5计算题题目9修订版.docx
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5计算题题目9修订版
层次:
A
[2]j05a10067
如图所示,有一稳定导热的平壁炉墙,墙厚240mm,导热率入=0.2W/(m?
C),若炉墙外壁温度t3=45C,为测得炉墙内壁温度ti,在墙深100mm处插入温度计,测得该处温度t2=100C,试求炉墙内壁温度ti。
⑸j05a10073
100C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?
C),
传热面积为12.75m2,15C的冷却水以2.25X105kg/h的流量流进管内,水的比热为4.187kJ/(kg?
C),求水蒸气冷凝量?
[9]j05a10203
常压下338K之甲醇蒸汽经冷凝器冷凝后,送入冷却器中冷却至300K。
冷凝器与冷却器中所用冷却水的初温都是290K,终温都是305K。
试安排两换热器中流体的流程及流向,并计算平均温度差。
(换热器均为
单管程、单壳程)
[11]j05a10205
某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m,耐火砖导热率入=1.038W/(m?
C)。
其外用导热率为0.07W/(m?
)的绝热材料保温。
炉内壁温度为980C,绝热层外壁温度为38C,如允许最大热损失量为
950W/m。
求:
(1)绝热层的厚度;
(2)耐火砖与绝热层的分界处温度。
[13]j05a10208
在内管为0180X10mm的套管换热器中,将流量为3500kg/h的某液态烃从100C冷却到60C,其平均比热Cp=2.38kJ/(kg?
C),环隙走冷却水,其进出口温度分别为40C和50C,平均比热Cp=4.174kJ/(kg?
C)。
基
2
于传热外表面积的总传热系数K=2000W/(mC),且保持不变。
设热损失可以忽略。
试求:
(1)冷却水用量;
(2)计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。
[17]j05a10243
为了测定套管式甲苯冷却器的传热系数,测得实验数据如下:
冷却器传热面积A=2.8m2,甲苯的
流量W=2000kg/h,由80C冷却到40C,甲苯的平均比热Cp1=1.84kJ/(kg•C)。
冷却水从
20C升高到30C,两流体呈逆流流动,求所测得的传热系数K为多少?
若水的比热Cp2=4.18kJ/(kg•C),问
水的流量为多少?
层次:
B
[4]j05b10071
1方型窑炉的炉壁由两层砖砌成,内层为240mm耐火砖[入=0.9W/(mK)],外层为240mm红砖[入=0.6W/(m?
<)],炉膛内壁面温度为700C,外壁面温度为60C,试求单位面积(m2)的散热速率及两层交界面的温度。
2上题中若炉气向壁面的对流给热系数ai为30W/(m2?
K),壁面向外界空气的对流辐射联合给热系数a
2
2为20W/(m?
K),求炉膛内炉气温度和外界空气温度。
⑹j05b10074
有一段管径为0108x4mm的蒸汽管道,裸露于气温为20C的环境中,管内通以100C的饱和水蒸气。
测得每米管长的冷凝水量为0.70kg/h,钢的导热率为45W/(m?
K),蒸汽冷凝潜热为2258kJ/kg,取蒸汽冷凝给
热系数为104W/(m2?
K)。
试计算:
A)管外壁温度tw;
B)辐射散热量占总热量损失的百分率,已知管外壁面黑度为0.8。
[12]j05b10108
一套管换热器,由048X3mm和025X2.5mm的钢管组成,两种流体在内管和环隙流过,分别测得对流给热系数为a1和a2,若两流体的流量保持不变,并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。
求:
将内管改为032X2.5mm后,管内对流给热系数有何变化?
(假设流动状态皆为湍流)
[17]j05b10193
在管长为1m的冷却器中,用水冷却油。
已知两流体作并流流动,油由420K冷却到370K,冷却水由285K加热到310K。
欲用加长冷却管子的办法,使油出口温度降至350K。
若在两种情况下油、水的流量,物性常数,进口温度均不变,冷却器除管长外,其他尺寸也均不变。
试求管长。
[20]j05b10212
在逆流换热器中,将油从25C加热到50C,热水的进口温度为80C,出口温度为35C,求该换热器的效率。
[21]j05b10213
某列管换热器,用100C水蒸气将物料由20C加热至80C,传热系数K=100奶(m2?
K)。
经半年运转后,由于污垢的影响,在相同操作条件下物料出口温度仅为70C,现欲使物料出口温度仍维持80C,问加
热蒸汽温度应取何值?
[24]j05b10246
用175C的油将300kg/h的水由25C加热至90C,水的比热取4.2kJ/(kg•C)。
已知油的比热为2.1kJ/(kg•C),其流量为400kg/h,今有以下两个传热面积均为0.72m2的换热器可供选用。
2
(1)换热器1:
K=625W/(m?
C),单壳程,双管程,=0.7;
(2)换热器2:
K2=500W/(m2?
C),单壳程,单管程,△tm按逆流计。
为保证满足所需换热量应选用那一个换热器。
[26]j05b15075
某平壁炉炉壁由耐火砖、保温砖和建筑砖三种材料组成,相邻材料之间接触密切,各层材料的厚度和
导热率依次为bi=250mm,入i=1.4W/(m?
<),b2=130mm,入2=0.15W/(m?
<),bs=200mm,入3=0.8W/(m?
K)。
已测得耐火
砖与保温砖接触面上的温度12=820C,保温砖与建筑砖接触面上的温度13=260C,试求:
(A)各种材料层的单位面积计的热阻;
(B)通过炉壁的热量通量;
(C)炉壁导热总温差及其在各材料层的分配。
[27]j05b15078
炉壁由绝热砖I和普通砖n两层平壁组成。
已知入(绝热)=0.2W/(m•K),厚b(绝热)=200mm,入(普
通)=0.7W/(m•K),普通砖外侧壁温t3=50C,两砖交界面温度12=200C,外界空气温度t=10C,炉外壁对大气的联合给热系数为10W/(m2?
K)。
(A)求单位面积炉壁热损失QA
(B)假如t1,t及联合给热系数不变,两层砖位置互换,热损失(QA)'如何变化?
两砖交界面温度t2及保温层外侧温度t3如何变化?
由计算结果得出什么结论?
I匸
[30]j05b15083
1车间内有一高和宽各为1m的炉门,其黑度为0.78,炉门的辐射散热量为20kW若车间内温度为25C,
则炉门的温度为多少?
黑体的辐射系数C0=5.67W/(m2?
K4)
2有一套管换热器,长10m,管间用饱和蒸汽加热,空气在一定流量下由内管流过,温度可升至某指定
温度。
现将空气流量增加一倍(即W=2WC),并近似认为加热面的壁温不变,要使空气出口温度仍达到原指
定温度,则套管加热器的长度应为原来的几倍?
[32]j05b15087
一单壳程单管程列管换热器,由多根025疋.5mm的钢管组成管束,管程走某有机溶液,流速为
0.5m/s,流量为15T/h,比热为1.76kJ/(kg•K),密度为858kg/m,温度由20C加热至50C。
壳程为130C
22
的饱和水蒸气冷凝。
管程、壳程的对流给热系数分别为700W/(m?
K)和10000W/(m?
<)。
钢导热率为45W/(m?
K)。
垢层热阻忽略不计。
求:
(A)总传热系数;
(B)管子根数及管长;
(C)在冷流体进口温度不变的情况下,若要提高此设备的传热速率,你认为要采取什么措施?
[33]j05b15088
在传热面积为20m2的某换热器中,用温度为20C,流量为13200kg/h的冷却水,冷却进口温度为
110C的醋酸,两流体逆流流动。
换热器刚投入使用时,冷却水出口温度为45C,醋酸出口温度为40C,运转一段时间后,冷热流体流量不变,进口温度不变,而冷却水的出口温度降至38C,试求传热系数下降
的百分率。
水的比热Cp=4.2kJ/(kg?
C),热损失可忽略。
[35]j05b15103
某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5m2的单程列管换热器。
用180C的热废气预热轻油,轻油走管外,其流量为200kg/h,比热为2kJ/(kg•C),温度由30C升至80C。
轻油与热气体作逆流流动。
热废气出口温度为70C。
求:
(A)换热器的热负荷和传热系数。
(B)若由于长期运转,轻油在管外结垢,已知污垢热阻为总热阻的10%,若仍要求轻油出口温度不变,试
估算在其他条件基本不变的情况下,轻油处理量如何变化?
(略去热气出口温度的变化)
[36]j05b15109
90C的正丁醇,在逆流换热器中被冷却到50C,换热器的换热面积为6m2,传热系数K=230W/(mf?
C),
正丁醇的流量为1930kg/h。
冷却介质为18C水,热损失可以忽略。
求:
(A)冷却水出口温度;
(B)冷却水消耗量。
正丁醇Cp1=2.98kJ/(kgC)水Cp2=4.187kJ/(kgC)
[38]j05b15187
在一列管换热器内,用110C的饱和水蒸气加热管内湍流流动的空气,使其从30C升至45C,若将空
气的流量增加一倍而入口温度不变,试求加热蒸汽用量为原用量的倍数。
忽略管壁热阻、垢层热阻及热损失,并忽略因空气出口温度变化所引起的物性变化。
[39]j05b15190
流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150C降至80C;壳程冷却用软水,进口
温度为15C,出口温度为65C,与气体作逆流流动。
两者均处于湍流。
已知气体侧的对流给热系数远小于冷却水侧的对流给热系数。
试求:
1.冷却水用量;
2.如进口水温上升为20C,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度?
冷却水
用量为多少?
管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。
气体的平均比热为1.02kJ/(kg?
K),水的比热为
4.17kJ/(kg?
K),不计温度变化对比热的影响。
解:
(1)冷却水用量
Q=WCp1(T—T?
)=WCp2(t2-t1)
Q=2000X1.02(150-80)=WX4.17(65-15)
4
=14.3X10kJ/h
W=14.3X104/(4.17X(65-15))=685kg/h
⑵由题知ai< •••原情况Q=K? A? Atn=ai2A? Atm (1) 新情况Q=K'? V? Atm'=ai'? '? Atm⑵ 因气体的冷却任务没有变化Q=Q 气体的流量及管子尺寸没有变化 两种情况都用同一设备A=A' 比较式1及式2得: Atm=Atm' 原情况A11=150-65=85CA12=80-15=65CA11/A12=85/65=1.3<2 Atm=(85+65)/2=75C 新情况At1‘=150-t2' At2'=80-20=60C Atm'=[(150-12')+60]/2=75C 解得12'=60C At1'=150-60=90 C At1‘/At2'=90/60=1.5 故Atm'用算术平均值计算是可以的. 新情况的热衡算: W>4.17*60-20)=2000 X1.02X(150-80) W=856kg/h 需将水量调至856kg/h。 [43]j05b15201 有一台套管换热器,内管为038疋.5mm钢管,外管为057X3mm钢管,换热管总长36m,逆流操作,管内走水,将管间4200kg/h的苯液从65C冷却到35C,水温从25C升到35C,现已知苯侧对流给热系数为 222 2030W/(m水),水侧对流给热系数为6610W/(m? K),苯侧垢层热阻为0.18(m曲/kW,苯液比热CP1=1.80kJ/(kg? K),钢导热率入=45W/(m? K)。 试计算 (1)该换热器传热系数K (2)水侧垢层热阻% Q=WCp1(T1-T2) =(4200/3600)X1.8X1000X(65-35)=63000W 2 A=nd1L=3.14X0.038X36=4.295m Atm=(A11-A12)/Ln(A11/A12) =((65-35)-(35-25))/Ln(30/10)=18.2C K1=Q(AAtm)=63000/(4.295X18.2) 2 =805.95W/(m•K) (2)R»2=1/K-(1/a计bA/(入A)+R1+A/(a2A)) =1/805.95-(1/2030+0.0025X38/(45X35.5)+0.18/1000+38/(6610X33)) 2 =0.000334(m•K)/W [44]j05b15214 拟在单程逆流列管换热器中用35C的冷水将流量为1kg/s、温度为150C的热油冷却至65C,油走管 内,软水走壳程,水的出口温度为75C,已知油与水均处在湍流,并知此条件下对流给热系数分别为 222 水: 2000W/(m? C),油1000W/(m? C),油的平均比热为4kJ/kgC,若换热器传热面积为11m,热损失、垢层及管壁热阻均可不计,试求: 1.该换热器是否可用? 2.若油的流量增至1.2kg/s,油、水出口温度及其他条件均不变,仅将流程改为双程并知双程时温差校 正系数为0.85,该换热器能否用? 略去水侧对流给热系数的变化。 [47]j05b20089 用一传热面积为3mi由025X2.5mm的管子组成的单管程单壳程列管式换热器,用初温为10C的水将机 油由200C冷却至100C,水走管内,油走管间。 已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h, 其比热分别为4.18kJ/(kg? K)和2.0kJ(kg水);水侧和油侧的对流给热系数分别为2000W/(m? K)和 2 250W/(m? <),两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。 (A)计算说明该换热器是否合用? (B)夏天当水的初温达到30C,而油的流量及冷却程度不变时,水流量亦不变,该换热器是否合用? 如何解决? (假设传热系数不变) 5 QWCp1T1T212002(200100)2.410kJ/h W! cp! (T! T2)W2Cp2(t2t1) 12002(200100)10004.18(t210) t267.4C Atm=(132.6-90)/Ln(123.6/90)=110C 2 1/K1=1/1+d1/(2d2)=1/250+25/(2000X20)K=216.2W/(m水) 822 A1=Q/(KAtn)=2.40X10/(216.2X3600X110)=2.8m<3m故适用 (2)t1=30C时 5 12=30+2.40X10/(1000X4.18)=87.4C Atm=(112.6-70)/Ln(112.6/70)=89.6C 822 A=2.40X10/(3600X89.6X216.2)=3.44m>3m不适用 解决办法是调大水量,使t2j,Atmf,并使af,KT [48]j05b20092 有一列管式换热器,装有025^2.5mm钢管300根,管长为2m。 要求将质量流量为8000kg/h的常压 空气于管程由20C加热到85C,选用108C饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。 若水蒸气的冷凝给热系数为 1X104W/(m2*),管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计,而且不计热损失。 已知空气在平均温度下的物性常数为CP=1kJ/(kg? K),入=2.85X10-W/(mX), 口=1.98X0-(Pa? S),Pr=0.7。 试求: (A)空气在管内的对流给热系数; (B)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准); (C)通过计算说明该换器能否满足需要? (D)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。 [49]j05b20098 有一列管换热器,由025X2.5mm长为2m的26根钢管组成。 用120C饱和水蒸气加热某冷液体,该液体走管内,进口温度为25C,比热为1.76kJ/(kgC),流量为18600kg/h。 管外蒸汽的冷凝给热系数为1.1X104W/(m2•C),管内对流给热热阻为管外蒸汽冷凝给热热阻的6倍。 求冷液体的出口温度。 (设换热器的热损失、管壁及两侧污垢热阻均可略去不计) [51]j05b20100 有一换热器由025X2mm钢管组成,管外为常压下的苯饱和蒸汽冷凝,苯的沸点为80C,管内走冷却水, 温度由10C升高到30C。 已知,苯的冷凝给热系数为600W/(m2? K),水的对流给热系数为400W/(m2*),钢的导热率为50W/(m? K),忽略垢层的热阻。 求 (A)热流体一侧的平均壁温; (B)冷流体一侧的平均壁温。 (热、冷侧壁温各自为恒值) [52]j05b20101 16C的盐水以3840kg/h的流率通过套管换热器的内管而被加热。 内管为038x2.5mm的钢管,每段长 6m。 105C的热水以4m3/h的流率在环隙内流过,而被冷却至48C。 两流体作逆流流动。 热水对管壁的对 流给热系数ao为5000W/(m2? C),已知盐水物性(平均温度下)p=1200kg/m3,cp=3.3kJ/(kg? C),口=0.95x10「3Pa? s入=0.56W/(m? C),管内外污垢热阻分别为Rs1=1/3788(m2? C)/W,Rso=1/3846(m2? C)/W。 求盐 水出口温度和所需套管的段数。 忽略管壁热阻及热损失。 (热水在平均温度下的Cp=4.18kJ/(kg? C),p=1000 kg/m3) [55]j05b20145 某厂用120C饱和水蒸气,通过025>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20C加热到75C,冷凝水于饱和温度下排出。 已知: 管侧水溶液1=2500[W/(m2C)],壳侧蒸汽a 0=10000[W/(m2C)],溶液在管内呈湍流,试问换热器的管数为若干? 水溶液密度p=1050kg/m3,比热为 4.17kJ/(kgC)。 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)。 [56]j05b20194 有一单程列管式冷凝器,安装有025x2.5mm,长2m的钢管60根。 水蒸气在管间冷凝,冷凝温度为 100C。 冷却水走管内,流量为50吊巾,其进、出温度分别为20C和40C,试计算此冷凝器的总传热系数K 值。 在保持原来冷凝量的前提下,为节约水,要求冷却水量减少一半。 今拟将水侧由单程改为3程。 设管壁 两侧的污垢热阻及管外蒸汽冷凝热阻均忽略不计,换热器热损失不计,试通过计算说明该方案从传热原理 上是否可行。 3 计算中取水的平均物性为: Cp=4.187kJ/(kg? C),p=996kg/m,黏度口=1cP。 [57]j05b20196 有一套管换热器由057x3.5mm与089x4.5mm钢管组成,5000kg/h的甲醇在内管中流动,其温度由60C冷却至30C,甲醇对内管壁的对流给热系数为a1=1500W/(m2? K)。 冷却水在环隙内流动,其进、出口温度分别为20C和35C,甲醇和冷却水逆流操作,忽略热损失及垢层热阻,试求: (1)冷却水用量(kg/h) (2)所需套管长度 甲醇物性数据为: CP1=2.6kJ/(kg水), 3 冷却水物性数据为: Cp2=4.18kJ/(kg水),p=996.3kg/m, 3 入2=0.603W/(m? K),卩=0.845X10"Pa? S 钢导热率: 入=45W/(m? <) [58]j05b20202 采用传热面积为4.48m2单程管壳式换热器,进行溶剂和某水溶液间的逆流传热,溶剂为苯,流量为 3600kg/h,比热为1.88kJ/(kgC)的苯,80C冷却至50C,水溶液由20C被加热到30C。 忽略热损失。 试求: (1)传热系数K (2)因前工段的生产情况有变动,水溶液进口温度降到10C,但由于工艺的要求,水溶液出口温度不能 低于30C。 若两流体的流量及苯的进口温度不变,原换热器是否能保证水溶液的出口温度不低于30C? 两 种情况下两流体的物性常数可视为不变。 层次: C [2]j05c10220 某蒸汽管外包有两层厚度相等的绝热材料,已知第二层的平均直径相当于第一层的平均直径的两倍,而第二层的导热率为第一层的二分之一。 如将两层材料的位置调换,调换后第一、二层的平均直径与原来第一、二层的相同,则每米管长的热损失将如何变化? 设钢管外壁温度及最外层绝热材料的外壁温度不变。 [4]j05c10254 欲将夹套加热器中的某溶液进行加热,使其从30C加热至60C,溶液量为6000kg,传热面积为6mi,容 器内有搅拌器,因此器内液体各处的温度可视为均匀的,加热蒸汽为O.IMPa的饱和水蒸气,传热系数为 800W/(m2「C),求将溶液由30C加热至60C所需要的时间? 已知溶液比热为5kJ/(kg•C),热损失忽略不计。 ⑸j05c15096 有一列管式换热器,列管由薄壁钢管制成。 壳程通入温度为120C的饱和水蒸汽。 管内走空气,空气 流量为2.5X104kg/h,呈湍流流动,进口温度为30C,出口温度为80C,现将空气流量提高50%进口温 度不变。 问此时的换热量为多少? 空气比热Cp=1005J/kgK-,假设空气的物性保持不变。 ⑹j05c15117 拟设计由025X2mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。 平均比热为4187J/(kgC)的某溶液在管内 作湍流流动,其流量为15000kg/h,并由15C加热到100C。 温度为110C的饱和水蒸气在壳层冷凝。 已知单管程时管壁对溶液的对流给热系数ai=520W/(m2? C),蒸汽冷凝时的对流给热系数a0=1.16X104W/(m2? C), 不锈钢管的导热率入=17W/(m? C),忽略垢层热阻和热损失。 试求: (A) 管程为单程时的列管长度 (有效长度, 下同); (B) 管程为4程时的列管长度 (总管数不变 仍为136根)。 [9] j05c15200 某厂精馏塔顶冷凝器中有025X2.5mm的管50根,长2m,管内通冷却水,流速为1.0m/s,其进、出口温 度分别为20C和40C,管外为蒸汽冷凝,试求: (1)管壁对冷却水的对流给热系数a; (2)该厂仓库有一台与上述传热面积相
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