传热习题课计算题.docx
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传热习题课计算题.docx
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传热习题课计算题
1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。
已知热水走管程,测得其流量为1500kg/h,进口温度为80℃,出口温度为50℃;冷水走壳程,测得进口温度为15℃,出口温度为30℃,逆流流动。
(取水的比热cp=4.18×103J/kg·K)
解:
换热器的传热量:
Q=qmcp(T2-T1)
=1500/3600×4.18×103×(80-50)=52.25kW
传热温度差△tm:
热流体80→50
冷流体30←15
△t1=50,△t2=35
传热温度差△tm可用算数平均值:
℃
℃
2、一列管换热器,由φ25×2mm的126根不锈钢管组成。
平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流动,其流量为15000kg/h,并由20℃加热到80℃,温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。
已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi为520W/m2·℃,蒸汽对管壁的传热系数α0为1.16×104W/m2·℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m·℃,忽略垢层热阻和热损失。
试求:
管程为单程时的列管长度(有效长度)
(总传热系数:
以管平均面积为基准,)
解:
传热量:
Q=qmcp(t2-t1)
=15000/3600×4187×(80-20)≈1.05×106W
总传热系数:
(以管平均面积为基准)
解得:
K=434.19W/m2·℃
对数平均温差:
110110
2080
△t1=90△t2=30
℃
传热面积:
;列管长度:
3、有一列管式换热器,装有φ25×2.5mm钢管320根,其管长为2m,要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃,选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。
若水蒸汽的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K,管壁及两侧污垢热阻均忽略不计,而且不计热损失,已知空气在平均温度下的物性常数:
λ=2.85×10-2W/m·K,μ=1.98×10-5N·s/m2,cp=1kJ/kg·K,Pr=0.7。
试求:
(1)空气在管内的对流传热系数;
(2)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准);
(3)通过计算说明该换热器能否满足要求;
(4)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。
解:
(1)空气在管内流速:
0.6<Pr=0.7<160l/d=2/0.02=100>50
传热系数αi
=85.68W/m2·K
(2)总传热系数:
解得:
K=68.08W/m2·K
(3)传热量:
实际所需传热面积:
108108
2085
△t1=88△t2=23
℃
该换热器所能提供传热面积:
∵<∴该换热器能满足要求。
(4)
℃
Ai=nπdil=320×3.14×0.02×2=40.19m2
℃
所以:
壁温接近于蒸汽流体一侧(或者说接近α大的一侧流体温度)
4、用110℃的饱和水蒸汽将流量为35m3/h的某稀溶液在双程列管换热器中从75℃加热至90℃。
若每程有直径为φ25×2.5mm的管子30根,且以管外表面积为基准的传热系数K=2800W/m2.℃,蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽略不计。
试求:
(1)换热器所需的管长;
(2)当操作一年后,由于污垢累积,溶液侧的污垢系数为0.00008m2.℃/W,若维持溶液的原流量及进口温度不变,其出口温度为多少?
又若必须保证溶液原出口温度,可采用什么措施?
注:
溶液的密度及比热与水近似:
ρ=1000kg/m3;cP=4.2kJ/kg·℃。
解:
(1)110110
7590
3520
(或℃)
传热面积:
A=nπd(2L)
L=A/(2nπd)=8.16/(2×30π×0.025)=1.7m
(2)
所以:
℃
110110
75t2
35110-t2
解得:
t2≈88℃
措施:
(1)提高加热蒸汽温度(调节蒸汽的压力);
(2)清除污垢。
5、热空气在φ25×2.5mm的钢管外流过,对流给热系数为50W/m2.K,冷却水在管内流过,对流给热系数为1000W/m2.K,已知钢管的导热系数λ=45W/m·K,水侧污垢热阻,热空气侧污垢热阻。
试求:
(1)传热系数;
(2)若管内对流给热系数增大一倍,传热系数有何变化?
(3)若管外对流给热系数增大一倍,传热系数有何变化?
解:
已知,
(1)
(2)若管内对流给热系数增大一倍,其他条件不变,即
解得:
传热系数提高:
(3)若管外对流给热系数增大一倍,其他条件不变,即
解得:
传热系数提高:
6、某厂只能用120℃饱和水蒸汽,通过φ25×2.5mm、长3m的单管程列管式换热器,将列管内的17.2[m3/h]水溶液从20℃加热到75℃,冷凝水于饱和温度下排出。
已知管侧水溶液,壳侧蒸汽,溶液在管内呈湍流,试问换热器的管数为若干?
水溶液密度,比热为。
热损失及管壁、垢层热阻均可忽略。
检修时发现该换热器有三根管子已坏,拟将坏管堵塞再继续使用,试问此方案是否可行(通过计算或推导说明)?
解:
(1)
120120蒸汽
2075水
△t1=100△t2=45
(2),且(连续性方程)
故
不能完成换热任务
7、有单程列管换热器,传热面积为4,由的管子组成。
用初温为25℃的水,将机油由200℃冷却至100℃,水走管内,油走管间。
已知水和机油的质量流量分别为1200kg/h和1400kg/h,其比热分别为4.18kJ/(kg·℃)和2.0kJ/(kg·℃),水侧和油侧的对流传热系数分别为:
1800W/(m2·℃)和200W/(m2·℃),两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻,忽略热损失。
试校核该换器是否适用?
解:
机油放出的热量:
kJ/h
冷却水的出口温度:
℃
对数平均温差:
热流体200→100
冷流体80.8←25
℃
总传系数为:
W/(m2·℃)
所需传热面积为:
∵传热所需面积大于换热器的传热面积
∴该换热器不适用。
8、在内管为的套管换热器中,将流量为3600kg/h的某液态烃从100℃冷却到65℃,其平均比热容kJ/(kg·℃),环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃,平均比热容kJ/(kg·℃),基于传热外表面积的总传热系数W/(m2·℃),假设其值恒定,忽略热损失。
试求:
(1)冷却水用量;
(2)计算两流体在逆流下的平均温差;
(3)所需传热面积。
解:
(1)冷却水用量:
(2)逆流下的平均温差:
热流体100→65
冷流体50←40
℃
(3)所需传热面积
传热量为:
则
9、100℃的水蒸气在管壳式换热器的管外冷凝,冷凝潜热为2258.4kJ/kg,总传热系数为2039W/(m2·℃),传热面积12.75m2;15℃的冷却水以2.25×105kg/h流量在管内流过,设总传热温差可以用算术平均值计算,试求:
(1)冷却水出口温度;
(2)水蒸气冷凝量(kg/h)。
解:
100100
15t2
(1)冷却水出口温度
(2)水蒸气冷凝量(kg/h)
10、在列管式换热器中用热水加热冷水,热水流量为4.5×103kg/h,温度从95℃冷却至55℃,冷水温度从20℃升到50℃,总传热系数为2.8×103W/(m2·℃)。
已知:
Cp热水=4.181kJ/(kg·℃),Cp冷水=4.174kJ/(kg·℃)。
试求:
(1)冷却水流量;
(2)两种流体做逆流时的平均温度差和所需的换热面积;
(3)两种流体做并流时的平均温度差和所需的换热面积;
(4)依据计算结果,对逆流和并流做一比较,可得到那些结论。
解:
(1)冷却水流量
∵
(2)
热流体95→55
冷流体50←20
(3)
热流体95→55
冷流体20→50
(4)
①在相同的进、出口温度的条件下,平均温度差;
②逆流操作时,热流体用量可以比并流操作时少。
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