各大名牌高校化工原理考研真题之传热3

1、5.4【大连理工大学，2003,四】有一单管程列管换热器，传热面积为 40(按外表面积计)，共有25mm 2.5mm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 90C和 50E，冷却水的进、出口温度 分别是 25C和 40C,已知石油产品的比热容为 2.8KJ/kg，水的有关物性分别为：3密度=995kg/m粘度=0.8 10-3Pa s比热Cp=4.17kJ/(kg K)导热系数=0.618W/(m K)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

2、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 50C，需增加冷却水量使得冷却水出口温度为35C时，石油产品出口温度达到 50C，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：Q m2Cp2(t2t1) m1Cp1(T1T2)解得m250136kg/h 13.93kg/s2、由 1 得，Q KA t m1Cp1(T1T2)8.71 105In36.1 CTT256 -1316410Re0.8 1012935Pr4.17 0.80.618解得 K 603.2W/ m2K3、流速u13.93

3、/ 99520.0286 -40.52m/s0.02 0.52 995Cp56 -1316410K 572.42W/ m2K1152R。8.9 105m2K/WK K【大连理工大学，2004,四】某厂内有一台单管程列管换热器，欲用120C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 22C、出口温度为 73C。已知该换热器有25 mm 2.5 mm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=0.6 10-3Pa s，比定压热Cp=4.1kJ/(kg K)，热导率=0.66W/(m K)。整齐侧表面传热系数h=1.1

4、103W/(m2K)。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)23i0023严计40.6180.80.023129350.022716.8W/ m2K5.40.4由丄丄生得KOOidi834.9W / m2K4、t(Tit2)仃2ti)ln38.04 CKA t m1Cp1(T1T2)得56 -13164102、 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u25000/3600/1000RedjU0.02 0.39

5、5 100040.6 100.395m/s100%56.1%i0023严计4解得 K 10596W / m23、双管程后流速变为原来的 2 倍，则i 20.8i4413.5W/ m2KKA tm mCp t2 t1解得t237.1 C【华东理工大学， 1998,六】 一套管换热器用 133C的饱和蒸汽将管内的氯苯从 33C加热到 73C，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

6、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：Q KA tmm2Cp2（t2tj整理得，竺m2解得 T 74.6 Cm T m TPr CP4.1 0.60.663.720.80.022534.9W/ m2K11do得KOOidiKO1712.3W/2mK2、KA tmKn dol3.720.4t1t2In丄t2mCp t2t|4T t20.02306613164【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 25C加热至 65C.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 63C,求此时换热器的热

7、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 120C。解：由题意Q KA tm【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 ti=20C,出口温度 t2=80C；热流体走管外，入口温度 Ti=200C,出口温度 T2=120C。已知此时热流体的对流 给热系数ai=1000W/mK,甲苯的对流给热系数为a2=800W/mK。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

8、增加了多少？（已知甲苯的 Re10,Pr0.7，管壁热阻可忽略，流体物性随温度的变化可忽略）【华东理工大学，2001, 二一列管式换热器，内有19mm 2mm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 90E，蒸汽侧热阻、管壁热阻可忽略。冷却水走管程，进口温度 t1=15C, 流量为 21nVh。试求：（1）蒸汽冷凝量为多少？冷却水的出口温度为多少？QQtmtm1.02解:(1)由题意 m 1.5m 流速 u 1.5u0.023-di1.50.8i0.80.4PrQ mCp(t2tjKoA tm可得,(2)夏季时，冷却水进口温度为

9、25C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=1mPa s,密度=1000kg/m3，导热系数=0.6W/(m K)，物料蒸汽汽化潜热丫 =1.2X106J/kg。(设以上物性不随温度而变)21/3600,21.0m/ s0.01533 -i0.023 Re0.8Pr0.44384.84W / m2Kdi由Qm2Cp2(t2t1) KoA得,T t1m2Cp2T t2小 dl整理解得t283.1 CQm2Cp2(t2t1)m1解得m1138.4kg/s(2)由Q m2Cp2(t2t)m/得m1 118.1 kg /s【华东理工大学，2003

10、,六】一管壳式换热器由 38 根25mm 2.5mm,长 3m 的 钢管组成。110C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/mc，甲苯流量为 7kg/s，入口温度为 30C。甲苯的比热为 1840J/kgC。该流量条件下，甲苯侧的对流给热系数为1090W/rfC。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)由题意 uRe0.015 1.0 10001.0 1031.5 104104PrCp4180 1.0 103

11、6.970.6解：（1）由Qm2Cp2（t2ti）KoA tm得,T tim2Cp2T t2“ dl整理解得t294.6 C(2) u 1.5ui1.508i1507.6W/(m2C)T t1m2Cp2ln-T t2m dl整理解得t2 83.1 C【华南理工大学，1999,三】有两台单壳程的换热器，传热面积均为 20m,每台 加热器均由 64 根27mm 3.5mm钢管组成，壳程为 170C的饱和水蒸气冷凝(冷 凝潜热丫=2054KJ/kg)，空气入口温度 11=30C，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

12、传热系数 38W/ (mC)，求空气的出口温度 t2及水蒸气的总冷凝量 W 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 W为多少？(设空气物性不随温度压力改变， Cp=1 KJ/kgC)解：(1)由题意，两台换热器并联使用时，A并2A;传热过程的控制热阻在空气侧，则Ki i;Tt1列式得，Q并鱼mCpt切，In3T t2代数计算得到，t293.78C由Qm水mCp(t2tj得，m水mCp（t2切0.078kg/s 279.46kg /h0023严8屮t2(2)由题意，两台换热器串联联使用时，u 2u ;K i (Ji66.16W/(m2K)u由

13、Q K2A_(t2T mCpt2 0 得，T t2t2121.43 C由Qm水 mCpf tj得，mCp(t2 tjm水2-0.111kg/s 400.62kg/h【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 65C，但原水温度为 21C，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 108C的饱和水蒸气，冷凝传热系数为10400kcal/m2 hC。列管采用25mm 1mm的黄铜管(导热系数为 85.48W/m C)，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

14、何设置？(注：水的物性参数=991kg/m，=0.638W/(m K)，=0.623 10 Pas，Pr=4.18 )解：(1)由题意Re込10975.81930.37W/ m2Ktm62.44 C由Q m1KA tm解得A 6.73m2(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 120C的蒸汽冷凝放热，将匕ddmdoidi261.2W/ m2K壳程中 20C的空气加热到 80C，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，u 2u 由于管内湍流流动，0.8i0.023叫

15、Pr0.4即iu0.8di解得t260.9 C【清华大学，1998，三，2】在一新的套管换热器中，冷却水在 25X2.5mm 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/mK。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

16、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%3879.8W/ m4 5K0.023 Re08Pr041327.2W / m2Kdi整理得TInT七In Itit2解：( 1)由题意KdoididoidiuLu0.8整理得2171.7W/m1 2K(2)由 K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 130C的饱和水蒸气将乙醇水溶液从 25C加热到 80C,列管换热器由 90 根25mm 2.5mm,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。

17、已知钢的导热系数为 45 W/ (mC)，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 0.42 W/ (m-C)，水蒸气的冷凝传热系数为 104W/ (m C)，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)？1dodm2906.2W/ m2K do由Qm2Cp2(t2t1)KA tm得A32.9m2A实际2n

18、 dol42.39m2故可以完成任务D(2)0.8i1.2iidio解:(1)tm74.1336000/3600/8809020.020.40m/ sPrCp11.5(2)由题意，两台换热器串联联使用时，u 2u ;2,1038W/ m Kdodoidi由Q m2Cp2(t2 ti) KA tm整理得解得t235 C【清华大学，2001, 2,(2)】现有两台单壳程单管程传热面积均为 20m 的列 管式空气加热器，每台加热器均由 64 根57mm 3.5mm的钢管组成，壳程为 170C的饱和水蒸气冷凝(冷凝潜热丫 =2054KJ/kg)，空气入口温度 t1=30C，流 量为 2.5kg/s，以湍流(Re10)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 38 W/ (K),求空气的出口温度 t2及水蒸气的总冷凝量 W 为 多少(以 kg/h 表示)？(2)若两台换热器串联使用， 求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量 W 为多少(以 kg/h 表示)？假定空气的物性不随温度压强而变化，视为常量，