2 Ln(3"2)/ 10.420小的包在里層時(shí)，熱損失小。8)試用因次分析法推導(dǎo)壁面和流體間強(qiáng)制對流給熱系數(shù)a的準(zhǔn)

7、數(shù)關(guān)聯(lián)式。已知a為下列變量的函數(shù)：Z。式中入、CP、p、以分別為流體的導(dǎo)熱系數(shù)、等壓熱容、密度、粘度，U為流體流速，l為傳熱設(shè)備定型尺寸。解： KCpb c dUelf物理量CP因次 ML/T 3 L2/T 根據(jù)因次一次性原則,2 M /L3 M /L建立方程L/L M/T 3M /T 3a 2bM a c dLa 2b3c d e f3c d3a 2b設(shè)已知c、b、d3c 2d 2bL/ K(Lu1/ )c(Cp /)b9)水流過小60 X的鋼管，由20c被加熱至60Co已知,水流速為s,試求水對管內(nèi)壁的給熱系數(shù)解：t (20 6。/2、400C查水的物性數(shù)據(jù)得：/992.2Kg/m3,CP

8、 4.174kJ/kg 0 C, 0.6338W/m 0 C0.6560 10 3 Pa s, P.4.32 V3xZRe diU /0.053 1.8 992.2/(0.650 10 ) 144292.50.80.4i 0.023 Re Pr / di、/0.023 0.6338 144292.50.8 4.3204 2 06622w/(m2 °C)10)空氣流過小36X2mm勺蛇管，流速為15m/s,從120c降至20C,空氣壓強(qiáng)4X105Pa(絕壓)。已知蛇管的曲率半徑為 400mm,試求空氣對管壁的給熱系數(shù)。空氣的密度可按理想氣體計(jì)算，其余物性可按常壓處理。解 t (120

9、20)/2 700C查空氣物性得：Pr 0.694,2.06 10 5Pa s, 0.0297w/m0CPM /(RT) 4 105 29/(8.314 103 343) 4.07kg/m3由Re du / 得Re 9.48 1040.80.32 00.023 Re Pr /di 183.3w/(m C)'20_(1 1.77 32/400) 209.6w/(m2 0 C)11)苯流過一套管換熱器的環(huán)隙，自20c升至80C,該換熱器的內(nèi)管規(guī)格為小19X,外 管規(guī)格為小38X3mm苯的流量為1800kg/h。試求苯對內(nèi)管壁的給熱系數(shù)。解：t (20 80)/2 500C 查苯的物性得：8

10、60kg / m3CP 1.8J/kg 0 C0.45CPa0.14w/(m 0 C)de 0.013m3/Vs 1800/(3600 860) 0.00058m /su 4Vs / (d2 d1) 1.11m/sPr 1.8 103 0.45 10 3/0.14 5.79Re 0.013 1.11 860/0.45 10 3 2.78 1040.023 R；.8Pr°.4/de 1794w/(m2 0 C)12)冷凍鹽水(25%勺氯化鈣溶液)從小25X、長度為3m的管內(nèi)流過，流速為s,溫度自 -5C升至15Co假設(shè)管壁平均溫度為20C,試計(jì)算管壁與流體之間的平均對流給熱系數(shù)。已 知

11、定性溫度下冷凍鹽水的物性數(shù)據(jù)如下：密度為/ 1230kg/m3,粘度為4X 10-3Pa- s,導(dǎo)熱系數(shù) 為W/(m C ),比熱為(kg C)。壁溫下的粘度為x 10-3Pa so解：d = - X 2 = m15050duRe 0.02 0.3 12304 10 31845< 2000 .層流CpPr p32.85 100.57RePrdi1845 200.020246/3 246 >100一0.14186 Re13 Pr13 di186 1845 32010.140.020340.5732.50.02W/(m2 C)13）室內(nèi)分別水平放置兩根長度相同，表面溫度相同的蒸汽管，由

12、于自然對流兩管都向周圍散失熱量，'已知小管的，大管直徑為小管的8倍，試求兩管散失熱量的比值為多少？解：.小管 GrPr = 108 /.b = 1/3 又因 Gr8d。3,故大管 Gr Pr >108/一. 13.2/Q大大t 大1大大Gr大Pr大d大d大2 12- 8 64則Q小小5小弓小Gr小Pr小3d小d小/14）某烘房用水蒸汽通過管內(nèi)對外散熱以烘干濕紗布。已知水蒸汽絕壓為，設(shè)管外壁溫 度等于蒸汽溫度現(xiàn)室溫及濕紗布溫度均為 20C,試作如下計(jì)算：使用一根2m長、外徑50mm 水煤氣管，管子豎直放于水平放置單位時(shí)間散熱量為多少？若管子水平放置，試對比直徑 25mnft 50m

13、me煤氣管的單位時(shí)間單位面積散熱之比。（管外只考慮自然對流給熱）。解 1)定性溫度 t (20 150)/2 850C查空氣物性數(shù)據(jù)：3.09 10 2 /(m 0 C)0.986kg/m3_ 一 一 5 _X 2.13 10 Pa s Pr 0.6911/T 1 /(273 85) 1/358(1/K)t 150 20 1300C_5_ _52v /2.13 10 5/0.986 2.16 10 5m2/sGrgL3 t/v2水平管 Gr 954301.9 GrPr6.59 105 b 1/4, A 0.54垂直管 Gr 6.11 1010 Gr'Pr 4.22 1010b 1/3,

14、 A 0.135A(GrP.)b/L3.09 10 2 0.54 (661400.66) 1/4/0.05 9.51w/(m 0 C)3.09 10 2 0.135 (4.23 1010)1/3/2 7.26w/(m 0 C)Q dL(t tw) 9.51 130 0.05 2388.2wQ dL(t tw) 7.26 130 0.05 2296.4w2)若管子水平放置Q25 / Q5025 t / 50 t_ _1/4_ _1/4(GrPr )25 251 4(G.P.)50 刀50 一一一 一一 一 3/4(d 50 / d25 )(d 25 /d50 )(d50/d25)1/41.189

15、15)油罐中裝有水平蒸汽管以加熱管內(nèi)重油，重油溫度為20C,蒸汽管外壁溫為120C,在定性溫度下重油物性數(shù)據(jù)如下：密度為900kg/m3,比熱x 103J/(kg ),導(dǎo)熱系數(shù)為(m-C), 運(yùn)動粘度為2X10-6m/s,體積膨脹系數(shù)為3X 10-4 1/ C,管外徑為68mm試計(jì)算蒸汽對重油 的傳熱速度W/急解 GrgL3 t/v23 10 4 9.81 0.0683 100/(2 10 6)2 2.313 107Pr CP /1.88 103 900 2 10 6/0.175 19.34GrPr4.474 108A 0.135 B 1/3A(GrPr)b/L 265.7w/(m 0C)2/

16、Q/S t 265.7 (120 20) 26570w/m216)有一雙程列管換熱器，煤油走殼程，其溫度由230c降至120C,流量為25000kg/h, 內(nèi)有小25X的鋼管70根，每1I管長6m,管中心距為32mm正方形排列。用圓缺型擋板(切 去高度為直徑的25% ,試求煤油的給熱系數(shù)。已知定性溫度下煤油的物性數(shù)據(jù)為：比熱為 x 103J/(kg C),密度為710 kg/m3,粘度為x 10-4Pa-s,導(dǎo)熱系數(shù)為 W/(m C)。擋板間距解A hD(1 d0/t) 0.24 0.48(1 25/32) 0.0252m2 u Vs / A 0.0388m/s de 4(t2 d2/4)/

17、d 0.027m Re deu /2325Pr Cp /6.350.950.36 Re0.55Pr1/3 0.95/de 0 55_1/30.36 0.131 232506.350.95/0.027218.3w/(m 0C)17)飽和溫度為100c的水蒸汽在長為，外徑為38mm勺豎直圓管外冷凝。管外壁溫度為 92Co試求每小時(shí)蒸汽冷凝量。又若將管子水平放置每小時(shí)蒸汽冷凝量又為多少。解：ts 1000c 時(shí) r 2258kJ/kg定性溫度t 960C水的物Tt:0.6816W/(m 0 C)961.16kg/m30.2969 10 3 Pa s假定為滯流1.13 g 2 3r/(L t)1/4

18、2/3 1/41.13 9.81 961.160.6816 2258/2.5 0.2969 86496.17W/(m 0 C)QS(ts tw) 6496.17 0.038 2.5 815510.32wW Q/r 0.006869kg / s 24.73kg/h核算流型 M W/( d) 0.006869/0.0380.0575kg/m s/ Q 4M /774.67 1800(符合假設(shè))'管子水平放置：0.725 (L/d)0.25/1.1311870W/(m 0 C) _ '_ . _ _ _ _ _ _ _QS(tstw) 118700.0382.5828340.94w

19、) W 0.01255kg/s 45.18kg/h 、，,一、一' ' £ .一、一 核算流型Re 1.827Re 1415.5 1800(符合假設(shè))18)由4 25X、225根長2米的管子按正方形直列組成的換熱器，用X105Pa的飽和蒸汽加熱某液體，換熱器水平放置。管外壁溫度為88C,試求蒸汽冷凝量。解：查得 P 1.5 105Pa ts 111.10C r 2228.74kJ/kg定性溫度 t (111.1 88)/2 99.550C0.6820w/(m 0C) 958.7kg/m30.2838 10 3Pa s0.725 g 2 3r/(n2/3d t)1/46

20、486.2w/(m 0 C)Q S(t tw) 6486.20.025 2 23.1 225W Q/r 2.375kg/s19)設(shè)有A、B兩平行固體平面，溫度分別為Ta和Tb (Ta>Tb)。為減少輻射散熱，在這兩 平面間設(shè)置n片很薄的平行遮熱板，設(shè) A所有平面的表面積相同，黑度相等，平板間距很小，試證明設(shè)置遮熱板后A平面的散熱速率為不裝遮熱板時(shí)的證明：Ci 2 Co/(1/1 1/2 1,不變C1 2不變設(shè)C C1 2放置前 Qab CS(Ta/100)_ _ 4 .Z解：Q S(t tw) C1 2SKT1/100)(T2/100)35(t 420) 5.67 0.6 (6.934

21、5.734)t 539.40C21)外徑為60mmi勺管子，其外包有20mnB的絕熱層，絕熱層材料導(dǎo)熱系數(shù)為 W/(m ), 管外壁溫度為350C,外界溫度為15C,試計(jì)算絕熱層外壁溫度。若欲使絕熱層外壁溫度再 下降5C,絕熱層厚度再增加多少。 (Tb/100)4放置后 QA1 CS(Ta/100)4 (T1/10CD4Qi 2 CS(T1 /100)4 (T2/10Cj)4Qa BCS(Ta/100)4 (Tb/100)4Qa1Q12Q2 3當(dāng)傳熱穩(wěn)定時(shí)：Qn bQ Qa bQA1 Q1 2 Q2 3Q Q/(1 n)Qn B20)用熱電偶測量管內(nèi)空氣溫度，測得熱電偶溫度為420C,熱電偶黑

22、度為，空氣對熱電 偶的給熱系數(shù)為35 W/(m - C ),管內(nèi)壁溫度為300C ,試求空氣溫度。/解：1) T 9.4 0.052(tw 15),，、_2._ ."tw 15) 2 r L 2L(350 tw)Lnr2"i一-2-一1 .4(tw 15) 0.052(tw 15)0.1(350 tw)/(0.05Ln50/30)試差彳導(dǎo):tw 910C/''2 ) t(86 15)2(350 86)/Ln2/1試差彳#: r2 50.6mm/固絕熱層厚度在增加0.6mm22)設(shè)計(jì)一燃燒爐，擬用三層磚，即耐火磚、絕熱磚和普通磚。耐火磚和普通磚的厚度 為和。三

23、種磚的系數(shù)分別為 W/(m C)、W/(m C)和W/(m C),已知耐火磚內(nèi)側(cè)為1000C , 外壁溫度為35Co試問絕熱磚厚度至少為多少才能保證絕熱磚溫度不超過940C,普通磚不超過138 Co/ 解：(1000 34)/(0.5/1.02 b2 /0.14 0.25/0.92) (1000 t2)/(0.5/1.02)若 t2 9400 c 解得 b2 0.997m(1000 35)/(0.5/1.02 b2/1.04 0.25/0.92) (t1 35)/(0.25/0.92)若t11380c 解彳# b2 0.250m經(jīng)核算 t2 814.4°C 9400c以題意應(yīng)選擇b2

24、J0.250m23)為保證原油管道的輸送，在管外設(shè)置蒸汽夾套。對一段管路來說，設(shè)原油的給熱系 數(shù)為420 W/(m1 bdo do 10.002 0.0350.035 Ko o dmidi10445 0.033420 0.031 =+ C ),水蒸氣冷凝給熱系數(shù)為104 W/(m2 C )。管子規(guī)格為小35x 2mms管。 試分別計(jì)算K和R,并計(jì)算各項(xiàng)熱阻占總熱阻的分率。解：取鋼管的熱導(dǎo)率為45 W/(m.C)由P139常溫、常壓下各種物質(zhì)的熱導(dǎo)率值查得, 由題可知b=管子內(nèi)外壁半徑的對數(shù)平均值dm d0 dL 0.035 0.031 0.033mm do, 0.035ln oln11 bdi

25、Ki i dmdi0.031=+=1/ W/(m 2 - C)原油側(cè)熱阻占總熱阻的分率=do 1 =%idi Ko蒸汽側(cè)熱阻占總熱阻的分率=11 =%o Ko管壁導(dǎo)熱熱阻占總熱阻的分率=bdo1 =%dm Ko24)某列管換熱器，用飽和水蒸汽加熱某溶液，溶液在管內(nèi)呈湍流。已知蒸汽冷凝給熱 系數(shù)為104 W/(m C),單管程溶液給熱系數(shù)為400W/(m-C),管壁導(dǎo)熱及污垢熱阻忽略不 計(jì)，試求傳熱系數(shù)。若把單管程改為雙管程，其它條件不變，此時(shí)總傳熱系數(shù)又為多少？解：1)單管程1/ K0 1/ i 1/ 0 1/104 1/400 0.00261 /w(m2 C)2_K0384.6w(m C)2

26、)改為雙管層管內(nèi)流速提高一倍，則：1/ K0 1/(20.8i) 1/ 0 1/104 1 /(400 20.8)_2_K0651.1w/(m C)解： R = R0 = C/W4(d0 di 0.025d涵管=45W/(m C )0.0200.022mid。 25lnIndi2011 bd0 d0R i 1K00dmidi10.0025 0.025 _200045 0.0221=1/(W/m2C)K0 = W/(m2 C)熱阻分配：R° Ri 2 0.001181/0.01542污垢：K07mR000252 0.00118100 0.020153 15.3% 25) 一列管換熱器，

27、管子規(guī)格為小25X,管內(nèi)流體的對流給熱系數(shù)為100 W/(mC),管 外流體的對流給熱系數(shù)為2000 W/(mC),已知兩流體均為湍流流動，管內(nèi)外兩側(cè)污垢熱阻 均為m - C/W/o試求：傳熱系數(shù)K及各部分熱阻的分配；若管內(nèi)流體流量提高一倍，傳 熱系數(shù)有何變化？若管外流體流量提高一倍，傳熱系數(shù)有何變化？20003.24%管外：d00.01542idi1管內(nèi)： K00.025100 002811%0.01542m1 K00.0025 002545 0.0220.015420.41%2Wi1Ui 2ui20.8 . i J i K00bd°d°dmi diRiR0K0w

28、6;1120000.0025 0.02545 0,0220.025208100 0.022 0,00118m2C/W98.99 w/( m2C)2W010bd0 dm20.80120.8 2000 m2C/Wd0idi0.0025Ri R。0.02545 0,022。025100 0.022 0,00118K06574 W/( m2C)26)在列管換熱器中，用熱水加熱冷水，熱水流量為X冷水溫度從20c升到50C,傳熱系數(shù)為X 103 W/( m103kg/h ,溫度從95 c冷卻到55 C,2C)。試求：冷水流量；兩種流體作逆流時(shí)的平均溫度差和所需要的換熱面積；兩種流體作并流時(shí)的平均溫度差和所

29、需要的換熱面積；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對逆流和并流作一比較，可得到哪些結(jié)論。解：根據(jù)附錄根據(jù)熱量衡算知2,查得 Cph= (kg,C), Cpc= kJ/ (kg.C)Qh Qc,即 WhCph T WcCpc t/X 103X X 103x ( 95-55) =W(X X 103x (50-20) 解得 Wc=6024 kg/h逆流時(shí)T1=95 C t1T2=55 CA t2t1=50 Ct2=20 Ct1 =95-50=45 C ; t2 =55-20=35 Ctmtit2 45 35In -tt2由 WhCph T KAin竺二C35,333tm知，A=X1OXX1OX (95-55) / (X

30、 10 XX 3600)并流時(shí)Ti=95 CT2=55 CAtiA t2t2=20 Cti=50 Ct1 =95-20=75 C ；,'3 t2t m ;In t2t2 =55-50=5 C75 5二C,75In 一5由 WhCph T KA 'tm 知，A=X 103XX 103X ( 95-55) / (X 103XX 3600)計(jì)算結(jié)果表明，在相同情況下，逆流傳熱的平均溫度差大于并流傳熱的平均溫度差，這意 味著滿足相同換熱能力要求時(shí)，采用逆流傳熱比并流傳熱的傳熱面積小(即載熱體使用量減 少)。27)有一臺新的套管換熱器，用水冷卻油。水走內(nèi) 管，油與水逆流，內(nèi)管 為19 3

31、mm, 外管為32 3mm的鋼管。水與油的流速 分別為1.5m/s、0.8m/s,油的密度、比熱、導(dǎo)熱 系數(shù)及粘度分別為 860kg/m3、1.90 103 J/(kg 0 C)、0.15w/(m 0 C)及 1.8 10 3Pa s.水的進(jìn) 出口溫度為100C和300C,油的進(jìn)口 100°C,熱損失忽略不計(jì)，試計(jì) 算所需要的管長。若管長增加20%,其他條件不變，則油 的出口溫度為多少？設(shè) 油的物性數(shù)據(jù)不變。若該換熱器長期使用后，水側(cè)及油側(cè)的污垢熱 阻分別為3.5 10 4m2 °C/We1.52 10 3m2 0 C/W,其他條件不變，則油的 出口溫度又為多少？/解：1)

32、 t (30 10)/2 20°C查表得水的物性數(shù)據(jù)：998.2kg/m3 CP 4.183kJ/kg 0 C0.6w/(m 0 C) 1 10 3Pa sWC(19 6)2 10 6 1.5/4 0.199kg / sWh(262 1 92) 10 6 0.8 / 4 0.170kg/s無熱損失故QhQcQh 1.9 0.170 (100 T2)Qc 4.183 0.99 (30 10) 16.648kJ/sT2 48.460C/Re 0.013 1.5 998.2/0.001 19464.9 10000Pr Cp /7.02/pi 0.023 Re0.8Pr0.4/di /624

33、9.9w/(m 0 C)de (26 19) 7mm _3_Re 0.007 0.8 860/(1.8 10 ) 2675.6 10000111Pr Cp /22.81 6 105/ Re1.80.59400.023 0.914 R0.8Pr0.3/de412.9w/(m 0 C)45w/(m 0 C) dm (19 13)Ln(19/13) 15.8mm1/K01/ 0 bd。/ dm d。/ idi一一2 0 _0.0027361/w/(mC)K0365.5w/(m2 0 C)tm (70 38.46)/Ln(70/38.46) 52.670 C 2S Q/K tm 16648/(365.

34、5 52.7) 0.865mL S/ d 0.865/0.01914.5m2)管長增加 20 % S 1.2S 0.4296m0.17 1.9 1000 323.0W/0CWcCpc0.199 4.183 1000 832.4W/0CR1 WhCph/WcCpc 323.0/832.4 0.388NTU1KS /(WhCPh) 365.5 1.2 0.865/323.0 1.17511 exp NTU 1 (1 R1) / R1 exp NTU 1 (1 R1)1 exp1.175(1 0.388) /0.388 exp1.175(1 0.388) 0.6323 (1 (T1 T2MT1 t1

35、) _ _0_T2 T1 0.6323(T1 t1)100 0.6323(100 10) 43.1 C 即油的出口溫度為43.10C 此時(shí)冷卻水溫度為：t2 WhCph(100 43.1)/WCCpc 10 0.388 (100 43.1) 10 32.10C3)1/Ko 0.002736 0.00035 0.00152 0.004604 2 0K0217.1W/(m2 0C)， '_ _NTU1 K S/(WhCph) 217.1 0.865/323.0 0.5814 'R1R| 0.388/同理 1(T1 T2MT1 tjT2 T1 0.4112(1 t1) 100 0.4

36、112 (100 10) 63.00 C 即油的出口溫度為63.00C28)在逆流換熱器中，管子 規(guī)格為38 3mm,用初溫為150c.的水將2.5kg/s的甲 苯由800C冷卻到300C,水走管程，水側(cè)和甲苯 側(cè)的給熱系數(shù)分別為2500W/(m2 0 C), 900W/(m2 0 C),污垢熱阻忽略不計(jì)。若 水的出口溫度不能高于450C,試求該換熱 器的傳熱面積。解：t (80 30)/2 550C查得甲苯的物性數(shù)據(jù)：CP 1.8kJ/kg0CQ 2.5 1.8 50 103 2.25 105J/s dm (38 32) Ln(38/32) 35mm 1/Ko 1/ 0 bd。/d。/ id

37、i38/(2500 32) 0.003 38/(45 35) 1/900 0.001611/W/(m2 0 C) 2 0 Ko 603W/(m2 0 C)tm (35 15)/Ln(35/15) 23.60C S 225 103/(603 23.6) 15.8m2 29)兩種流體在一列管換熱 器中逆流流動，熱流體 進(jìn)出口溫度為1000C,出口溫度為 600 C冷流體從20。C加熱到500 C,試求下列情況下的平均 溫差： 換熱器為單殼程，四 管程。換熱器為雙管程，四 管程。解:1) tm (50 40)Ln(50/40) 44.80CP (50 20) /(100 20) 0.375R (10

38、0 60)/(5020) 1.33/查表得：t1 0.91tm1t1 tm 40.80C2)查表彳導(dǎo):t 0.97t2tm2t2 tm 43.50C30)在逆流換熱器中，用水 冷卻某液體，水的進(jìn)出 口溫度分別為150C和800C,液體的進(jìn)出口溫度分別為 假設(shè)水和液體的進(jìn)出口 試問此換熱器管長增為解：QhQcWhCph TWcCpc t1500c和75七?，F(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求液 體進(jìn)出口溫度降至700C,溫度，流量及物性均不原來的多少倍才能滿足發(fā)生變化，換熱器的損 失忽略不計(jì), 生產(chǎn)要求？則WhCph(150 75) WcCpc(80 15)WhCph(150 70) WcCpc(t215)t284

39、.30Ctmtm(70 60)Ln(70/60) 64.90C (65.7 55) Ln(65.7/55) 60.20 C又 Q KS tm Q KS tm 75WhCph 64.9KS80WhCph 60.2KSS'/S 1.149 即：L'/L 1.149120c飽和水蒸汽將空氣從20c加熱至80C, X鋼管 300根，管長 3m,0 = 104W/(m2C),求。31)空氣流量x 104kg/ho現(xiàn)有單程列管換熱器，25 污垢及管壁熱阻不計(jì)。問此換熱器能否滿足要解:20 80 t 250 c空氣，V u n d24duRe 一50C=m3, Cp = (kg C),= (

40、m C )=x 10-5 Pas , Pr =120 104_ 23600 1093 0.0240.020 32.4 1.09332.4300m/s一一 一 5196 103.61104>10000i 0.023Re0B Pr0"di154.5W/(m2C)0> > i Ki = i =120 1040.028244 0.8040.023 3.61 1040.69800.020W/(m 2 C)Q = WcCpc t = 100 40 ,100 ln 一 tm =40Q = KiAi tm 即 又，Ai = n diL .二滿足要求3600 X X 60 = 201

41、 kJ/s655C201 X 103 = X.Ai = m2即=300 X . . L = m< 3 m32)某單殼程單管程列管換熱器，用x 105Pa飽和水蒸汽加熱空氣，水蒸汽走殼程，具給 熱系數(shù)為105W/(m-C),空氣走管內(nèi)，進(jìn)口溫度20C,要求出口溫度達(dá)110C,空氣在管內(nèi) 流速為10m/so管子規(guī)格為小25X的鋼管，管數(shù)共269根。試求換熱器的管長。若將該換熱器改為單殼程雙管程，總管數(shù)減至254根。水蒸汽溫度不變，空氣的質(zhì)量流量及進(jìn)口溫度不變，設(shè)各物性數(shù)據(jù)不變，換熱器的管長亦不變，試求空氣的出口溫度。解:t (20 110)/2 650C查空氣物性數(shù)據(jù)：CP 1.007kJ/

42、kg0C0.0294w/m0CPr 0.6952.04 10 5 Pa s1.045kg / m31.8 105Pa的飽和水蒸氣：T 116.60C I 2214.3KJ / kg'1)Re 10245.1 100001 0.023 Re0.8Pr04/di 47.23w/m0C每根管內(nèi)：WCd2u /40.022 10 1.045 0.03283kg/sQ WcCpc t 0.003283 1.007 103 90 0.29753kg/s0 iKiitm (96.6 6.6)/Ln(96.6/6.6) 33.540 C2Q Ki Si tm Si 0.1878mSidiLL 3m&#

43、39;-r-'2)質(zhì)量流量不變 u 269 10/254/2 21.18m/s'(21.18/10)0.8 47.23 86.10w/(m 0 C)0Kii 83.00w/(m2 C)'2 'Wc(n/2)d2u /4 0.8826kg/sR 0t 1tm (t2 20)/Ln96.6/(116.6 t2)Si' n diL 254 3.14 0.02 3 47.85m2由方程：Q WcCpc tQ KiSi tm解得 t2 115.70C33) 一套管換熱器，用熱柴油加熱原油，熱柴油與原油進(jìn)口溫度分別為155c和20C。已知逆流操作時(shí)，柴油出口溫度 5

44、0 C,原油出口 60c.若采用并流操作，兩種油的流量、物 性數(shù)據(jù)、初溫和傳熱系數(shù)皆與逆流時(shí)相同，試問并流時(shí)柴油可冷卻到多少溫度？解：逆流時(shí)：Qh QcWhCph T WcC” t則 WhCph(150 50) WcCpc(60 20)tm (95 30)ln(95/30) 56.40 CQ KS tmKS 1.862W1cph(1)并流時(shí)：Qh Qc/WhCph T WcCpc t則WhCph(155 T2) WcCpc(t220)'IIIItm 135 (T2 t2)/ln135/(T2 t2)Q KS tm(2)/聯(lián)立方程(1) (2)解得：T2 64.70C t2 54.40C

45、即并流時(shí)柴油冷卻到64.70C34) 一套管換熱器，冷、熱流體的進(jìn)口溫度分別為55c和115C。并流操作時(shí)，冷、熱流體的出口溫度分別為75c和95 Co試問逆流操作時(shí)，冷、熱流體的出口溫度分別為多少？ 假定流體物性數(shù)據(jù)與傳熱系數(shù)均為常量。解：并流時(shí)：Qh QcWhCph T WcCpc t則WhCph(115 95) WcCpc(75 55)WhCph WcCpctm (60 20)/ln 60/20 36.410 CQ KS tmKS 0.55WhCph逆流時(shí)：WhCph(115 T2) WcCpc(t2 55)115 T2 t2 55' . . _ _'t1 T2 55 t

46、2 115 T2t1t2tm ( %t2)/2 30 (T2 t2)/2115 T20.5530 (T2 t2)/2一一 一， ，115 T2 t2 55解得 T293.70C t276.30C35) 一列管換熱器，管外用x 105Pa的飽和水蒸汽加熱空氣，使空氣溫度從 20c力口熱至IJ 80C,流量為20000kg/h,現(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)變化，如空氣流量增加 50%進(jìn)、出口溫度仍維持不 變，問在原換熱器中采用什么方法可完成新的生產(chǎn)任務(wù)？解：200kPa飽和水蒸氣溫度為：T 120.20Ctm (120.2 20) (120.2 80)/ln(120.2 20)/(120.2 80) 65.70C

47、空氣K 空Q KS tm 65.7ks/Q K S tm/K 空 1.50.8 空 1.38K_' _'_'_'0_Q 1.38KS tm Q 1.5Qtm 71.4 C空氣的進(jìn)出口溫度不變tm 60/ln(T20) /(T80)T'125.570C查的飽和水蒸氣壓力為 234.3kPa,所以可通過調(diào)節(jié)飽和蒸汽壓力至234.3kPa完成新任務(wù)。36）在一單管程列管式換熱器中，將 2000kg/h的空氣從20c加熱到80 C,空氣在鋼質(zhì) 列管內(nèi)作湍流流動，管外用飽和水蒸汽加熱。列管總數(shù)為 200根，長度為6nl管子規(guī)格為小 38X 3mm現(xiàn)因生產(chǎn)要求需要設(shè)

48、計(jì)一臺新?lián)Q熱器， 其空氣處理量保持不變，但管數(shù)改為400根, 管子規(guī)格改為小19X,操作條件不變，試求此新?lián)Q熱器的管子長度為多少米？解：據(jù)題意Q QQ KS總 tm0 i Ki i'2'2、Ui /Uindi /(ndi )0.81 0.2i Ui di(32/16)0.2/ i (Ui/Ui)0.8 (di/dij0.2i'/ i (200 322 /(400 162)0.8i/ i 2 Ki 2KiS總 nL di QKiS總 tmQ KiS總 tmS總 n L di 2Kin L di tmKinL di tmL 1/2 (n/n ) (di /di) L 3m37）在單程列管換熱器內(nèi)，用120c的飽和水蒸汽將列管內(nèi)的水從 30c力口熱至ij 60C,水 流經(jīng)換熱器允許的壓降為。列管直徑為小25X ,長為6m換熱器的熱負(fù)荷為2500kW試計(jì)算: 列管換熱器的列管數(shù)；基于管子外表面積的傳熱系數(shù) ，K。假設(shè)：列管為光滑管，摩擦系數(shù)可按柏拉修斯方程計(jì)算,t 30 60解：（1）245 c時(shí)水：45C=990kg/m3 ,Cp =x10-5Pas , Pr =L _u2d 20.3164L""025 'dudtmx 10