各大名牌高校化工原理考研真题之传热3

【大连理工大学，2003，四】有一单管程列管换热器，传热面积为40m2(按外表面积计)，共有的传热管86根，现用该换热器以循环水冷却流量为28000kg/h的石油产品，石油产品走壳程，循环水走管程，两流体逆流换热。实际测得石油产品的进、出口温度分别为90℃和50℃，冷却水的进、出口温度分别是25℃和40℃，已知石油产品的比热容为2.8KJ/kg，水的有关物性分别为：密度粘度比热导热系数试求：1、冷却水用量2、该换热器总换热系数3、管程和壳程的传热膜系数（又称表面传热系数）（可忽略两侧的污垢热阻）4、由于污垢积累，石油产品的出口温度升高，为使石油产品出口温度仍为50℃，需增加冷却水量使得冷却水出口温度为35℃时，石油产品出口温度达到50℃，估算两侧污垢热阻之和为多少（各物性数据可视为不变，忽略管壁热阻）。解：1、由题意：解得2、由1得，解得3、流速由得4、由得【大连理工大学，2004，四】某厂内有一台单管程列管换热器，欲用120℃的饱和蒸汽将某种水溶液进行加热，水溶液走管程。现场测得溶液的流量为25000kg/h、入口温度为22℃、出口温度为73℃。已知该换热器有的管子共56根，管长为3m。溶液在平均温度下的物性数据为：粘度，比定压热，热导率。整齐侧表面传热系数。若不计热损失及管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻。试求：1、溶液在管内的对流表面传热系数（也称传热膜系数）2、管程污垢热阻的大小3、若改用双管程的换热器（管长、管径、管数与上述换热器相同），在其它条件相同情况下，溶液的出口温度为多少？（物性参数及污垢热阻等不变）解：1、流速得2、解得3、双管程后流速变为原来的2倍，则解得【华东理工大学，1998，六】一套管换热器用133℃的饱和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，但其进出口温度欲维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求？此时饱和蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？（设在两种工况下蒸汽冷凝热阻、管壁热阻、垢层热阻及热损失均可忽略，且氯苯在管内作湍流流动。忽略两工况下饱和蒸汽汽化潜热的变化）解：由题意：整理得，解得【华东理工大学，1999，二】某列管式换热器，壳程通以0.2MPa(绝)的饱和蒸汽，可将一定量的冷水从25℃加热至65℃.若加热蒸汽的压强及水的入口温度保持不变，水的出口温度降为63℃，求此时换热器的热流量较原工况有何变化（以原工况的相对比值表示）？计算时可忽略垢层、管壁及蒸汽侧的热阻，水在管内作湍流流动。0.2MPa（绝）的饱和蒸汽温度为120℃。解：由题意【华东理工大学，2000，七】用某热流体与甲苯在一台列管式换热器中进行逆流换热。列管的管内径为25mm，甲苯走管内，入口温度t1=20℃,出口温度t2=80℃；热流体走管外，入口温度T1=200℃,出口温度T2=120℃。已知此时热流体的对流给热系数α1=1000W/m2·K，甲苯的对流给热系数为α2=800W/m2·K。现把甲苯的流量增大50%，试求：（1）热流体的出口温度为多少？（2）新工况的热流量Q’较原来增加了多少？（已知甲苯的Re>104，Pr>0.7，管壁热阻可忽略，流体物性随温度的变化可忽略）解：（1）由题意流速由可得，【华东理工大学，2001，二】一列管式换热器，内有钢管33根，管长1.5m，单管程。现将此换热器用来冷凝某工艺物料的蒸汽，壳程蒸汽冷凝温度为90℃，蒸汽侧热阻、管壁热阻可忽略。冷却水走管程，进口温度t1=15℃,流量为21m3/h。试求：（1）蒸汽冷凝量为多少？冷却水的出口温度为多少？（2）夏季时，冷却水进口温度为25℃时，若冷却水流量不变，则蒸汽冷凝量为多少？已知冷却水比热Cp=4180J/kg·K，粘度,密度，导热系数，物料蒸汽汽化潜热γ=1.2×106J/kg。（设以上物性不随温度而变）解：（1）由题意由得整理解得解得（2）由得【华东理工大学，2003，六】一管壳式换热器由38根，长3m的钢管组成。110℃的饱和蒸汽通入壳程，加热管程中的甲苯，蒸汽冷凝对流给热系数为10000W/m2℃，甲苯流量为7kg/s，入口温度为30℃。甲苯的比热为1840J/kg℃。该流量条件下，甲苯侧的对流给热系数为1090W/m2℃。管壁很薄，可忽略管壁及两侧的垢层热阻。试求：（1）此时，甲苯的出口温度为多少？（2）现因生产需要，甲苯的处理量增加50%，蒸汽冷凝对流给热系数视作不变，甲苯的出口温度为多少？解：（1）由得整理解得（2）整理解得【华南理工大学，1999，三】有两台单壳程的换热器，传热面积均为20m2,每台加热器均由64根钢管组成，壳程为170℃的饱和水蒸气冷凝（冷凝潜热γ=2054KJ/kg），空气入口温度t1=30℃，流量为2.5kg/s，以湍流方式通过管内。（1）若两台换热器并联使用，通过每台换热器的空气流量均等。此时空气的对流传热系数38W/（m2·℃），求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量W0为多少？（2）若两台换热器改为串联使用，问此时空气的出口温度t2’及水蒸气的总冷’凝量W0’为多少？（设空气物性不随温度压力改变，Cp=1KJ/kg·℃）解：（1）由题意，两台换热器并联使用时，；传热过程的控制热阻在空气侧，则；由，列式得，代数计算得到，℃由得，（2）由题意，两台换热器串联联使用时，；由得，℃由得，【华南理工大学，2002，二，2】锅炉的蒸发量为9080kg/h，要求进入锅炉的水温为65℃，但原水温度为21℃，故需用一卧式列管换热器将水加热到所需温度，加热蒸汽为108℃的饱和水蒸气，冷凝传热系数为10400kcal/m2·h·℃。列管采用的黄铜管（导热系数为85.48W/m·℃），设水在管内流动，流速为0.3m/s。求：（1）求换热面积。（2）若因空间限制，管长不能超过2.5m，换热器如何设置？（注：水的物性参数，，，Pr=4.18）解：（1）由题意由解得（2）单管程改为多管程【华南理工大学，2003，五】一列管式换热器，壳程120℃的蒸汽冷凝放热，将壳程中20℃的空气加热到80℃，若将该换热器改为双管程，其他条件不变，设空气作完全湍流，物性随温度的变化可忽略，此时空气的出口温度为多少？解：当由单管程改为双管程时，由于管内湍流流动，即整理得解得【清华大学，1998，三，2】在一新的套管换热器中，冷却水在φ25×2.5mm的内管中流动以冷凝环隙间的某蒸汽。当冷却水的流速为0.4m/s和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200瓦每平方米开尔文和1700瓦每平方米开尔文。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/m·K。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变，试求：（1）当水的流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？（2）管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少？（3）若操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，试分析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。解：（1）由题意得整理得（2）由解得（3）可能的原因是产生了污垢热阻。【清华大学，2000，三，3】某厂在单壳程双管程列管换热器中，用130℃的饱和水蒸气将乙醇水溶液从25℃加热到80℃，列管换热器由90根，长3m的钢管所构成，乙醇水溶液处理量为36000kg/h，并在管内流动，饱和水蒸气在管间冷凝。已知钢的导热系数为45W/（m·℃），乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m3,黏度为1.2CP，比热为4.02KJ/（kg·K），导热系数为0.42W/（m·℃），水蒸气的冷凝传热系数为104W/（m2·℃），在操作条件下，垢层热阻和热损失可忽略不计，试确定：（1）此换热器能否完成任务？（2）若乙醇水溶液处理量增加20%，在溶液进口温度和饱和水蒸气温度不变情况下，仍在原换热器中加热乙醇水溶液，则乙醇水溶液的出口温度变为多少（乙醇水溶液的物性可视为不变）？解：（1）由得故可以完成任务。（2）由整理得解得【清华大学，2001，2，（2）】现有两台单壳程单管程传热面积均为20m2的列管式空气加热器，每台加热器均由64根的钢管组成，壳程为170℃的饱和水蒸气冷凝（冷凝潜热γ=2054KJ/kg），空气入口温度t1=30℃，流量为2.5kg/s，以湍流（Re>104）方式通过管内。（1）若两台换热器并联使用，通过每台换热器的空气流量均等，此时空气的对流给热系数为38W/（m2·K），求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量W0为