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1、【大連理工大學(xué)，2003，四】有一單管程列管換熱器，傳熱面積為40m2（按外表 面積計(jì)），共有$ 25mm x 2.5mm的傳熱管86根，現(xiàn)用該換熱器以循環(huán)水冷卻流量 為28000kg/h的石油產(chǎn)品，石油產(chǎn)品走殼程，循環(huán)水走管程，兩流體逆流換熱。 實(shí)際測(cè)得石油產(chǎn)品的進(jìn)、出口溫度分別為90C和50C，冷卻水的進(jìn)、出口溫度 分別是25C和40C，已知石油產(chǎn)品的比熱容為2.8KJ/kg，水的有關(guān)物性分別為: 密度 P =995kg/m3粘度 r =0.8 x 10-3Pa - s比熱 Cp=4.17kJ/(kg - K)導(dǎo)熱系數(shù)人=0.618W/(m - K)試求:1、冷卻水用量2、該換熱器總換熱系

2、數(shù)3、管程和殼程的傳熱膜系數(shù)（又稱(chēng)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)）（可忽略?xún)蓚?cè)的污垢熱阻）4、由于污垢積累，石油產(chǎn)品的出口溫度升高，為使石油產(chǎn)品出口溫度仍為50C， 需增加冷卻水量使得冷卻水出口溫度為35C時(shí)，石油產(chǎn)品出口溫度達(dá)到50C， 估算兩側(cè)污垢熱阻之和為多少（各物性數(shù)據(jù)可視為不變，忽略管壁熱阻）。解：1、由題意：Q = m Cp (t -1) = mCp (T -T )22 211112解得 m2 = 50136kg / h = 13.93kg / s2、由 1 得，Q = KAAt = mCp(T T) = 8.71 x 105At =氣 T如氣2 = 36.1C T -1 ln 12-T -121解

3、得 K = 603.2W /(m2 - K )3、流速 u =工=13.9：/995 = 0.52m/s 仃 d2, (0.02)2對(duì)一 86兀440.8 X10-3Re =爐=0.02 X 竺 X995 = 12935RPr =瞿=4 = 5.4人 0.618以=0.023 Re0.8 Pr0.4i di=0.023 x 0618x (12935* x5.40.40.02)=2716.8W / (m2 - K)由上=上+ 土得K a ada o = 834.9W / (m2 - K )4、Mt = EJ,T%-? = 38.04C 、T -1 m 2-T -121由 Q = KAM = mC

4、p(T - T)得 K = 572.42W / (m 2 - K )R = K - -K = 8.9 X10-5m2 - K / W【大連理工大學(xué)，2004,四】某廠內(nèi)有一臺(tái)單管程列管換熱器，欲用120C的飽 和蒸汽將某種水溶液進(jìn)行加熱，水溶液走管程。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得溶液的流量為 25000kg/h、入口溫度為22C、出口溫度為73C。已知該換熱器有 25 mm x 2.5 mm 的管子共56根，管長(zhǎng)為3m。溶液在平均溫度下的物性數(shù)據(jù)為：粘度R =0.6 x 10-3Pa - s，比定壓熱 Cp=4.1kJ/(kg - K)，熱導(dǎo)率人=0.66W/(m - K)。整齊側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h =1.1 x10

5、4W/（m2 K）。若不計(jì)熱損失及管壁熱阻和蒸汽側(cè)污垢熱 0阻。試求：1、溶液在管內(nèi)的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（也稱(chēng)傳熱膜系數(shù)）2、管程污垢熱阻的大小3、若改用雙管程的換熱器（管長(zhǎng)、管徑、管數(shù)與上述換熱器相同），在其它條件相同情況下，溶液的出口溫度為多少？（物性參數(shù)及污垢熱阻等不變）56兀4解：1、流速 u =工=25000/3600/、1000 = 0.395m/s 仞d4du p 0.02 x 0.395 x 1000Re = t = 13164104日0.6 x 10-3Pr =字=皿=3.72A 0.66以=0.023 Re0.8 Pr0.4i di=0.023 x 066 x(13164 8

6、 x 3.720.4。.2)=2534.9W / (m2 - K )-+ 土得K a adK。= 1712.3W / (m2 - K)2、KAAt - K X 5 xAHaT = mCp(t2 -11) Inb At2解得 K = 10596W / (m2 - K )3、雙管程后流速變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，則a = 20.8a = 4413.5W /(m2 - K)KAAt = mCp (t -1 )解得 t = 37.1OC 2【華東理工大學(xué)，1998，六】一套管換熱器用133C的飽和蒸汽將管內(nèi)的氯苯從 33C加熱到73C，氯苯流量為5500kg/h?，F(xiàn)因某種原因，氯苯流量減少到 3300kg/h,

7、但其進(jìn)出口溫度欲維持不變，試問(wèn)此時(shí)飽和蒸汽溫度應(yīng)為多少才能滿 足要求？此時(shí)飽和蒸汽冷凝量為原工況的百分之幾？(設(shè)在兩種工況下蒸汽冷凝 熱阻、管壁熱阻、垢層熱阻及熱損失均可忽略，且氯苯在管內(nèi)作湍流流動(dòng)。忽略 兩工況下飽和蒸汽汽化潛熱的變化)解：由題意：Q = KAAt = m Cp (t t) m 22 21i TtInTt - in巳T t2解得 T = 74.6。m T-=x 100% = 56.1% mT【華東理工大學(xué)，1999,二】某列管式換熱器，殼程通以0.2MPa（絕）的飽和蒸 汽，可將一定量的冷水從25C加熱至65C.若加熱蒸汽的壓強(qiáng)及水的入口溫度保 持不變，水的出口溫度降為63C

8、,求此時(shí)換熱器的熱流量較原工況有何變化（以 原工況的相對(duì)比值表示）？計(jì)算時(shí)可忽略垢層、管壁及蒸汽側(cè)的熱阻，水在管內(nèi)作湍流流動(dòng)。0.2MPa（絕） 的飽和蒸汽溫度為120C。m【華東理工大學(xué)，2000，七】用某熱流體與甲苯在一臺(tái)列管式換熱器中進(jìn)行逆流 換熱。列管的管內(nèi)徑為25mm，甲苯走管內(nèi)，入口溫度tj20C，出口溫度t2=80C； 熱流體走管外，入口溫度T1=200C，出口溫度T2=120C。已知此時(shí)熱流體的對(duì)流 給熱系數(shù)a 1=1000W/m2 - K，甲苯的對(duì)流給熱系數(shù)為a 2=800W/m2 - K。現(xiàn)把甲苯的 流量增大50%，試求：（1）熱流體的出口溫度為多少？（2）新工況的熱流量Q

9、較原來(lái)增加了多少？（已知甲苯的Re104, Pr0.7,管壁熱阻可忽略，流體物性隨溫度的變化可忽略） 解：（1）由題意m = 1.5m 流速u(mài)，= 1.5ua = 0.023 C Y.8 Pr0.4 c ja = 1.50.8a由 Q = mC (t -1) = K AM 可得，p 21o m虬= 1.50.2 =1.08【華東理工大學(xué)，2001，二】一列管式換熱器，內(nèi)有419mmx2mm鋼管33根， 管長(zhǎng)1.5m，單管程?，F(xiàn)將此換熱器用來(lái)冷凝某工藝物料的蒸汽，殼程蒸汽冷凝 溫度為90C，蒸汽側(cè)熱阻、管壁熱阻可忽略。冷卻水走管程，進(jìn)口溫度tj15C, 流量為21m3/h。試求：（1）蒸汽冷凝量

10、為多少？冷卻水的出口溫度為多少？夏季時(shí)，冷卻水進(jìn)口溫度為25C時(shí)，若冷卻水流量不變，則蒸汽冷凝量為 多少?已知冷卻水比熱Cp=4180J/kgK,粘度|1 =1mPa -s，密度p =1000kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)人=0.6W/(m - K)，物料蒸汽汽化潛熱Y =1.2X106j/kg。(設(shè)以上物性不隨溫度而變)解：(1)由題意 u =工=21/3600、= 1.0m/s 兀竺33丸y TOC o 1-5 h z 441.0 x 10-3Re =史=0.015 x 1.0 x 1000 =1.5 x104104P.=箜=4180 x 10 x 10-3 = 6 97 人0.6a = 0.023

11、 %Re0.8Pr0.4 = 4384.84W / Cn2 - K)i由 Q = m C (t -1) = K AAt 得2 p 221o mln M = m2Cp 2T -12 an兀 dl整理解得t = 83.1。2Q = m C (t 一 t) = m y2 p 2 211解得 m = 138.4kg / s(2)由 Q = m C (t t ) = m y 得2 p 2211m = 118.1kg / s【華東理工大學(xué)，2003，六】一管殼式換熱器由38根4 25mmx2.5mm，長(zhǎng)3m的 鋼管組成。110C的飽和蒸汽通入殼程，加熱管程中的甲苯，蒸汽冷凝對(duì)流給熱 系數(shù)為10000W/m

12、2C，甲苯流量為7kg/s，入口溫度為30C。甲苯的比熱為 1840J/kgC。該流量條件下，甲苯側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為1090W/m2C。管壁很薄， 可忽略管壁及兩側(cè)的垢層熱阻。試求：此時(shí)，甲苯的出口溫度為多少？現(xiàn)因生產(chǎn)需要，甲苯的處理量增加50%，蒸汽冷凝對(duì)流給熱系數(shù)視作不變， 甲苯的出口溫度為多少？解：(1)由 Q = m C (t -1) = K At 得2 p 221o mIn M = m2Cp 2T -1an兀 dl整理解得t = 94.6。2(2) u = 1.5u a = 1.50.8a = 1507.6W /(m2 。C)ln 丁 -1 - m2Cp2T -1a n兀 dl整理解

13、得1 = 83.1OC2【華南理工大學(xué)，1999，三】有兩臺(tái)單殼程的換熱器，傳熱面積均為20m2，每臺(tái) 加熱器均由64根$ 27mmx3.5mm鋼管組成，殼程為170C的飽和水蒸氣冷凝(冷 凝潛熱Y =2054KJ/kg)，空氣入口溫度ti=30C，流量為2.5kg/s，以湍流方式 通過(guò)管內(nèi)。若兩臺(tái)換熱器并聯(lián)使用，通過(guò)每臺(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)38W/ (m2C)，求空氣的出口溫度匕及水蒸氣的總冷凝量W0為多 少？若兩臺(tái)換熱器改為串聯(lián)使用，問(wèn)此時(shí)空氣的出口溫度t及水蒸氣的總冷 凝量W。為多少？(設(shè)空氣物性不隨溫度壓力改變，Cp=1 KJ/kgC)解：(1)由題意，兩臺(tái)換

14、熱器并聯(lián)使用時(shí)，A,并=2A,；傳熱過(guò)程的控制熱阻在空氣側(cè)，則K ；,T T由112列式得，Q = KA (12-11) = mCp(1 -1)I i,并 T 121lnT -12代數(shù)計(jì)算得到，1廣93.78 C由 Q =y m = mCp(1 -1 )得，m水 =心 -11)= 0.078kg / s = 279.46kg / h(2)由題意，兩臺(tái)換熱器串聯(lián)聯(lián)使用時(shí)，u = 2u ；K 強(qiáng) a= (u)。.8a = 66.16W /(m2 . K)由Q=K2A2* = mCp t)得，i i、T t2 1lnT -t；t2 = 121.43 C由 Q =y m水 = mCp(t -1)得，m

15、 = MP -ti)= 0.111處 /s = 400.62kg /h水y【華南理工大學(xué)，2002，二，2】鍋爐的蒸發(fā)量為9080kg/h，要求進(jìn)入鍋爐的水 溫為65C，但原水溫度為21C，故需用一臥式列管換熱器將水加熱到所需溫度， 加熱蒸汽為108C的飽和水蒸氣，冷凝傳熱系數(shù)為10400kcal/m2hC。列管 采用4 25mm x 1mm的黃銅管(導(dǎo)熱系數(shù)為85.48W/mC)，設(shè)水在管內(nèi)流動(dòng)，流 速為0.3m/s。求：求換熱面積。若因空間限制，管長(zhǎng)不能超過(guò)2.5m，換熱器如何設(shè)置？(注：水的物性參數(shù) p =991kg/m3，人=0.638W/(m K)， r =0.623 x 10-3P

16、a s，Pr=4.18)解：(1)由題意 Re = i = 10975.8Ra = 0.023 j Re0.8Pr0.4 = 1930.37W / (m2 K)iK =1 = 261.2W / (m2 K )1 o d d TOC o 1-5 h z + o + oa人 da dAt = 62.44C由 Q = m y = KAAt1m解得 A = 6.73m 2(2)單管程改為多管程【華南理工大學(xué)，2003,五】一列管式換熱器，殼程120C的蒸汽冷凝放熱，將殼程中20C的空氣加熱到80C，若將該換熱器改為雙管程，其他條件不變，設(shè) 空氣作完全湍流，物性隨溫度的變化可忽略，此時(shí)空氣的出口溫度為多

17、少？ 解：當(dāng)由單管程改為雙管程時(shí)，u，= 2u由于管內(nèi)湍流流動(dòng)，a = 0.023 i0.8Pr0.4T -1Ina T T整理得=Ta ln 二T-t；解得 $ 60.9C【清華大學(xué)，1998，三，2】在一新的套管換熱器中，冷卻水在625X2.5mm的 內(nèi)管中流動(dòng)以冷凝環(huán)隙間的某蒸汽。當(dāng)冷卻水的流速為0.4m/s和0.8m/s時(shí)，測(cè) 得基于內(nèi)管外表面的總傳熱系數(shù)分別為1200瓦每平方米開(kāi)爾文和1700瓦每平方 米開(kāi)爾文。水在管內(nèi)為湍流，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45w/mK。水流速改變后可認(rèn) 為環(huán)隙間冷凝的傳熱膜系數(shù)不變，試求：當(dāng)水的流速為0.4m/s時(shí)，管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)為多少？管外蒸汽冷凝的對(duì)

18、流傳熱系數(shù)為多少？若操作一段時(shí)間后，水流速仍維持0.4m/s，但測(cè)得的總傳熱系數(shù)比操作初 期下降10%，試分析可能的原因，并論述此時(shí)蒸汽的冷凝量是否也下降10%。解：(1)由題意K = 1 1 /1 d +o a a d整理得 a = 2171.7W / (m2 - K )(2)由K = 1 d解得+oa a d=3879.8W /0可能的原因是產(chǎn)生了污垢熱阻?！厩迦A大學(xué)，2000,三，3】某廠在單殼程雙管程列管換熱器中，用130C的飽 和水蒸氣將乙醇水溶液從25C加熱到80C，列管換熱器由90根4 25mmx2.5mm , 長(zhǎng)3m的鋼管所構(gòu)成，乙醇水溶液處理量為36000kg/h，并在管內(nèi)流

19、動(dòng)，飽和水 蒸氣在管間冷凝。已知鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/(mC)，乙醇水溶液在定性溫 度下的密度為880kg/m3,黏度為1.2CP，比熱為4.02KJ/ (kg - K)，導(dǎo)熱系數(shù)為 0.42 W/ (mC)，水蒸氣的冷凝傳熱系數(shù)為104W/ (m2C)，在操作條件下， 垢層熱阻和熱損失可忽略不計(jì)，試確定:(1)此換熱器能否完成任務(wù)？ (2)若乙醇水溶液處理量增加20%，在溶液進(jìn)口溫度和飽和水蒸氣溫度不變情 況下，仍在原換熱器中加熱乙醇水溶液，則乙醇水溶液的出口溫度變?yōu)槎嗌?乙 醇水溶液的物性可視為不變)？ 解：(1) At = 74.13OCVu =nn吐436000/3600/880 八

20、,7t=0.40m / s(0.02 J290n4Pr =半= 11.5a = 0.023 %Re0.8Pr0.4 = 1327.2W / (m2 - K) iK = 一L = 906.2W / (m2 - K )1 o d d+ 7 o + oa Xd a d由 Q = m Cp (t -1) = KAAt22 21m得 A = 32.9m 2A實(shí)際=2nn dl = 42.39m2故可以完成任務(wù)。(2) a = 1.20.8aK，= 一l1l = 1038W/(m2 -K) TOC o 1-5 h z 1o dd+ 7o + o以X d以d由 Q = m Cp (t -1) = KAAt 整理得22 21mK A = m Cp In22 T-t解得t = 35OC2【清華大學(xué)，2001，2，（2）】現(xiàn)有兩臺(tái)單殼程單管程