傳熱習(xí)題課計(jì)算題要點(diǎn)

1、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。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)W 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：50 35242.5 rA tm52.25 1032 42.5615W/m2 c2、一列管換熱器，由2

2、52mm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。單管程時(shí)管壁對(duì)溶液的傳熱系數(shù) a為520W/m2 -C，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/m- C，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)_b丄色K i d i0 d解：傳熱量：Q = qmCp(t2 ti)=15000/3600 4187 X(80- 20) 1.05 W6W總傳熱系數(shù)：以管平均面積

3、為基準(zhǔn)11 dmK i dib 1 dm 1123 0.00210 d0 K 520 21171.16 104c對(duì)數(shù)平均溫差:1101102080 t1=90 t2=30tmX 七2In t1t290 30ln 90 3054.61 C傳熱面積： Q KAm tmAmQ 1.05 106K tm 43419 54.61Am n dmL ；列管長(zhǎng)度：LAmn dm44.28126 3.140.023232544.28m24.87 m3、有一列管式換熱器，裝有 25灘岡管320根，其管長(zhǎng)為2m，要求將質(zhì)量流量為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

4、熱之。 假設(shè)水蒸汽 的冷凝傳熱膜系數(shù)為ixi04w/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，空氣在平均溫度下的物性常數(shù)：入=2.85 x-1W/mK，卩=1.98 x-5INTs/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)以管子外外表為基準(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:qvqm80001 22.12- -(0.02)2 32043600Re dU0.02 22.12119810 5422343.431040.6v Pr=0.7v 160

5、l/d=2/0.02=100 50傳熱系數(shù)ai 0.023-dRe0.8 Pr0.40.023 2850.0222343.430.80.74=2 K2總傳熱系數(shù):111 do11125Koi diK1 10485.6820解得：2 K3傳熱量：Q KA tm qmCp(t2 ti)實(shí)際所需傳熱面積:qmCp(t2切K tmtmt1 t2ln t1t28000 io360010385 20243.80 m1081082085 t = 88 t? = 2388 2348.44 C88In -2368.08 48.44該換熱器所能提供傳熱面積A :A n dl 320 3140.025 250.24

6、m2T A V A該換熱器能滿足要求。4QqmCp(t2ti)3600 10 103(85 20)4 105WQ A(T Tw)Tw T108 號(hào) 10107.71 CoAo1 10 50.24Ai=n dil=320 3.14 E.02 2=2208521.44 10585.68 40.1994.32 C所以：壁溫接近于蒸汽流體一側(cè)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。假設(shè)每程有直徑為 25刈勺管子30根，且以管外外表積為基準(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

7、：(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08m2. C /W，假設(shè)維持溶液的原流量及進(jìn)口溫度不變，其出口溫度為多少？又假設(shè)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； CPkJ/kg C。解：111011075 903520tmt1 t2In t1 t235 2026.80In 35 20或 tm20 35227.5 C3612.5 10 WQqmCp(t2t1) qv Cp(t2 tj1000 4.2 1 03 (9075)3600傳熱面積：AK tm3612.5 1032800 26802816m2A

8、= nnd 2LL = A/ 2nnd =8.16/ 2X 30 nX 0.02521 1K Kd11di 1K Kd0di R110.00008 25202800所以：K2188W/m2 C110 11075 t235110-12Q KA tm qmCp(t2 ti)2188 8.1635 (110 t2)In35110 t235 100036004.2103 t275解得： t2 8&措施：l1提高加熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)蒸汽的壓力； 2去除污垢。5、熱空氣在 25対勺鋼管外流過(guò)，對(duì)流給熱系數(shù)為50W/m2K，冷卻水在管內(nèi)流過(guò)，對(duì) 流給熱系數(shù)為1000W/m2.K，鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)W/m- K，水側(cè)

9、污垢熱阻Rsi 0.58 103m2 K/W，熱空氣側(cè)污垢熱阻 尺。0.5 10 3m2 K/W。試求：(1) 傳熱系數(shù)；(2) 假設(shè)管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，傳熱系數(shù)有何變化？(3) 假設(shè)管外對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，傳熱系數(shù)有何變化？解:。50W/(m2 K),i 100CW/(m2 K)bdodmRsidodidoidi1500.5 10 32.5 10 3 2545 22.50.5810 32520251000 200.020.00050.0000620.0007250.001250.0225m2 K /WK 44.4W/(m2 K)(2)假設(shè)管內(nèi)對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即11

10、bdodo doRsoRsiKodmdi 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 44.444.4100%2.7%假設(shè)管外對(duì)流給熱系數(shù)增大一倍，其他條件不變，即1 1K 2 obdododoRsoRSidmdiidi12 50332.5 10253 25250.5 100.58 1045 22.5201000 20解得：K79.8w/(m2 K)79 844 4傳熱系數(shù)提高：一8- 100%797%6某廠只能用120C飽和水蒸汽，通過(guò) 25X長(zhǎng)3m的單管程列管式換熱器，將

11、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。管側(cè)水溶液i 2500W/m2 C，殼側(cè)蒸汽 1000qW/m2 C，溶液在管內(nèi)呈湍流，試問(wèn)換熱器的 管數(shù)為假設(shè)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：1QqmCp tqv Cp(t2切17.2型 4(75 20)1151 103W1丄doK?7d?1o 2500 201 251100002Ko 1666.67W/m C12020-12

12、075蒸汽 水t1=100 t2 = 45tmt1 _t2t1lnt210045,100ln4568.88 CKoAo tm=AQKo tm1 151 1032.10.02m 1666.67 68.88dl10.023.14 0.025 342.55 43根0.8uAnu ,且A連續(xù)性方程un故i 叩i400.825002650W / m2Cn40K112-1750W / mC1 do11 251i dio2650 2010000Ad In3.140.0253 409.425m2QKA tm1750 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

13、 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。水和機(jī)油的質(zhì)量流量分別為1200 kg/h和1400 kg/h kJ/kgC kJ/kg C，水側(cè)和油側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為：1800W/ntC和200W/mC，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？解：機(jī)油放出的熱量:cmiCpi(Ti T2) 1400 2.0 (200 100) 2.8 105kJ/h冷卻水的出口溫度:對(duì)數(shù)平均溫差：Q2.810“ C -t2匕2580.8 Cqm2Cp212004.18熱流體200100冷流體25厲 t?)

14、(T2 t| )tmt1 t2In丄t2(200 80.8) (100 25),200 80.8In100 2595.4 C總傳系數(shù)為:1 1dr F 廠 175.6w/(m c ) 瓦1800 20 200所需傳熱面積為：A需要280000 1033600 175.6 95.44.64m24m2傳熱所需面積大于換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cp1 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，基于傳熱外外表積

15、的總傳熱系數(shù)K 2000 W/m 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 :qm1c p1 (T1 T2) qm2cp2(t2 t1)36002.38 (100 65) qm2 4.17 (50 40) qm2 7191.4kg/h2逆流下的平均溫差熱流體 100 -65冷流體 50 J40tm逆t1 t2(T1 t2) (T2 t1 )(100 50) (65 40)IntlInt2t2t1In!0065 4036.13所需傳熱面積傳熱量為：2.9988 105kJ/h21.154m83300WQqm1Cp1

16、(T1T2)那么A逆3600 2.38(100 65)Q83300K2000 36.19、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/( m2 -C )，傳熱面積2; 15C 5 x 105kg/h流量在管內(nèi)流過(guò)，設(shè)總傳熱溫差可以用算 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： 10010015 12(1)冷卻水出口溫度Q qm2Cp2(t2 t1) KA tmtm仃tQ仃t2)2(100 15)(100 t2)2(185 t2)2Q 2.25 105 4.18 103 住 15)2039 12.75 (18

17、5 t2)/2t 23.1C2105kW3355kg / h(2) 水蒸氣冷凝量 kg/h Q KA tm 2039 12.75 (185 23.1)/ 2 qm1 Q/ r 2105 3600 / 2258.410、在列管式換熱器中X 103kg/h，溫度從95C冷卻至55C，冷水溫度從20C升到50Cx l6w/mC 。：Cp熱水=4.181kJ/kg C , Cp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)逆流和并流做一比擬，可得到那些結(jié)論。解： 1冷卻水流量/ QhQcqmh C phqmc C pc4.5 1034.181 (95t55)qmc 4.174 (5020)qmc 6010kg / h2熱流體 95-55冷流體 5020tm