化工原理傳熱習題課

傳熱過程計算與換熱器2021/6/271習題課2021/6/272習題課2021/6/273解：逆流時：(以外表面為基準)2021/6/274并流時：Q、t2、K與逆流時相同

(以外表面為基準)2021/6/275結(jié)論：在相同條件下，

2021/6/276習題課【例2】有一臺現(xiàn)成的臥式列管冷卻器，想把它改作氨冷凝器，讓氨蒸汽走管間，其質(zhì)量流量950kg/h，冷凝溫度為40℃，冷凝傳熱系數(shù)h1=7000KW/m2K。冷卻水走管內(nèi)，其進、出口溫度分別為32℃和36℃，污垢及管壁熱阻取為0.0009m2K/W（以外表面計）。試校核該換熱器傳熱面積是否夠用。列管式換熱器基本尺寸如下： 換熱管規(guī)格

25

2.5mm

管長

l=4m管程數(shù)

m=4

總管數(shù)

N=272根

外殼直徑

D=700mm附：氨冷凝潛熱r=1099kJ/kg 34℃下水的物性：2021/6/277解：(外表面積)2021/6/2782021/6/279(以外表面為基準)2021/6/2710【例7-5】(P)在一逆流換熱器中將熱氣體從150℃冷卻至60℃，氣體流經(jīng)管內(nèi)，冷卻劑為水，溫度從15℃升至35℃，氣側(cè)給熱系數(shù)為50W/(m2·℃)，水側(cè)給熱系數(shù)為5000W/(m2·℃),現(xiàn)工廠擴大生產(chǎn)能力，氣體的流量增加25%，冷卻水的進口溫度不變，忽略管壁和污垢熱阻，試求：⑴冷卻水的流量不變，氣體的出口溫度和冷卻水的出口溫度；⑵氣體流量增加后，擬通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量以使氣體出口溫度保持在60℃不變，調(diào)節(jié)后水的流量和冷卻水的出口溫度。

2021/6/2711解：⑴氣體流量增加前，根據(jù)傳熱基本方程：2021/6/2712

習題課--------操作型分析例3：無相變的冷、熱流體在套管式換熱器中進行換熱，今若熱流體的質(zhì)量流量增大，而其它操作參數(shù)不變，試定性分析K、Q、t2、T2、

tm的變化趨勢2021/6/2713W1

h2不變2021/6/27142021/6/27152021/6/2716逆流并流2021/6/2717

快速分析：2021/6/2718練習1

無相變的冷、熱流體在套管式換熱器中進行換熱，今若冷流體的進口溫度t1下降，而其它操作參數(shù)不變，試定性分析K、Q、t2、T2、

tm的變化趨勢。2021/6/2719練習2：在一列管式換熱器中用飽和水蒸汽預(yù)熱某有機溶液（無相變），蒸汽走殼程，今若蒸汽壓力變大，而其它操作參數(shù)不變，試定性分析K、Q、t2、

tm的變化趨勢。2021/6/2720練習3：無相變的冷、熱流體在列管式換熱器中進行換熱，今若將單管程變成雙管程，而其它操作參數(shù)不變，試定性分析K、Q、T2、t2、

tm的變化趨勢。2021/6/2721練習4：無相變的冷、熱流體在列管式換熱器中進行換熱，因長期使用，部分管子內(nèi)壁集結(jié)大量污垢而無法正常傳熱，現(xiàn)將這些管子堵死，而其它操作參數(shù)不變，試定性分析K、Q、T2、t2、

tm的變化趨勢。2021/6/27221、有一列管換熱器由

25×2.5mm的120根鋼管組成。110℃的飽和水蒸氣在殼方冷凝以加熱在管內(nèi)作湍流流動的某液體，且冷凝水在飽和溫度下排出。已知液體平均比熱為4.187kJ/kg·℃，由15℃加熱到90℃。管內(nèi)對流傳熱系數(shù)為hi=800W/m2·℃，蒸氣冷凝的對流傳熱系數(shù)ho=1.1×104W/m2·℃，忽略污垢熱阻、壁阻和熱損失，每小時收集冷凝水2100kg，在飽和溫度下蒸氣冷凝潛熱r=2232kJ/kg，試求（1）每小時可處理的液體量；（2）管程單程時的列管有效長度；（3）其它條件均保持不變，將120根鋼管改為兩管程，列管有效長度為多少。2021/6/2723解：（1）（2）11011015902021/6/2724（3）兩管程，列管有效長度2021/6/2725

三、（30）某生產(chǎn)過程，需將2400kg/h的空氣從20℃加熱到80℃，空氣的平均比熱容為1.0kJ/（kg.℃），平均密度為1.1kg/m3。120℃的飽和蒸汽在殼層加熱?？諝庠诠軆?nèi)作強制湍流流動，Re>104。采用的單管程列管式換熱器尺寸如下：

25mm×2.5mm，管長為3m，管子數(shù)為100根。試求：(1)上述換熱器的總傳熱系數(shù)為多少？(2)現(xiàn)倉庫里有一臺19mm×2mm，管長為3m，管子數(shù)為100根的單管程列管式換熱器，試核算該換熱器是否能代替上述換熱器？(3)若用該換熱器代替上述換熱器，空氣的出口溫度為多少？注：計算可忽略管壁及污垢熱阻；溫度對物性影響可忽略；h蒸汽>>h空氣，可以作必要的合理簡化假設(shè)。2021/6/2726解：1、加熱蒸汽120120空氣2080換熱面積為

總傳熱系數(shù)為2021/6/27272、飽和蒸汽加熱空氣時，。流量不變，所以

而所以

又

解得：

因此，倉庫里的單管程列管式換熱器能代替原有的換熱器。2021/6/27282021/6/2729

習題課----換熱器的組合操作計算【例4】如圖所示，兩個完全相同的單管程列管式換熱器，內(nèi)各有180根

19

1.5mm的管子，每根長3米，管內(nèi)走流量為2000kg/h的冷流體，與熱流體分別進行單程逆、并流換熱，其進口溫度為30℃。已知(W2C2)

/(W1C1)

=0.5（下標2代表冷流體，下標1代表熱流體）。冷流體的C2=1.05kJ/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，熱流體的進口溫度為T1=150℃，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。試求熱流體的出口溫度T2。2021/6/2730對第一個換熱器（逆流），有：解:180根

19

1.5mm，長3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。2021/6/2731對第一個換熱器，有：180根

19

1.5mm，長3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。2021/6/2732將A2=N

d內(nèi)L＝180

0.016

3=27.130m2(W2C2)

/(W1Cp1)

=0.5W2C2=2000

1050/3600=583.33W/(℃)t1=30℃,T1=150℃代入得：（1）180根

19

1.5mm，長3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。2021/6/2733（1）又（2）聯(lián)立求解式1、2得：180根

19

1.5mm，長3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。2021/6/2734180根

19

1.5mm，長3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。對第二個換熱器（并流），有：A2=N

d內(nèi)L＝180

0.016

3=27.130m22021/6/2735180根

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1.5mm，長3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，

2=2

10-2cP，k2=0.0289W/(m

℃)，熱流體側(cè)、管壁及垢層的熱阻可忽略。將已知條件代入得：（1）又（2）聯(lián)立求解式1、2得：2021/6/2736180根

19

1.5mm，長3米，(W2C2)

/(W1C1)

=0.5C2=1050J/(kg

℃)，