传热习题课计算题

1、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80C,出口温度为50C；冷水走壳程，测得进口温度为15C,出口温度为30C,逆流流动。（取水的比热cp=4.18X03J/kgK）解：换热器的传热量：Q=qmCp(T2Ti)=1500/3600M.18A03X(8050)=52.25kW传热温度差4tm：5015热流体80冷流体30ti=50,t2=355035传热温度差tm可用算数平均值:t25035252.25103=42.5cAtm242.5=615W/m2c2、一列管换热器，由小25Mmm的126根不锈钢管组成。平均比

2、热为4187J/kgG的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h,并由20c力口热至ij80C,温度为110c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为520W/m2：C,蒸汽对管壁的传热系数如为1.16X04W/m2C,不锈钢管的导热系数入=17W/mC,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，1=1dm+b+1dm）K二rdi0d0解：传热量：Q=qmcp(t2tl)=15000/36004187X(8020)M.05106W总传热系数：(以管平均面积为基准)11dmb1人=+十r+K：idi-：0d0112

3、30.00214K52021171.1610解得：K=434.19W/m2C对数平均温差：1101102080二tm传热面积:Am=naL；t1=90t2=3041一寸2lnt1t290-30ln9030=54.61CQ二KAmtm列管长度:AmQ_1.05106Ktm434.1954.6144.281263.140,0232325244.28m24.87m3、有一列管式换热器，装有小252.5mm钢管320艮，其管长为2m,要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20c力口热至ij85C,选用108c饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝彳热膜系数为1xi04w/m2K,管壁及两

4、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：入=2.85X彳W/mK,n=198M0-5Ns/m；Cp=1kJ/kgK,Pr=0.7o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:qv二,2dn4qm8000:二36002-.2_2_d2n-(0.02)2320：441=22.12P10.0222.12：du：P4Re=22343.43104198100.6Pr=0.750传热系数加=0.023,;JRe0.8Pr0

5、.42.851008042=0.02322343.430.7=85.68W/m20.02(2)总传热系数：1115111252=+01=14+125解得：K=68.08W/m2KK:。：idiK110485.6820(3)传热量：Q=KAtm=qmCp(t2-t1)实际所需传热面积:qmCpt-t)Km1081082085t1=88t2=2388-23ln/与2=48.44C23800032=4380m1010385-20360068.0848.44该换热器所能提供传热面积A.:2A=n二dl=3203,140.0252=50.24mVA2.5mm的钢管外流过，对流给热系数为50W/m2.K,

6、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上45W/m-K,水侧污垢热阻Rsi=0.58103m2K/W,热空气侧污垢热阻Rso=0.510，m2K/W。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:已知外=50W/(m2K),5=1000W/(m2K)W小崇r4冷1工2.510250.510，0.5810，504522.52525x+20100020=0.020.00050.0000620.0007250.001252=0.0225mK/WK=44.4W/(m2K)(2)若管内对

7、流给热系数增大一倍，其他条件不变，即11bdo.二一Rso0Rsidrdido1_3二一0.510502.510学25+4522.53250.5810一20252100020K,lodm解得：K=45.6W/(m2K)45.6-44.4传热系数提高：100%=2.7%44.4(3)若管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即11cbdo-dodo-Rso-Rsi0-K2.odmdi：idi1八厂3工2.510,25325250.5100.5810-2504522.520100020解得：K=79.8W/(m2K)44.4传热系数提高：79.8一44.4100%=79.7%6、某厂只能用120c

8、饱和水蒸汽，通过（|）252.5mm、长3m的单管程列管式换热器，将列管内的17.2m3/h水溶液从20c加热到75C,冷凝水于饱和温度下排出。已知管侧水溶液四=2500W/m2,0,壳侧蒸汽口。=10000W/m2尸C,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/kg-C。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)tmLt1-：t2100-45ln-t1Lt2ln=68.88C45Q=qmCp.t=qjcp(t2-ti)=17.210504.

9、17103(75-20)=1151103WKo=1666.67W/m2C1_1do1_1251Ko:idi：o25002010000120120蒸汽2075水t1=100At2=453Q1151102nQ=KoAo一tm1:：,Ao10.02mKotm1666.6768.88Ao=n二dl=n=-Ao-=二dl10.023.140.0253=42.55Z43根08uAn（2） a尘U,且一=（连续性方程）uAn故L=（2）0.8L=（差）082500=265QW/m2C11do1idi二o1 n1402-5=1750W/m2C十26502010000A=：dln=3.140.025340=9.

10、425m2_.3Q=KA.：tm=17509.42568.88=113610WQ：Q,不能完成换热任务7、有单程列管换热器，传热面积为4m2,由e25父2.5mm的管子组成。用初温为25C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1200kg/h和1400kg/h,其比热分别为4.18kJ/(kg-C)和2.0kJ/(kgC),水侧和油侧的对流传热系数分别为：1800W/(宿C)和200W/(mC),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:冷却水的出口温度：对数平均温差：Q=qm1cpi(T1-T2

11、)=14002.0(200-100)=2.8105Q2.8105t2=t1+=25+=80.8Cqm2cp212004.18热流体200100冷流体80.825kJ/h(T1-t2)-(T2T),T1-t2InT2T(200-80.8)-(100-25),200-80.8In100-25总传系数为:1d11：2d2111八。25-=175.6w/(m2c)180020200所需传热面积为:A需要2800001033600175.695.4=4.64m224m2v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589x10mm的套管换热器中，将流量为3600kg/h的某液态姓从100

12、c冷去到65C,其平土比热容cp1=2.38kJ/(kgC),环隙走冷却水，其进出口温度分别为40C和50C,平均比热容cp2=47kJ/(kgC),基于传热外表面积的总传热系数K=2000W/(m2C),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：qmlcpl(T1-T2)=qm2cp2(t2-L)36002.38(100-65)=qm24.17(50-40)qm2=7191.4kg/h(2)逆流下的平均温差热流体10065冷流体5040二一七t2(T1-t2)-(T2-ti)ni?I2ln2T2T(100-

13、50)-(65-40),100-50In65-40=36.1c(3)所需传热面积传热量为：83300WQ=qm1cp1(T1-T2)=36002.38(100-65)=2.9988105kJ/h贝U/=QK.”83300200036.1一2=1.154m29、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/(m2C),传热面积12.75m115c的冷却水以2.25x105kg/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：1001001512(1)冷却水出口温度Q=qm2Cp

14、2(t2-t1)=KAtm(T-t1)(T-t2)(100-15)(100-t2)(185-12)Ltm=222Q=2.251054.18103(t2-15)=203912.75(185-12)/2t=23.1C(2)水蒸气冷凝量(kg/h)Q=KAAtm=2039M12.75M(185-23.1)/2=2105kWqmi=Q/r=21053600/2258.4=3355kg/h10、在列管式换热器中用热水加热冷水，热水流量为4.5Xl03kg/h,温度从95c冷却至55C,冷水温度从20c升到50C,总传热系数为2.8Xl03W/(nbC)。已知：Cp加水=4.181kJ/(kgC),C俏水=4.174kJ/(kgC)。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.Qh=QcqmhCphT=qmcCpct,_34.5父103M4.181父(9555)=qmj4.174父(50-20)qmc=6010kg/h(2)热流体9555冷流体5020=39.8C(95-50)-(55-20),95-5