传热典型例题Word格式文档下载.docx
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得
W/(m2·
℃)
得kg/h
分析:
注意本题为将纯苯蒸汽冷凝成饱和液体,故属于一侧恒温的传热过程。
例3第一类操作型问题在一逆流操作的单壳程、双管程的管壳式换热器中,冷、热流体进行热交换。
已知两流体的进、出口温度分别为T1=200℃、T2=93℃,t1=35℃、t2=85℃。
当冷流体流量减少一半,热流体的流量及冷、热流体的进口温度不变时,试求两流体的出口温度和传热量减少的百分数。
假设流体的物性及总传热系数不变,换热器热损失可忽略。
本题采用法计算。
因为℃
℃
所以
故热流体为最小值流体。
原工况下:
得
设新工况下热流体仍为最小值流体,在新工况下:
所以℃
因为℃℃
故假设新工况下热流体为最小值流体正确。
原工况下的传热量
新工况下的传热量
故传热量减少的百分数为
本题为在同一换热器内,求工况改变前后的某物理量变化情况,此类题用法计算较为方便。
例4换热器的操作与调节
一套管换热器用133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从33℃加热到73℃,氯苯流量为5500Kg/h。
现因某种原因,氯苯流量减少到3300Kg/h,但其进出口温度维持不变,试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求?
此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几?
(设两种工况下的蒸汽冷凝热阻,管壁热阻,垢层热阻及热损失均可略,且氯苯在管内作湍流流动,忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化。
)
例5换热器的串并联问题
某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器,每台传热面积为A0=20m2(管外面积),均由128根Ф25×
2.5mm的钢管组成。
壳程为170℃的饱和水蒸汽冷凝(冷凝潜热为r=2054KJ/kg),凝液不过冷。
空气走管程,其入口温度t1=30℃,流量为4500kg/h假定空气的物性参数不随温度、压力变化,可视为常数,分别为CP=1.005KJ/Kg.K,ρ=1.06Kg/m3,μ=20.1×
10-3cp,λ=0.029w/m.k。
热损失可略,管内湍流时空气的对流给热系数可用下式计算:
Nu=0.02Re0.8。
(1)若两台换热器并联使用,通过两台换热器的空气流量均等,试求空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量m1(kg/h)
(2)若两台改为串联使用,试求此时空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量m1(kg/h)。
(3)试比较并联及串联时传热效率的大小,并求两情况下总传热能力的比值Q串/Q并。
解:
例6非稳态传热问题
有一带夹套的反应釜,釜内盛有某反应液。
反应液的初始温度为20℃。
釜内液体由于剧烈地搅拌可认为温度均一。
反应液需加热到80℃进行反应。
(1)若夹套内通以120℃的蒸汽加热,已知前10分钟反应液的温升为60℃,则反应液由初始温度加热至反应温度需要多少时间?
(2)若夹套内通以进口温度为120℃的热流体加热,前10分钟反应釜的温升同样为60℃,则反应液由初始温度加热到反应温度需多少时间?
(热流体无相变)
解
(1)热流体有相变时
(2)热流体无相变时
例7定常态辐射传热车间内有一高和宽各为3m的炉门(黑度ε1=0.70),其表面温度为600℃,室内温度为27℃。
(1)试求由于炉门辐射而引起的散热速率。
(2)若在炉门前25mm处放置一块尺寸和炉门相同而黑度为0.11的铝板作为热屏,则散热速率可降低多少?
(1)放置铝板前由于炉门辐射而引起的散热速率
由于炉门被车间四壁所包围,则;
又S2>
>
S1,故,于是
S=S1=3×
3=9m2
w/(m2·
K4)
(2)放置铝板后由于炉门辐射而引起的散热速率
以下标1、2和3分别表示炉门、房间和铝板。
假定铝板的温度为T3,则当传热达稳态时,炉门对铝板的辐射传热速率必等于铝板对房间的辐射传热速率,此即由于炉门辐射而引起的散热速率。
炉门对铝板的辐射传热速率为
因S1=S3,且两者相距很小,故可认为是两个极大平行平面间的相互辐射,故。
故(a)
铝板对房间的辐射传热速率为
式中S3=3×
则(b)
于是Q1-3=Q3-2
解得K
将T3值代入式b,得
w
放置铝板后因辐射引起的散传速率可减少的百分率为
求解本题时,注意放置铝板后,当传热达稳态时,炉门对铝板的辐射传热速率必等于铝板对房间的辐射传热速率,此即由于炉门辐射而引起的散热速率。
例8换热器的选型某化工厂在生产过程中,需将纯苯液体从80℃冷却到55℃,其流量为20000kg/h。
冷却介质采用35℃的循环水。
要求换热器的管程和壳程压降不大于10kPa,试选用合适型号的换热器。
1.估算传热面积,初选换热器型号
(1)基本物性数据的查取
苯的定性温度℃
根据设计经验,选择冷却水的温升为8℃,则水的出口温度为℃
水的定性温度℃
查得苯在定性温度下的物性数据:
kg/m3kJ/(kg·
λ=0.129W/(m2·
℃)Pa·
s
查得水在定性温度下的物性数据:
λ=0.633W/(m2·
(2)热负荷计算
W
冷却水耗量:
kg/s
(3)确定流体的流径
该设计任务的热流体为苯,冷流体为水,为使苯通过壳壁面向空气中散热,提高冷却效果,令苯走壳程,水走管程。
(4)计算平均温度差
暂按单壳程、双管程考虑,先求逆流时平均温度差:
苯80→55
冷却水43←35
3720
计算和:
由、值,查相关图,,因,选用单壳程可行。
(5)选值,估算传热面积
参照附录,取=450W/(m2·
m2
(6)初选换热器型号
由于两流体温差<
50℃,可选用固定管板式换热器。
由固定管板式换热器的系列标准,初选换热器型号为:
G400Ⅱ-1.6-22。
主要参数如下:
外壳直径400mm公称压力1.6MPa
公称面积22m2管子尺寸管子数102管长3000mm
管中心距32mm管程数2
管子排列方式正三角形管程流通面积0.016m2
实际换热面积m2
采用此换热面积的换热器,则要求过程的总传热系数为
℃)
2.核算压降
(1)管程压降
管程流速m/s
(湍流)
对于碳钢管,取管壁粗糙度mm
由~关系图中查得
Pa
Pa<
10kPa
(2)壳程压降
管子为正三角形排列=0.5
取折流挡板间距
壳程流通面积m2
壳程流速m/s
所以Pa
计算结果表明,管程和壳程的压降均能满足设计条件。
3.核算总传热系数
(1)管程对流传热系数αi
(2)壳程对流传热系数αo(Kern法)
管子为正三角形排列,则
m
m/s
壳程中苯被冷却,取
(3)污垢热阻
参考附录,管内、外侧污垢热阻分别取为
Rsi=2.00×
10-4(m2·
℃)/WRso=1.72×
℃)/W
(4)总传热系数
管壁热阻可忽略时,总传热系数为
故所选择的换热器是合适的,安全系数为
设计结果为:
选用固定管板式换热器,型号:
略。
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