化工原理习题热量传递答案

1、化工原理习题第二部分热量传递一、填空题：1 .某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为500°C,而环境温度为20,采用某隔热材料，其厚度为240mm,X=C.57w/m.K,此时单位面积的热损失为1140W°（注:大型容器可视为平壁）2 .牛顿冷却定律的表达式为q=aA4t,给热系数（或对流传热系数）a的单位是w/nf.K°3 .某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90c和50C,冷流体的进出口温度为30c和40C,此时传热平均温度差悌27.9K。4 .某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90c和50,冷流体的进出口

2、温度为15和300c.此时传热平均温度差t=4L6K5 .热量传递的方式主要有三种：热传导、热时流、热辐射。6 .对流传热中的努塞特准数式是.1411杰=。.1以、它反映了对流传热过程几何尺寸对a的影响。7 .稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。8 .两流体的间壁换热过程中，计算式Q=a.A.At,A表示为。.一侧的换热壁面面积O9 .在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.At中，A表示为A泛,指传热面，与K相对应o10 两流体进行传热，冷流体从10C升到30C,热流体从80降到60。当它们逆流流动时，平均传热温差tin=50,当并流时,Ztm=11 .2。

3、10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T=400C,出口温度下攘为200,冷气体进口温度t=50,两股气体的质量流量相同，物性数据可视为相同，若不计热损失时，冷气体出II温度为250；若热损失为5%时，冷气体出口温度为一24OaCo1L一列管换热器，列管规格为（p38x3,管长4m,管数127根，则外表面积F沱=Fl=127x4Q0.038=60.6m2,而以内表面积计的传热面积F携F2=127x47ix0.032=51.1m2S。12 .当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的2倍。13 .在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总

4、传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。14 .热传导的基本定律是傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻太（大、小）一侧的a值。间壁换热器管壁温度tw接近于a值大（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈太（大、小），其两侧的温差愈大（大、小）。15 .由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈生，其两侧的温差愈生。16 .在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内（或热边界层内）,减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。17 .消除列管式换热器温差应力

5、常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构;翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数。18 .厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，己知bi>b2>b3,导热系数九%入3,在稳定传热过程中，各层的热阻R/R7过，各层导热速率Q匚Q?=Qs°19 .传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。热传导的基本定律是傅立叶定律，其表达式为一dQ=施乌。加20 .水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的1.74倍:管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的348倍。（设条件改变后仍在湍

6、流范围）21 .导热系数的单位为W/（mC）,对流传热系数的单位为W/（nF）,总传热系数的单位为W/（iiFC）o22 .在设计列管式换热器时，设置折流挡板,以提高壳程的传热系数，设置多管程，以提高管程的传热系数。如该换热器用水蒸气冷凝来加热原油，那么水蒸气应在壳程程流动。二、选择题：L间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻（A）A.成正比B.成反比C.没关系2 .有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120C）将管内一定流盘的氢氧化钠溶液由20c加热到8OC,该换热器的平均传热温度差1】为（B）。A.-60/1112.5;B.60/1112.5;C.120/11153 .通过三层半壁的定态

7、热传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧面温度分别为120°C和80,第二层外表面温度为40°C,则第一层热阻Ri.,与第二、三层热阻R?、处的大小关系为C。A.Ri>R2+R3B.Ri<R2+R3C.Ri=R2+R3D.无法确定4 .在设计固定管板式列管换热器时，危险性大（有毒、易燃易爆、强腐蚀性）的流体应走BoA.光程B.管程C.壳程和管程均无5 .某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20c升至80C,现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的A倍。A1.149B1.74

8、C2D不定6 .一定流量的液体在一<|）25x2.5mm的宜管内作湍流流动，其对流传热系数lOOOW/m2-；如流量与物性都不变，改用一619x2mni的直管，则其od夺变为DoA1259B1496C1585D16787 .对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。A对流传热B流动状态C物性影响D自然对流影响8 .在蒸气一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的生在工程上可行。A提高蒸气流速B提高空气流速C采用过热蒸气以提高蒸气温度D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积9 .将1500kg/h薇，80的硝基苯通过换热器冷却到40C,冷却水初温为30C,出口温度不超过35C,硝基苯比

9、热为L38kJ/kg.K薇，则换热器的热负荷为（B）。A.19800kJ.h薇；B.82800kJ.h薇；C.82800kw;10 .对流传热是由（C）因素产生的。A.流体分子的热振动；B.流体体内电子的移动；C.流体质点的位移、扰动。11 .法定计量单位中，属于国际热量计算单位的是（C）。A.kw;B.kcal;C.J12 .热量传递的基本方式是（D）。A.恒温传热和稳态变温传热；B.导热给热和热交换；C.气化、冷凝与冷却；D.传导传热、对流传热与辐射传热13 .在比较多的情况下，尤其是液一液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是（D）。A.热流体的热阻；B.冷流体的热阻；C.冷热两种流

10、体的热阻；D.金属壁的热阻。14 .公式q=KAAtm联中，3期的物理意义是（B）。A.器壁内外壁面的温度差；B.器壁两侧流体对数平均温度差；C.流体进出口的温度差；D.器壁与流体的温度差。15 .湍流流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（C）。A.流体内；B.器壁内；C.湍流体滞流内层中；D.流体湍流区域内。16 .对一台正在工作的列管式换热器，已知a°=116w/m.K薇包=11600w/ni.K薇,要提高传热系数（K）,最简单有效的途径是（A）。A.设法增大每沱；B.设法增大携；C.同时增大沱和1。17 .用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（A）A.蒸汽的

11、温度；B.空气的出口温度；C.空气进、出口平均温度18 .在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（8）A.a蒸汽B.a空气C.a蒸汽与a空气的平均值19 .对流传热仅发生在（C）中。A.固体B,静止的流体C.流动的流体20 .冷热流体在换热器中进行无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在同样的操作条件下，与无垢层相比，结垢后的换热器的KB,tn*.oA.变大B.变小C.不变D.不确定21 .某两流体在套管换热器中进行逆流换热（无相变），今使热流体进口温度降低,而其他条件不变，则热流体出口温度B,平均推动力AtmB。A.上升B.下降C.不变D.不确定22稳定的多层平壁

12、的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（A）。A.愈大B.愈小C.不变23 .流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（A）方式进行的。A.热传导B.对流传热C.热辐射24 .当壳体和管束之间温度大于50时，考虑热补偿，列管换热器应选用（B）A.固定管板式B.浮头式C.套管式25 .强化传热的主要途径是（B）。A,增大传热面积B.提高K值C.提高tm26 .物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（A）。A热传导：B热传递：C热放射；D热流动。27 .流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（A）。A对流；B流动；

13、C传递：D透热。28 .因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为（D）。A热传导；B热传递：C热放射；D热辐射。29 .在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内（A）。A清洗比较方便：B流速较快：C流通面积小：D易于传热。30 .在管壳式换热器中，腐蚀性的流体宜走管内，以免（A）,而且管子也便于清洗和检修。A壳体和管子同时受腐蚀；B流速过快；C流通面积过小；D传热过多。31 .在管壳式换热器中，压强高的流体宜走管内，以免（A）,可节省壳程金属消耗量。A壳体受压：B流速过快；C流通面积过小；D传热过多。32 .在管壳式换热器中，饱和蒸气宜走管间，以便于（A）,且蒸气较洁净，它对

14、清洗无要求。A及时排除冷凝液；B流速不太快：C流通面积不太小；D传热不过多。33 .在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（A）。A泄漏机会较少；B流速很快；C流通面积变小；D传热增多。34 .在管壳式换热器中，被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，（A）oA以增强冷却效果；B以免流速过快；C以免流通面积过小：D以免传热过多。35 .在管壳式换热器中，粘度大的液体或流量较小的流体宜走（B）,因流体在有折流挡板的光程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re>100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。A管内；B管间；C管径：D管轴。36 .在管壳式换热器中安装折流挡板的

15、目的，是为了加大壳程流体的（C）,使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。A粘度；B密度；C速度；D高度。37 .当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（B）oA逆流时，一定大于并流、错流或折流时的tm:B采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量：C采用逆流操作可以减少所需的传热面积：D温度差校正系数的大小反映了流体流向接近逆流的程度。38 .对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。A对流传热B流动状态C物性影响D自然对流影响39 .在蒸气一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的_B_在工程上可行。A提高蒸气流速B提高空气流速C采用过热蒸气以提高蒸气

16、温度D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积40 .冷热流体在换热器中进行无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在同样的操作条件下，与无垢层相比，结垢后的换热器的KB,tmA。A.变大B.变小C.不变D.不确定41 .某两流体在套管换热器中进行逆流换热（无相变），今使热流体进口温度降低,而其他条件不变，则热流体出口温度B,平均推动力tmB。A.上升B.下降C.不变D.不确定三、判断题：1 .凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。（x）2 .传导和对流传热的传热速率与温度的一次方之差成正比，而辐射的传热速率与温度的四次方之差成正比。（4）3 .凡稳态的园筒壁传热过程，单位时间单位面积所传递的热量相等。

17、（x）4 .热量传递过程的规律与流体流动过程相似，流速越大，则其过程的阻力越大。（x）5 .当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推动力与总阻力之比为定值，即导热速率不变。（X）6 .多层半壁导热过程中，传热总推动力为各壁面温度差之和。（4）7 .无相变的折，错流换热器，其平均温度差At期都比逆流时为小。（4）8 .换热器的导热管，应选用导热系数值大的材料。（4）9 .导热系数是物质的一种物理性质（»,10 .在列管换热器管间装设了两块横向折流档板，则该换热器变成为双壳程的换热器（x）11 .在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较

18、小（x）.12 .在对流传热中，传热管壁的温度接近a值小的哪一侧流体的温度（x）.13 .对于问壁两侧流体稳定变温传热来说，载热体的消耗量逆流时大于并流时的用量。（x）14冽管式热交换器内用饱和水蒸汽加热管程的空气，为提高换热器的K值，在管外装设折流挡板。（x）15 .蛇管换热器是屈于间壁式换热器的一种Z）16 .列管换热器采用多管程的目的是提高管内流体的对流传热系数a曜3）17 .维持膜状沸腾操作，可获得较大的沸腾传热系数。（x）18 .为了提高间壁式换热器的传热系数K值，必须设法提高a值大的那一侧流体的对流传热系数。（x）19 .强化传热的途径主要是增大传热面积（x）20 .付立叶定律适用

19、于流体与壁面间的传热计算。（x）四、简答题：1 .在化工生产中，传热有哪些要求？传热一般有两方面的要求：（1）、尽量使传热情况良好，即要求高的传热效率，以减少设备尺寸：（2）、尽量避免传热，即保温或保冷。2 .传导传热，对流传热和辐射传热,三者之间有何不同？传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。对流传热则是流体质点发生相对位移来传递热量，辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传递热量。3 .试述对流传热的机理？热流体流过管道时，在湍流主体中，流体剧烈拢动，形成漩涡，使质点强烈混合而交换热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流流动的流体层（层流

20、底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的），有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。4 .强化传热过程应采取哪些途径？根据q=K.A.Zt燃方程，指任一个K、A、Zt斓都能提高强化传热（1）增加传热面积，如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管;（2）增大传热温差At期可采用逆流操作,因为当T沱，瑞，t沱，t掇四个温度一定时，逆流传热温差At爆最大；（3）提高传热系数K由K=l/（1/a沱+l/a携+E（6曜/k曜）提高a沱、a擅降低6

21、曜，都能强化传热,要提高a由单层改为多层，或在壳程中增设档板，对于蛇管中，加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可，还可采用导热系数大的流体作载热体。5 .传热有哪几种方法？各有何特点？试就锅炉墙的传热分析其属哪些传热方式？传导、对流、辐射导热一一分子原位振动，电子定向流动。对流一一流体质点流动与混合。锅炉壁为导热，外壁对烟气为对流，火焰和炉墙的热辐射。6 .为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作？操作可以获得较大的平均传热温度差，从传递相同热负荷言，须较小的传热面积，节省设备费用。此外，逆流热流体出口温度T可接近冷流流体进口温度t,对相同热负荷言，需加热剂少；

22、同样，就冷流体而言，逆流体出口温度t可接近热流体进口温度T,对相同热负荷言，需要冷却剂少，故对逆流就加热剂或冷却剂用量考虑，逆流操作费小。7 .什么是稳定传热和不稳定传热？在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为稳定传热。稳定传热时，传热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，传热速率也随时间而变。8 .导热系数受哪些因素影响?现有建筑砖(p=1800kg.n，)和煤灰破(p=700kg.1113)两种材料，哪种保温性能好？组成：纯物质的导热系数好；结构：结构致紧、密度大的材料导热系数大；温度：一般温度升高，非金属固体导热系数增大。煤灰砖的保温性

23、能好。9 .说明流体流动类型对给热系数的影响。流体为层流时，传热是以导热方式进行的。则此时给热系数较小。当为湍流时，传热是以对流方式进行的，此时给热系数增大。所以流体的传热，多在湍流情况下进行。10 .给热系数受哪些因素影响？流动类型：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度小密度p、比热Cp,导热系数入均对给热系数有影响。传热面的形状、大小和位置：管子的排列、折流都是为了提高给热系数。流体的对流情况，强制对流比自然对流的给热系数大，流体在传热过程有无相变，有相变a大。11 .说明列管式换热器的基本结构。由壳体、管束、管板、封头等组成。12 .换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？由

24、于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器周围的空气而散失，即产生散热损失。为了减少散热损失，一般在换热器外壁面上包上一层(或两层)导热系数较小的绝热材料(或不同的两种导热系数较小的绝热材料)，使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。13 .列管换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？主要由壳体、管束、管板和顶盖（又称封头）等基部分组成。壳体和管束作为冷热两流体的流动空间，通过管壁进行换热。管束安装在管板上，通过管板使管束与壳体连成一体。顶盖（封头）上有管程流体进出口，且有分程、密封，封头可拆卸，便于管子清洗等作用。14 .当间壁两侧

25、流体稳定变温传热时，工程上为何常采用逆流操作？并简要定性分析主要原因。因为逆流操作有较高的经济效益。主要原因可由以下两方面分析：（1）当T抡、T擅、呢、t摘四个温度一定时，逆流操作的At燃比其它流向大。根据：Q=KA卿，当K、A一定时，燃T则QT，对现有的换热器来说，可提高生产能力。当Q、K一定时，At燃T则A1，对生产能力要求一定时，新设计制造换热器由于A较小，设备尺寸可减小，节省投资费。（2）一般逆流操作的正常操作费比其它流向要少。逆流操作时，载热体用量比其它流向的要小，降低能耗，提高了经济效益。15 .各种传热方式相比较，热传导的主要特点是什么？在热传导中，物体各部分之间不发生相对位移。

26、16 .各种传热方式相比较，对流的主要特点是什么？对流仅发生在流体中，流体各部分之间发生相对位移。17 .在一套管换热器中，若两流体的进、出口温度不变，应选择并流换热还是逆流换热？为什么？应选择逆流换热，因为此时的对数平均温差较大，可以节省换热面积。18 .在设计换热器时，如何安排不洁净和易结垢的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管内，因为管内清洗比较方便。19 .在设计换热器时，如何安排腐蚀性流体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。20 .在设计换热器时，如何安排压强高的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管内，以免壳体受压

27、，可节省壳程金属消耗量。21 .在设计换热器时，如何安排饱和蒸气的流径（管内或是管间）？简述理由。走管间，便于及时排出冷凝液。22 .在设计换热器时，如何安排被冷却的流体的流径(管内或是管间)？简述理由。走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。23 .在设计换热器时，如何安排粘度大的液体的流径(管内或是管间)？简述理由。走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。24 .在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度？由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内，提高流体的湍动程度能减薄层流底层

28、的厚度，可以提高传热效果。25 .换热器的壳程为什么要安装挡板？可以提高壳程流体的湍动程度，增强传热效果。26 .间壁式换热器与混合式换热器的区别是什么？间壁式换热器是由固体壁面将冷、热两种流体分开，通过固体壁面传热，而混合式换热器中则是将冷、热两种流体直接接触、混合换热。五、计算题：1 .某平壁炉的炉壁由耐火破，绝热砖和普通砖组成，它们的导热系数分别为1.163,0.233和0.582w/ni.K,为使炉内壁温度保持1000C,每平方米炉壁的热损失控制在930w以下，若普通砖厚度取为10cm,炉外壁温度为83C,求:耐火砖和绝热砖厚度各为多少?绝热砖和普通砖交界面温度t摘为多少？(假设绝热砖

29、与耐火砖交界面温度为800)设耐火砖厚度bl,绝热砖厚度b2跨过耐火砖的热通量为：q=(tl-t2)/(bl/Xl)/.bl=Xl(tl-t2)/q=l163(1000-800)/930=0.25m跨过三层砖的热通量为：q=(tl-t4)/(bl/ll)+(b2/U)+(b3/13)b2=(tl-t4)/q-bl/kl-b3/X3X2=(1000-83)/930-0.25/1.163-0.l/0.582x0.233=0.14m,跨过普通砖的热通量：=t3t4/b3/X3,t3=q.b3/A3-H4=930x0.1/0.582H-83=243*C2 .在内管为Q180xi0mni的套管换热器中，

30、将流量为3500kg/h的某液态烧从100冷却到60,其平均比热为2.38kJ/kg.K,环隙走冷却水淇进出口温度分别为40和50c平均比热为4.174kJ/kg.K,基于传热外面积的总传热系数K=2000w/mQ/L=2n(120-115)/l/l(ln(75/55)=4545(1/1)111(75/55)=2x3.14(125-115)/4545=0.00691/.入=44.9w/m.K薇.K,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。冷却水用量：Wc(T挖一瑞)=Wc沱)3500x2.38x(10060)=WBBx4.174

31、x(5040)W晴=7982kg.h薇At概逆=(50-20)/1n(50/20)=32.75t期并=(60-10)/1n(60/10)=27.9Q=KAAt燃Q=333200kJ.h薇A逆=333200x10樱/(2000x32.75x3600)=L41m缢nd姬1=1.413.14x0.18x1=1.411=2.5mA并=333200x10梭/(2000x27.9x3600)=1.66m缢3.14x0.18x1=1.661=2.93m3.已知一外径为75mm,内径为55mHi的金属管，输送某一热的物流，此时金属管内表面温度为120,外表面温度为115,每米管长的散热速率为4545w/m,求

32、该管材的导热系数。为减少该管的热损失，外加一层石棉层(导热系数为0.15w/m.KM)此时石棉层外表面温度为10,而每米管长的散热速率减少为原来的3.87%,求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度。设外加石棉层厚度为6则:Q7L=2x3.14(120-10)/(l/44.9)lii(75/55)+(l/0.15)ln(75+28)/75)=4545x0.0387=175.9w.m薇690.8=175.9<0.00691+(l/0.15)ln(75+28)/75解得:6=30111111(石棉层厚度)设钢管和石棉层接触面间的温度为t2，则：2x3.14(120-t2')/(l/4

33、4.9)ln(75/55)=175.9解得：t2，=119.84.在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液，溶液量为L4kg/s,比热为2kJ/kg.K,走内管(规格为<p25x2.5imn),从150冷却到100。冷却水走套管环隙，从25c升温至60-C,水的比热为4.18kJ/kg.K0(1)已知溶液一侧的对流传热系数为1160w/nf.K,冷却水一侧的对流传热系数为930w/nfK,忽略管壁和污垢的热阻及热损失，求(1)传热外表面积为基准的总传热系数K和冷却水的用量(kg/h)。(2).计算内管的外表面积和管长。溶液放热Q=msCpAT=l.4x2x10x(150-100)=1.4x1

34、0渠w1/K誓=d簪/(a曜dll)+l/a誓=0.025/(1160x0.02)+1/930=2.15x10集梭K=464w/nf.K薇冷却水用量msQ/ICpXtl-tl)=1.4x10渠/4180(6025)=0.957kg.s薇=3445kg.h薇tm=(150-60)-(100-25)/ln(150-60)/(100-25)=82.3A瞥=Q/(K簪tn】)=1.4xl0渠/(464x82.3)=3.67nf缢L=A/(7id簪)=3.67/(71x0.025)=46.71115 .某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5in2的单程列管换热器。用180c的热废气预热轻油，轻油走

35、管外,其流量为200kg/h,比热为2kJ/kg.K,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70。求：换热器的热负荷和传热系数。A=2.5n阂，C够=2kJ.kg薇.K薇Atm=(180-80)-(70-30)/1n(100/40)=65.5Q=200x2x(80-30)=20000kJ.hiQ=KAAtmK=20000/(65.5x2.5)=122.2kJ/m.K薇.h=34w/.ni.K薇6 .用一传热面积为311f由(p25x2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，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

36、lOOOkg/li和1200kg/h,其比热分别为4.18kJ/kg.K薇和2.0kJ/kg.K：水侧和汕侧的对流传热系数分别为2000w/ni.K薇和25Ow/m.K,两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。Q)计算说明该换热器是否合用？Q)夏天当水的初温达到30,而油的流量及冷却程度不变时，该换热器是否合用?(假设传热系数不变)(1) Ql=1200x2x(200-100)=240000kJ.h®Q2=Q1,t2=tl+Q1/(mp2Cp2)=l0+240000/(1000x4.18)=67.4tm=(l32.6-90)/111(132.6/90)=110*Cl/Kl=l/al+d

37、l/(a2d2)=l/2504-25/(2000x20)KI=216.2w.nr|#.K薇Al=Ql/(KAtm)=240000x10/(216.2x3600x110)=2.8m2<3m2故适用(2) tl=30"C时t2=30+240000/(1000x4.18)=87.4tin=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6Al=240000xl0/(3600x89.6x216.2)=3.45m2>3nr不适用。7.采用传热面积为4.48nf单程管壳式换热器，进行溶剂和某水溶液间的换热.流量为3600kg/.h,比热为1.88kJ/kg.K的苯，80c冷却至

38、30,水溶液由20c被加热到30C。忽略热损失。试求：传热系数K由Q=K,AAtm式求K其中：Q=ml.Cpl(Tl-T2)=3600/3600xl.88x10(80-50)=56400w独卿=(及沱一人撰)/1n(母沱/加摘)=(80-30)-(50-20)/1n(80-30)/(50-20)=39.256400=Kx4.48x39.2解得K=321w/m.|#8.在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气，水和空气的进口温度分别为20c及110-C,在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45c及40C,使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下，冷却水出口温

39、度降至38-Co热损失可以忽略不计。求：(1)空气出口温度变为多少？(2)总传热系数为原来的多少倍？(1)初期mlCP1(110-40)=m2CP2(45-20)=KAAtm一年后mlCP1Q10-T2,)=m2CP2(38-20)=KAAtm1(110-T2f)7(110-40)=(38-20)/(45-20)解出T2»=59.6(2)Atm=(110-45)-(40-20)/ln(65/20)=38.2Atm1=(110-38)-(59.6-20)/ln(72/39.6)=54.2*C(3820)/(4520)=(K'/K)x(54.2/38.2)解出K7K=0.5079

40、.一套管换热器,外管为(p83x3.5mm,内管为(p57x3.5mm的钢管，有效长度为60m。用120的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油.蒸汽冷凝潜热为2205kJ/kg。己知油的流量为6500kg/h.比热为2.2kJ/kg.K,进口温度为30C,出口温度为80C。试求：Q)蒸汽用量；(不计热损)(2)传热系数：(1)蒸汽用量(2放=亚.r=2205xWkJ.h薇、吸=CP(t出一t入)=6500x2.2x(80-30)=7.15x10渠kill薇Q放=(2吸，w=7.15xl0/2205324kg.h(2)传热系数的计算由Q=KAAtmAtm=(120-30)-(120-80)/1n(12

41、0-30)/(120-80)=50/1n(90/40)=61.66*C/.Ki=Q/AiAtm=7.15x10渠/60x7ix(50/1000)x6L66-1231kJ.h薇薇=342(w/nr.K)10.有一逆流热交换器，将L25kg/s的苯从77c冷却至27C,苯的平均比热Cp为1.88KJ/kg.Ko冷却水的进、出口温度分别为25c和47。换热器采用(?25x2.5mm的钢管，水在管内，苯在管外，水和苯的传热膜系数分别为a=850w/nf.K薇和a=1700w/m?.Ko钢的导热系数X=49w/m.Ko若忽略污垢的热阻，试求冷却水消耗量及管子的总长度。q=CpG(tfg-tjl)=117

42、.5KJ/SW=117.5/4.187x(47-25)=1.276kg.SMAt3=(77-47)-(27-25)/ln(30/2)=10.34-Cl/K=l/a挖+1/嗾+6/1K=550.7w/nr.KMA=q/K.At®IJ=20.635n遨L=A/7idm=292.1mIL-卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m,直径为(|)25x2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17被加热到37。流量为L25kg/s、温度为72c燃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烂蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数ao=8OOW/(m2.C),管内侧热阻为外侧的40%,

43、污垢热阻乂为管内侧热阻的70%,试核算：(1)换热器每程提供的传热面积(外表面为基准);(2)换热管的总根数：(3)换热器的管程数。计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg)解：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），s1；由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S，需先知道每程的管子数,每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。两流体交换的热量为：Q=Ayrh=1.25x315=394<w则s;394418(37-17)XQ=AYCpc(t3-t1),=4.18kJ/kg,4713kg/s单管内水的流量为：取1=-d2u=0.785X0

44、.0212x0.7x1000=0.24231/s4W4713每程所需管子数为：%='上£=19.5Wcl0.2423取每程管子数为20,则每程所能提供的传热外表面积为：、=0.025x2°x3x4=4.7Inf（2）换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。Q=KSAt、oomAtmxn由题给数据,外一空=(72-17)-(72-37)=4小七1115At.,72-17in72-37则任务所需的传热外表面积为:QKoAtm3940.4762x44.25=18.7nrS0=/zd°ln换热管总根数为：=&=79.4加Jx0.025x3取

45、n=80（2）换热器的管程数。由题意管程数为：Nt=-=4ni12 .在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20c和110,Co在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45c和40C,使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下,冷却水出口温度降至38C,试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？解：（1）空气出口温度T；题意可得：使用初期Q=巩«27）=叫CmQ-工）=KSAtm（I）使用一年后Q'=巩(t；-t1)=ACphCI-r)=KSAtm(2)两式相比(2)/(1),得Q1°-

46、T%io_4O)=G8-2%5-2O)则：T；=59.6(2)总传热系数K'/KAtmmyF7)=65-20=34.2(in"4t】in竺20Atm=£23上出:2=54.2(,110-38In59.6-20m2139.6方程式/式，得：筹瑞壬黑故R期（3）冷热流体的出口温度匕及T,"一年后&-t)=H)=K'3tm<3)Qw=20(t；-tj=0(1；-r)=KSAt；(4)方程(4)式/(3),得：110-17_2(t；-20)_K"1(110-t；)-CT-20)110-59.638-20"R7542f110

47、-t；InTf-20一整理前半式的方程t?=39.60.1791，(5)乂因a水）a空气，Ka%,气，故K%,«由等比定理鹏安，击(no-t；)-ci7-2O).110-t；InTf-20则11141.4542110-1：T；-20整理得，t：=153-r(6)联立(5)和(6),可得:t：=29.4,T；=57.5（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少?r=IU(110-29.4)-(57.5-20)_80.6-37.5,80.6In37.5,110-29.4In57.5-20则="温=56%4.2=I。，13 .有一换热器，管内通90c的热流体，膜系

48、数q为llOOw/nf'C,管外有某种液体沸腾，沸点为50,膜系数%为5800w/nF.oC。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢：（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005i】f"C/w解：忽略管壁热阻，并假设壁温为R（1） 当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：T-K90-二工-501111%a211005800则E=56.4（2） 同理T-I；_l；-t90-1；_工-50+R«+0.005aa211005800则工=84由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。14.流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过,温度由150

49、c降至80；壳程冷却用水，进口温度为15,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L02kJ/kg°C,水的比热为4.17kJ/kg#C,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20,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？解：(1)冷却水用量：<3=取酒-2=W%)Q=yx4.17(65-15)=2000x1.02(150-80)W=68永

50、g/hCD(2)如冷却水进口温度上升为20°C,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=戒色f)=叫'(!；-工)=咯及垣=qSQm(1)新情况Q'=WG(t；t；)=WC曲Q-T>)=K'SQm=q'S；4(2)因aQ)%,气，K«a空气，换热器与气体的情况未变，t75则Q=Q，=&S；=S故AQ=Atm(150-65)+(80-15),_(150-1；)+(80-20)_210-1；=-则匕=60°C,(At"匕2,则口用算术平均值合适)对新情况下的热量进行衡算，Q'=

51、W'x4.17x(60-20)=2000x1.02x(150-80)故W'=854g/h15.在套管换热器中用120c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L9kJ/(kg),温度从30c升至60。蒸汽冷凝传热系数为lxl04w/(m【C),换热管内侧污垢热阻为xloW/.c/w,忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为34x2mm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名。解：(1)饱和蒸汽流量；Q=叫1=巩(t3-tj=4000x1.9x(60-30)=

52、l.ZSxlkJ/hQ=225xl0i=1()/hhr2204(2)管内苯的对流传热系数a：Q=WC(t.-tj=KoSoAtm=KOSO(TtMHi)=KsIf工cpcvji/ooxnoo.oot.liil2kinlzkT-t,T-t.(1)T-1整理得InT-t3so=风L=0.054xl2x=2.036rir,T-t,120-30八，一hi=hi=0.4055T-t.120-600.4055x4000x1.93600x2.036=0.4205kw/(nr)二+Koaa1420.5-嬴+4x10*+54生50q=585w/(m2-)16.热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为025nlmx

53、2.5n】m钢管，导热系数/l=45W/niKo冷水在管内湍流流动，给热系数q=2000V/m2-K,热气在环隙中湍流流动，给热系数a、=50W/m2.K。不计垢层热阻，试求：管壁热阻占总热阻的百分数；解：k=r1%d2A4%=20000.0250.025,0.0251-x+in+I0.022x450.0250=48.3W/m2K总热阻L=0.021m、/W管壁热阻dd.0.025,0.025hi=hi2Ad12x450.02=6.2xlO-5m2-K/W，管壁热阻分率为喇=3，】。一3%17.优8mmx4nim的无缝钢管，内通过表压为0.2Mpa的饱和蒸汽。管外包30nlm厚的保温层/=0.

54、08(W/(n】K),该管设置于温度t外=20。(：的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数=5000W/(nf.K),保温层外表面与大气的给热系数a2=10W/(m2K)o求蒸汽流经每米管长的冷凝量W解：每米管长的冷凝量W4=0.068-2x0.004=0.06m,dg=0.06&n&=0.068+2x0.03=0.12Sn不计管壁热阻/.K=+K1axd122d0%r10.1280.128,0.12811=x+In+150000.062x0.080.06810=1.65W/（m2-K）Q=K?ACT-1外）=K?加JQ-1外）查0.2MPa（表）下，饱和蒸汽T=133.3（,r

55、=21681kJ/kgQl=K?加？(T-t外)=1.65x3.14x0.128x(133320)=75.1W/m18.用两台结构完全相同的单程列管换热器，按并联的方式加热某料液，每台换热器由44根625mmX2.5mm,有效长2m的管子所组成。料液的总流量为L56xl0-3m3/s,比热容为4.01KJ/Kg.,密度为1000kg/nR料液在两换热器的管程内呈湍流流动，并由22c被加热至102C,用122C的饱和蒸汽分别在两换热器的壳程冷凝(冷凝液为饱和液体)，蒸汽冷凝的对流传热系数为8kW/(nFC),管壁及污垢热阻均可忽略不计。试求:料液的对流传热系数；(2)料液的总流量与加热条件不变，将两台换热器由并联改为串联使用,料液由22c加热到多少度？【解】(1)由题意:4=25inni=0.025m,dj=20mm=0.02m根据Q=KAAtm=in2Cp2(t2一h),整理得Inih】¥一:X1.56X10-3X1000X4.01X1000/2tz_TT2_2/9r_122-102,，-44nX0.025X2=728.72W/nr-'C由=+-_=+25=ooomKoa0axdx8000axx20解得气=1002.2W/nfK(2)由题意,两台换热器串联使用时，u-2ii;a；=（）0Sax=i744.9W/nr-K由-=+=-F-=0.0084K