第六章传热3.docx
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第六章传热3
第六章传热
一、填空题
1.套管冷凝器的内管走空气,管间走饱和水蒸汽,如果蒸汽压力一定,空
气进口温度一定,那么当空气流量增加时,传热系数K应;空气出口温
度—;壁温应_。
2.在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水,其进、出口温度分别为t1、t
2,蛇管外有热流体稳定流过,借搅拌器作用,使热流体保持均匀温度T(T为热流
体出口温度),如冷却蛇管长度增大一倍,其它条件不变,则出口水温t2应
3.在确定列管换热器冷热流体的流动途径时,一般来说,蒸汽走;
易结垢的流体走;高压流体走;有腐蚀性流体走;粘度大
或流量小的流体走管。
4.举出五种间壁式换热器;;;;。
提高
间壁式换热器传热系数的主要方法是。
5.列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于,折流挡板
的形状有,■等。
6.列管换热器管程常用流速范围为:
一般液体,气体。
7.翅片管换热器的翅片应安装在。
8.消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种,即在壳体上加、
或
翅片管换热器安装翅片的目的是。
二、选择题
1.用两台相同的列管式换热器加热冷液体,加热剂为饱和水蒸汽。
在蒸汽压力、液体流量及进口温度一定时,为使液体温度升到最高应采用的流程
为。
A.液体走管外,液体并联逆流操作;B.液体走管内,液体并联并流操作;
C.液体走管内,液体串联并流操作;D.液体走管外,蒸汽串联逆流操
作。
2.冷热流体在套管式换热器中进行无相变的逆流传热,管内走热流体,管
外走冷流体,管内外两侧对流给热系数的数量级相近,当热流体进口温度增大而其他条件不变时,冷热流体的出口温度变化趋势为。
A.前者减小后者增大B.前者增大后者减小C.皆增大D.皆减小
、计算题
1.流量为0.5kg/s、温度为20C的水g=4.18kJ/kgK]流过一列管换热器,逆
流冷却流量为0.8kg/s、温度为120C的某溶液c^2kJ/kgK,测得该溶液的
出口温度为65C。
现因气温下降,进口水温变为6C,问此时溶液的出口温度为多少?
忽略温度变化对水、溶液物性的影响。
为防止溶液的出口温度过低,把逆流改为并流,则溶液的出口温度又为多少?
已知溶液的进口温度不变,溶液与水的流量不变,逆流和并流时的传热系数相同。
3.气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数,管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计,气体平均比热为1.02kJ/kgG,水的比热为
4.17kJ/kgC;不计温度变化对比热的影响,试求:
(1)冷却水用量;
(2)如冷
却水进口温度上升为20C,仍用原设备达到相同的气体冷却程度,此时对数平均温差为多少?
(3)此时的出口水温将为多少?
(4)此时的冷却水用量为多
少?
4.在套管换热器中用120°C的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。
苯
的流量为4000kg/h,比热容为1.9kJ/(kgC・),温度从30C升至60C。
蒸汽冷凝传热系数为1xi0w/(m2C),换热管内侧污垢热阻为4X10_4m2C/W,忽略管
壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。
换热管为54X2mm的钢管,有效长度
为12m。
试求:
(1)饱和蒸汽流量(其冷凝潜热为2204kJ/kg);
(2)管内苯的
对流传热系数:
i;(3)当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时,苯的出口温度为若干?
(4)若想维持苯的出口温度仍为60C应采取哪些措施?
作出
定量计算。
⑵若釜外壁周围的环境温度为20C,又知釜的外壁与环境间的对流辐射联合总传热系数:
T=12W/m2K。
釜外壁温度可认为与釜内液体温度相同。
釜外壁散
热面积为10m2。
试计算釜内液体被加热可达到的最高温度(设液体不产生相
变)。
练习题练习答案
一、填空题
1•增大减小略有减小
2•增大
3•管外(壳程)管内(管程)管内(管程)管内(管程)管外(壳程)
4.夹套式,蛇管式,套管式,列管式,板式,螺旋板式,板翅式等任选五种。
5.提高壳程流体的流速,使壳程对流传热系数提高,圆缺形(弓形),圆盘和环形
11
6.0.5〜3m.s5〜30m.§
7.a小的一狈0
8.膨胀节、采用浮头式或U管式结构;增加面积,增强流体的湍动程度以提高传热系数
二、选择题
1.B2、C
三、计算题
1.解:
工况1:
热流体溶液120C—65C0.8kg/s
冷流体:
水t2~20C0.5kg/s
工况2:
热流体溶液120C-T20.8kg/s
冷流体:
水t2^6°C0.5kg/s
逆流操作时传热基本方程式
t_七2_T2
KAqmlCpiTi-T2
In^^
T2_t1
T|-1?
KAIqm1Cp1
In=1
T2一七1qm1Cp1iqm2Cp2,
(1)
工况1:
总热量衡算:
0.82120-65=0.54.18t?
-20
t2=62TC
据式⑴
In120®工-^8^
65-20q^Cp—0.54.18
KA
-1.075
工况2:
qm1Cp1
(2')
总热量衡算:
0.82120-T2=0.54.18t/-6
T2=127.8-1.306t2
据式⑴
T-62.0.54.18
联立式
(2)、4)得
120九=120-62.1
T-62一65-20
T2=99.24-0.777t2
联立式(3)、5)得
t2“=54CT2"=57.3C
工况3:
热流体溶液120C-T20.8kg/s
冷流体:
水6—t/'0.5kg/s
总热量衡算不变,仍为第(3)式,即
传热基本方程
KA
120一6-T2-t2
120—6In
T2-t2
=qm1Cp1120—T2
In步
T2J
KA
qm1Cp1
“qm1Cp1
1——
qm2Cp2
式(2代入式(7)
120—6In
T/-t2
-1.0751
0.81.6
0.54.18
T2"=20.14t2
(8)
联立式(6)、(8)得
t2":
=46.7°CT/-66.8°C
2.解:
原工况下,空气亠=60W/m2K,水二=1500W/m2K,
-•丄乞-Rsido
K:
o:
idi
水侧污垢Rsi=610°m2|_K/W
1•丄38610-更di6015003333
K=55.2W/m2|_K
qm1Cp1
qm2Cp2
100-25-60-15占.7C
100—25In
60-15
—25-15.0.25
T,-T2100-60
NTU1=•
KA
qm1Cp1
3二壬60“681
58.7
⑴空气流量增加20%,
1138
69.4150033
610-38
33
2
=63W/m|_K
K_63~K~55^
=1.14
qm1Cp1
qm2Cp2
一qm1Cp1
=1.2一二=1.20.25=0.3
qm2Cp2
空气的热容量较小,Cr=0.3
NTU
KA
qm1Cp1
KA
1科心
K]KA
K1科心
=1.14=0.647
1.2
=0.450
1-exp[NTU1-Cr]1-exp[0.6471—0.3]
Cr_exp[NTU1—Cr]一0.3_exp[0.6471—0.3]
fT~T2100—T2比*厂
1-,0.450-,所以T2=61.8C
「7100-15
吐込E)=12J00-618=115
QqmST^T2100-60
⑵K、Q的变化比率达不到问⑴的程度。
3.解:
(1)冷却水用量;
Q=qmcCpc(t2-tj=qmhCph(T]-T2)
Q=qmc4.17(65-15)=20001.02(150-80)
qmc=685kg/h
(2)如冷却水进口温度上升为20C,仍用原设备达到相同的气体冷却程
度,此时对数平均温差为多少?
原情况Q=qmcCpc(t2—tj=qmhCph(T1—T2)=KA^tm=OiAAtm
(1)
新情况Q、qmcCpc(t;—t;)=qmhCph(T1—T2)=KA^tm=G:
A&m
(2)
因「水儿比空气,K;、£空气,换热器与气体的情况未变,
则Q=Q"%=叭A'=A,故人tm=^tm
(150-65)(80-15)茁c
2
(150—t2)(80-20)210-t2
对新情况下的热量进行衡算,Q'qmc4.17(60—20)=20001.02(150—80)
故qmc=856kg/h
4.[解]
(1)饱和蒸汽流量;
5
Q=qmhr=qmcCpc(t2~'tj=40001.9(60—30)=2.2810kJ/h
5
Q2.25x10“「I/u
qmh■■■103.4kg/h
r2204
(2)管内苯的对流传热系数二;
二KoSo
Q二qmccpc(t2-切=KoAo:
tm二K°Ao"丁)(T1)
整理得儈2
KoAo
qmccpc
(1)
代=二doL=0.05412二=2.036m2
T^in^30=0.4055-t2120-60
Ko
0405540001.^0.4205kw/(m2-C)
36002.036
(2)
420.5
di:
idi
14/5454
1000050:
\50
:
i=585W/(m2C)
(3)苯的流量增加50%,苯的出口温度为若干
:
「(1.5)1
-(1.5)0.8585=809.1W/(m2C)
将其代入
(2)式得K^535.7W/(m2C)
120-30535.72.0363600
代入
(1)式得In0.3444
120—t24000".5".9"000
解得t2二56.2C
(4)若想维持苯的出口温度仍为60C应采取哪些措施?
作出定量计算。
(a)将管子加长,由
(1)式得
"120一30=0.4055」。
代
120-60qmcCpc
Ao=°.40551.540001.91°00=2.4m2
3600535.7
LJ代/(二d。
)=2.4/(0.054二)=14.15m
(b)提高加热蒸气压强(温度)
T-30535.72.0363600
ln0.3444
T-6040001.51.91000
解得r=133C
5.解:
⑴设dT寸间内,液体温度升高了
KA120-td.=mcpdt
分离变量,积分得
dt,则根据热平衡,有
mcp
"KA
100旦J0004.181罟门^0=5794.7s“6h
40120—t10001120—100
⑵当釜内液体被加热到最高温度tmax时,单位时间蒸汽传给液体的热量和釜壁与环境之间的传热量(即热损失)相等。
即
KA120—tmax=:
TAtmax—20
2.在一套管换热器中,用冷却水将空气由Ti=100C逆流至冷却至T2=60C,冷却水在©38mm<2.5mm的内管中流动,其进、出口温度分别为ti=15C和t2=25C,空气和水的流动Re数均大于10000。
已知此时空气和水的对流传热系数分别为60W/(m2**.K)和1500W/(m2.K),水侧的污垢热阻为6X10-4m2.K/W,空气侧的污垢热阻、管壁热阻可忽略不计。
问:
⑴若将空气的流量增加20%(但保持空气的进口温度不变,水的流量和进
口温度也不变),则与原来相比,总传热系数K、传热量Q的变化比率是多少?
⑵若水的流量增加20%(但保持水的进口温度不变,空气的流量和进口温度也
不变),贝吐匕时K、Q的变化比率是否仍能达到第⑴小题的变化幅度?
请予
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