化工原理习题第二部分热量传递答案

.专业整理.化工原理习题第二部分热量传达一、填空题：某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失,若容器表面温度为500℃,而环境温度为20℃,采用某隔热资料，其厚度为240mm，λ=0.57w/m.K，此时单位面积的热损失为____1140w___。(注:大型容器可视为平壁)牛顿冷却定律的表达式为____q=αA△t_____，给热系数（或对流传热系数）α的单位是__w/m2.K_____。某并流操作的间壁式换热器中,热流体的出入口温度为90℃和50℃,冷流体的出入口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=____27.9K_____。某并流操作的间壁式换热器中,热流体的出入口温度为90℃和50℃，冷流体的出入口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=____41.6K_____。4.热量传达的方式主要有三种:__热传导___、___热对流____、热辐射。对流传热中的努塞特准数式是＿＿Nu＝αｌ/λ＿＿＿＿,它反应了对流传热过程几何尺寸对α的影响。牢固热传导是指传热系统中各点的温度仅随地点变不随时间而改变。两流体的间壁换热过程中，计算式Q＝α.A.△ｔ，A表示为α一侧的换热壁面面积_______。8.在两流体经过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为____________A泛指传热面,与K相对应________。两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃，当它们逆流流动时,平均传热温差△tm=_____50℃_______，当并流时,△tm=___47.2℃______。冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体入口温度T＝400℃，出口温度T200℃，冷气体入口温度ｔ＝50℃，两股气体的质量流量同样,物性数据可视为同样,若不计热损失时，冷气体出口温度为＿250_＿℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为＿240℃＿。11.一列管换热器，列管规格为φ38×3,管长4m,管数127根，则表面面积F=__F1=127×4π×0.038=60.6m2，而以内表面积计的传热面积F____F2=127×4π×0.032=51.1m2__________。.学习帮手..专业整理.12.当水在圆形直管内作无相变逼迫湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变成原来的_____2____倍。13.在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K凑近于空气侧的对流传热系数，而壁温凑近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。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的数值凑近于热阻大（大、小）一侧的值。间壁换热器管壁温度tW凑近于值大（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁组成的导热壁面中，所用资料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大（大、小），其两侧的温差愈大（大、小）。由多层等厚平壁组成的导热壁面中，所用资料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈小，其两侧的温差愈小。16.在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内（或热界限层内），减少热阻的最有效举措是提高流体湍动程度。17.除去列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式构造；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。厚度不同样的三种资料组成三层平壁，各层接触优秀，已知b1>b2>b3，导热系数1<2<3，在牢固传热过程中，各层的热阻R1>R2>R3，各层导热速率Q1=Q2=Q3。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dQ=-dst。n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而流量同样，则其对流传热系数约为原来的3.48倍。（设条件改变后仍在湍流范围）21.导热系数的单位为W/（m·℃），对流传热系数的单位为W/2，总传热系数的单位为2。（m·℃）W/（m·℃）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。.学习帮手..专业整理.二、选择题：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.没关系有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120℃）将管内必然流量的氢氧化钠溶液由20℃加热到80℃，该换热器的平均传热温度差ｔm为（B）。A.-60/ln2.5;B.60/ln2.5;C.120/ln5经过三层平壁的定态热传导过程，各层界面接触平均，第一层两侧面温度分别为120℃和80℃,第二层表面面温度为40℃，则第一层热阻R1，,与第二、三层热阻R2、R3的大小关系为C。A.R1>R2+R3B.R1<R2+R3C.R1=R2+R3D.无法确定在设计固定管板式列管换热器时，危险性大〔有毒、易燃易爆、强腐化性〕的流体应走B。A.壳程B.管程C.壳程和管程均无某一套管换热器，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20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气出入口温度不变，则此时的传热温差应为原来的A倍。不定必然流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数2i=1000W/m·℃；如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，则其将变成。A1259B1496C1585D16787.对流传热系数关系式中普兰特准数是表示C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—空气间壁换热过程中，为增强传热，以下方案中的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温度D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积9.将1500kg/h，80℃的硝基苯经过换热器冷却到40℃，冷却水初温为30℃，.学习帮手..专业整理.出口温度不高出35℃，硝基苯比热为1.38kJ/kg.K，则换热器的热负荷为（B）。A.19800kJ.h;B.82800kJ.h;C.82800kw;对流传热是由（C）因素产生的。A.流体分子的热振动;B.流体体内电子的挪动;流体质点的位移、扰动。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.J热量传达的基本方式是（D）。A.恒温传热和稳态变温传热;B.导热给热和热互换;气化、冷凝与冷却;D.传导传热、对流传热与辐射传热在比好多的情况下，特别是液－液热互换过程中，热阻平时较小能够忽略不计的是（D）。A.热流体的热阻;B.冷流体的热阻;C.冷热两种流体的热阻;D.金属壁的热阻。14.公式q＝KAΔtm中，Δtm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.流体出入口的温度差;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;流体湍流地区内。对一台正在工作的列管式换热器，已知αo＝116w/m.Kαi＝11600w/m.K，要提高传热系数（K），最简单有效的门路是（A）。A.想法增大αo;B.想法增大αi;C.同时增大αo和αi。17.用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温凑近（A）蒸汽的温度；B.空气的出口温度；C.空气进、出口平均温度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值凑近于（B）.学习帮手..专业整理.A.α蒸汽B.α空气C.α蒸汽与α空气的平均值对流传热仅发生在（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，与无垢层比较，结垢后的换热器的KB，△tmA。A.变大B.变小C.不变D.不确定某两流体在套管换热器中进行逆流换热（无相变），今使热流体入口温度降低，而其他条件不变，则热流体出口温度B，平均推动力△tmB。A.上涨B.下降C.不变D.不确定22牢固的多层平壁的导热中，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，当热量经过滞流内层时，主假如以（A）方式进行的。A.热传导B.对流传热C.热辐射当壳体和管制之间温度大于50℃时，考虑热补偿，列管换热器应采用（B）A.固定管板式B.浮头式C.套管式增强传热的主要门路是（B）。A.增大传热面积B.提高K值C.提高△tm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惹起的热量传达称为（A）。热传导；B热传达；C热放射；D热流动。27．流体各部分之间发生相对位移所惹起的热传达过程称为（A）。对流；B流动；C传达；D透热。28．因热的原因此产生的电磁波在空间的传达，称为（D）。热传导；B热传达；C热放射；D热辐射。.学习帮手..专业整理.29．在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，由于管内（A）。冲刷比较方便；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，腐化性的流体宜走管内，省得（A），而且管子也便于冲刷和检修。壳体和管子同时受腐化；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，省得（A），可节俭壳程金属耗费量。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，它对冲刷无要求。实时除去冷凝液；B流速不太快；C流通面积不太小；D传热可是多。33．在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（A）。泄露机会较少；B流速很快；C流通面积变小；D传热增加。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）。以增强冷却收效；B省得流速过快；C省得流通面积过小；D省得传热过多。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壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re100）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。.学习帮手..专业整理.36．在管壳式换热器中安装折流挡板的目的，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。粘度；B密度；C速度；D高度。37．当换热器中冷热流体的出入口温度一准时，判断下面的说法哪一个是错误的B）。A逆流时，Δtm必然大于并流、错流或折流时的Δtm；采用逆流操作时能够节俭热流体（或冷流体）的用量；采用逆流操作能够减少所需的传热面积；温度差校正系数φt的大小反应了流体流向凑近逆流的程度。38.对流传热系数关系式中普兰特准数是表示C的准数。A对流传热B流动状态C物性影响D自然对流影响在蒸气—空气间壁换热过程中，为增强传热，以下方案中的＿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温度D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积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，与无垢层比较，结垢后的换热器的KB，△tmA。A.变大B.变小C.不变D.不确定某两流体在套管换热器中进行逆流换热（无相变），今使热流体入口温度降低，而其他条件不变，则热流体出口温度B，平均推动力△tmB。A.上涨B.下降C.不变D.不确定三、判断题：凡牢固的圆筒壁传热，热通量为常数。(×)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.学习帮手..专业整理.温度的四次方之差成正比。（√）凡稳态的园筒壁传热过程，单位时间单位面积所传达的热量相等。（×）热量传达过程的规律与流体流动过程相像，流速越大，则其过程的阻力越大。（×）当保温资料的厚度加大时，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。（×）多层平壁导热过程中，传热总推动力为各壁面温度差之和。（√）7.无相变的折，错流换热器，其平均温度差△t都比逆流时为小。（√）换热器的导热管，应采用导热系数值大的资料。（√）导热系数是物质的一种物理性质（√），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（×）在牢固的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较小（×）.12.在对流传热中，传热管壁的温度凑近α值小的哪一侧流体的温度（×）.对于问壁两侧流体牢固变温传热来说，载热体的耗费量逆流时大于并流时的用量。（×）列管式热互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。（×）蛇管换热器是属于间壁式换热器的一种（√）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α（√）保持膜状沸腾操作，可获得较大的沸腾传热系数。（×）为了提高间壁式换热器的传热系数K值，必然想法提高α值大的那一侧流体的对流传热系数。（×）19.增强传热的门路主假如增大传热面积（×）付立叶定律合用于流体与壁面间的传热计算。（×）四、简答题：在化工生产中，传热有哪些要求?传热一般有两方面的要求：.学习帮手..专业整理.（1）、尽量使传热情况优秀,即要求高的传热效率,以减少设施尺寸；（2）、尽量防备传热,即保温或保冷。传导传热,对流传热和辐射传热,三者之间有何不同样?传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传达热量。对流传热则是流体质点发生相对位移来传达热量,辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传达热量。试述对流传热的机理?热流体流过管道时,在湍流主体中,流体强烈拢动,形成旋涡,使质点强烈混淆而互换热量，温度较平均，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（层流基层），在这层薄层内，热量传达以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传达。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流基层内。对管内层流流动，热量传达也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的），有密度差，会惹起质点的对流，比较复杂。增强传热过程应采用哪些门路?依据ｑ＝K.A.△t方程,指任一个K、A、△t都能提高增强传热增加传热面积,如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗拙管代替圆滑管；(2)增大传热温差△t可采用逆流操作,由于当T，T，t，t四个温度一准时，逆流传热温差△t最大；(3)提高传热系数K由K＝1/（1/α＋1/α＋Σ（δ/λ））提高α、α降低δ,都能增强传热,要提高α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（增强圈）在列管换热器中可,还可采用导热系数大的流体作载热体。传热有哪几种方法?各有何特点?试就锅炉墙的传热解析其属哪些传热方式?传导、对流、辐射导热－－分子原位振动，电子定向流动。对流－－流体质点流动与混淆。锅炉壁为导热，外壁对烟气为对流，火焰和炉墙的热辐射。为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作?.学习帮手..专业整理.操作能够获得较大的平均传热温度差，从传达同样热负荷言，须较小的传热面积，节俭设施花销。其他，逆流热流体出口温度T可凑近冷流流体入口温度t，对同样热负荷言，需加热剂少；同样，就冷流体而言，逆流体出口温度t可凑近热流体入口温度T，对同样热负荷言，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。7．什么是牢固传热和不牢固传热?在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为牢固传热。牢固传热时，传热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不牢固传热。不牢固传热时，传热速率也随时间而变。导热系数受哪些因素影响?现有建筑砖（ρ＝1800kg.m-3）和煤灰砖（ρ＝700kg.m-3）两种资料，哪一种保温性能好?组成：纯物质的导热系数好;构造：构造致紧、密度大的资料导热系数大;温度：一般温度高升，非金属固体导热系数增大。煤灰砖的保温性能好。说明流体流动种类对给热系数的影响。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。给热系数受哪些因素影响?流动种类：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度μ、密度ρ、比热Cp，导热系数λ均对给热系数有影响。传热面的形状、大小和地点：管子的排列、折流都是为了提高给热系数。流体的对流情况，逼迫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α大。说明列管式换热器的基本构造。由壳体、管制、管板、封优等组成。换热器的散热损失是怎样产生的？应怎样来减少此热损失？由于换热器外壁面温度经常高于周围外界空气的温度，外壁面不断经过对流.学习帮手..专业整理.和辐射传将热量传给换热器周围的空气而消失，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资料（或不同样的两种导热系数较小的绝热资料），使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。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、管制、管板和顶盖（又称封头）等基部分组成。壳体和管制作为冷热两流体的流动空间，经过管壁进行换热。管制安装在管板上，经过管板使管制与壳体连成一体。顶盖（封头）上有管程流体出入口，且有分程、密封，封头可拆卸，便于管子冲刷等作用。当间壁两侧流体牢固变温传热时，工程上为什么常采用逆流操作？并简要定性解析主要原因。由于逆流操作有较高的经济效益。主要原因可由以下两方面解析：（1）当T、T、t、t四个温度一准时，逆流操作的△t比其他流向大。依据：Q=KA△t,当K、A一准时，△t↑则Q↑，对现有的换热器来说，可提高生产能力。当Q、K一准时，△t↑则A↓，对生产能力要求一准时，新设计制造换热器由于A较小，设施尺寸可减小，节俭投资费。2）一般逆流操作的正常操作费比其他流向要少。逆流操作时，载热体用量比其他流向的要小，降低能耗，提高了经济效益。15．各样传热方式比较较，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。16．各样传热方式比较较，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，应选择并流换热仍是逆流换热？为什么？应选择逆流换热，由于此时的对数平均温差较大，能够节俭换热面积。18．在设计换热器时，怎样安排不洁净和易结垢的流体的流径（管内或是管间）？简述原因。走管内，由于管内冲刷比较方便。19．在设计换热器时，怎样安排腐化性流体的流径（管内或是管间）？简述原因。.学习帮手..专业整理.走管内，省得壳体和管子同时受腐化，而且管子也便于冲刷和检修。20．在设计换热器时，怎样安排压强高的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管内，省得壳体受压，可节俭壳程金属耗费量。21．在设计换热器时，怎样安排饱和蒸气的流径（管内或是管间）？简述原因。走管间，便于实时排出冷凝液。22．在设计换热器时，怎样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，以增强冷却收效。23．在设计换热器时，怎样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．在增强传热的过程中，为什么要想方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基层内，提高流体的湍动程度能减薄层流基层的厚度，能够提高传热收效。25．换热器的壳程为什么要安装挡板?能够提高壳程流体的湍动程度，增强传热收效。26．间壁式换热器与混淆式换热器的差别是什么？间壁式换热器是由固体壁面将冷、热两种流体分开，经过固体壁面传热，而混淆式换热器中则是将冷、热两种流体直接接触、混淆换热。五、计算题：某平壁炉的炉壁由耐火砖，绝热砖和一般砖组成，它们的导热系数分别为1.163，0.233和0.582[w/m.K]，为使炉内壁温度保持1000℃，每平方米炉壁的热损失控制在930w以下，若一般砖厚度取为10cm，炉外壁温度为83℃，求:耐火砖和绝热砖厚度各为多少?绝热砖和一般砖交界面温度t为多少?（假定绝热砖与耐火砖交界面温度为800℃）设耐火砖厚度b1,绝热砖厚度b2高出耐火砖的热通量为:q=(t1-t2)/(b1/λ1).学习帮手..专业整理.∴b1=λ1(t1-t2)/q=1.163(1000-800)/930=0.25m高出三层砖的热通量为:q=(t1-t4)/[(b1/λ1)+(b2/λ2)+(b3/λ3)]b2=[(t1-t4)/q-b1/λ1-b3/λ3]λ2=[(1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.582]×0.233=0.14m,高出一般砖的热通量:=t3-t4/b3/λ3,t3=q.b3/λ3+t4=930×0.1/0.582+83=243℃在内管为φ180×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/kg.K，环隙走冷却水,其出入口温度分别为40℃和50℃,平均比热为4.174kJ/kg.K，鉴于传热外面积的总传热系数2K=2000w/m.K，且保持不变.设热损失能够忽略。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－T）＝Wc（t－t）3500×2.38×（100－60）＝W×4.174×（50－40）∴W＝7982kg.hΔt逆＝（50－20）/ｌｎ（50/20）＝32.75Δt并＝（60－10）/ｌｎ（60/10）＝27.9Q＝KAΔtQ＝333200kJ.hA逆＝333200×10/（2000×32.75×3600）＝1.41mπｄｌ＝×0.18×ｌ＝1.41∴ｌ＝2.5mA并＝333200×10/（2000×27.9×3600）＝1.66m3.14×0.18×ｌ＝1.66∴ｌ＝2.93m已知一外径为75mm，内径为55mm的金属管，输送某一热的物流，此时金属管内表面温度为120℃，表面面温度为115℃，每米管长的散热速率为4545w/m，求该管材的导热系数。为减少该管的热损失，外加一层石棉层（导热系数为0.15w/m.K）此时石棉层表面面温度为10℃，而每米管长的散热速率减少为.学习帮手..专业整理.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。Q/L=2π(120-115)/[1/λ(ln(75/55))]=4545(1/λ)ln(75/55)=2×3.14(125-115)/4545=0.00691∴λ=44.9w/m.K⑵设外加石棉层厚度为δ:Q'/L=2×3.14(120-10)/{(1/44.9)[ln(75/55)]+(1/0.15)ln(75+2δ)/75}=4545×690.8=175.9{0.00691+(1/0.15)ln[(75+2δ)/75]}解得:δ=30mm(石棉层厚度)⑶设钢管和石棉层接触面间的温度为t2':2×3.14(120-t2')/[(1/44.9)ln(75/55)]=175.9解得:t2'=119.8℃4.在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液，溶液量为1.4kg/s，比热为2kJ/kg.K，走内管(规格为φ25×2.5mm)，从150℃冷却到100℃。冷却水走套管环隙，从25℃升温至60℃，水的比热为4.18kJ/kg.K。（1）已知溶液一侧22的对流传热系数为1160w/m.K，,冷却水一侧的对流传热系数为930w/mK，忽略管壁和污垢的热阻及热损失，求（1）传热表面面积为基准的总传热系数K和冷却水的用量(kg/h)。（2）.计算内管的表面面积和管长。溶液放热Q=msCp△T=1.4×2×10×(150-100)=1.4×10w1/K=d/(αd)+1/α=0.025/(1160×0.02)+1/930=2.15×10K=464w/m2.K冷却水用量ms'=Q/[Cp'(t2-t1)]=1.4×10/[4180(60-25)]=0.957kg.s=3445kg.h△tm=[(150-60)-(100-25)]/ln[(150-60)/(100-25)]=82.3℃.学习帮手..专业整理.A=Q/(K△tm)=1.4×10/(464×82.3)=3.67m2L=A/(πd)=3.67/(π×0.025)=46.7m25.某车间有一台换热面积（以表面面积计）为2.5m的单程列管换热器。用180℃的热废气预热轻油，轻油走管外，其流量为200kg/h，比热为2kJ/kg.K，温度30℃升至80℃。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＝2.5m,C＝2kJ.kg.Ktm＝（(180-80)-(70-30)）/ｌｎ(100/40)＝65.5℃＝200×2×(80-30)＝20000kJ.hQ＝KAtm∴K＝20000/(65.5×2.5)＝122.2kJ/m.K.h=34ｗ/.m.K26.用一传热面积为3m由φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h，其比热分别为4.18kJ/kg.K和2.0kJ/kg.K；水侧和油侧的对流传热系数分别为2000w/m.K和250w/m.K，两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器能否合用?(2)夏天当水的初温达到30℃，而油的流量及冷却程度不变时，该换热器能否合用?(假设传热系数不变)Q1=1200×2×(200-100)=240000kJ.hQ2=Q1,t2=t1+Q1/(mρ2·Cp2)=10+240000/(1000×4.18)=67.4℃tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110℃1/K1=1/α1+d1/(α2·d2)=1/250+25/(2000×20)K1=216.2ｗ.m.KA1=Q1/(K△tm)=240000×10/(216.2×3600×110)22=2.8m<3m故合用(2)t1=30℃时t2=30+240000/(1000×4.18)=87.4℃.学习帮手..专业整理.△tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6℃22A1=240000×10/(3600×89.6×216.2)=3.45m>3m不合用。采用传热面积为4.48m2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，80℃冷却至30℃，水溶液由20℃被加热到30℃。忽略热损失。试求：传热系数KQ=K.A△tm式求K其中:Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600×1．88×10(80-50)=56400ｗΔt＝（Δt－Δt）/ｌｎ（Δt/Δt）[（80－30）－（50－20）]/ｌｎ[(80-30)/(50-20)]39.2℃56400=K×4.48×39.2解得K=321ｗ/m.℃8.在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气，水和空气的入口温度分别为20℃110℃，在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃及40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及入口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃。热损失能够忽略不计。求：(1)空气出口温度变成多少?(2)总传热系数为原来的多少倍?（1）初期m1CP1(110-40)=m2CP2(45-20)=KAtm一年后m1CP1(110-T2')=m2CP2(38-20)=K'Atm'(110-T2')/(110-40)=(38-20)/(45-20)解出T2'=59.6℃（2）tm＝（(110-45)-(40-20)）/ln(65/20)=38.2℃tm'＝（(110-38)-(59.6-20)）/ln(72/39.6)=54.2℃(38-20)/(45-20)=(K'/K)×(54.2/38.2)解出K'/K＝0.507一套管换热器,外管为φ83×3.5mm，内管为φ57×3.5mm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.学习帮手..专业整理.2205kJ/kg。已知油的流量为6500kg/h，比热为2.2kJ/kg.K，入口温度为30℃，出口温度为80℃。试求：(1)蒸汽用量；(不计热损)(2)传热系数；（1）蒸汽用量Q放＝W.ｒ＝2205×WkJ.hQ吸＝W'CP(t出－t入）＝6500×2.2×（80－30）＝7.15×10kJ.hQ放＝Q吸∴ｗ＝7.15×10/2205≈324kg.h（2）传热系数的计算由Q＝KAtmtm＝（(120-30)-(120-80)）/ｌｎ（(120-30)/(120-80)）50/ｌｎ（90/40）＝61.66℃Ki＝Q/Aitm7.15×10/[60×π×(50/1000)×61.66]≈.℃342(ｗ/m2.K)有一逆流热互换器，将1.25kg/s的苯从77℃冷却至27℃，苯的平均比热Cp为1.88KJ/kg.K。冷却水的进、出口温度分别为25℃和47℃。换热器采用φ25×2.5mm的钢管，水在管内，苯在管外，水和苯的传热膜系数分别为α＝22。钢的导热系数λ＝49w/m.K。若忽略污垢的热阻，850w/m.K和α＝1700w/m.K试求冷却水耗费量及管子的总长度。q=CpG(t-t)=117.5KJ/SW=117.5/[4.187×Δt=[(77-47)-(27-25)]/[ln(30/2)]=10.34℃1/K=1/α+1/α+δ/λK=550.7w/m2.KA=q/K.Δt=20.635mL=A/πdm=292.1m一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s、温度为72℃烃的.学习帮手..专业整理.饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得：2蒸气冷凝传热系数0=800W/(m·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程供给的传热面积（表面面为基准）；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）换热器每程供给的传热面积（表面面为基准），S1；由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，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。两流体互换的热量为：QWhrh1.25315394kw又QWCt2t1)，Cpc4.18kJ/kgC，cpc(则WcQ3944.713kg/sCpc(t2t1)4.18(3717)单管内水的流量为：Wc1d2u24Wc4.71319.5每程所需管子数为：n10.2423Wc1取每程管子数为20，则每程所能供给的传热表面面积为：S1doln10.0252034.71m2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。QKoSotmKo1111(0.70.4)0.4ooo由题给数据，1111(0.40.70.4)800800800476.2W/m2Ctmt1t2(7217)(7237)Ct1721744.25lnln7237t2.学习帮手..专业整理.则任务所需的传热表面面积为：SoQ39418.7m2KotmSodoln换热管总根数为：So18.7n79.4dol0.0253取n80(2)换热器的管程数。由题意管程数为：n4Ntn1在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的入口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和入口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，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T2题意可得：使用初期QWcCpc(t2t1)WhCph(T1T2)KStm（1）使用一年后Q2WcCpc(t2t1)WhCph(T1T2)KStm（2）两式比较（2）/（1），得(110T2)(3820)(11040)(4520)则：T2=59.6℃（2）总传热系数K/K(T1t2)(T2t1)652034.2CtmlnT1t2ln65T2t120(11038)(59.220)7239.654.2Ctm1103872ln20ln39.659.6.学习帮手..专业整理.方程(2)式/(1)式，得：(3820)K54.2故K0.50%(4520)K38.2K（3）冷热流体的出口温度t2及T2一年后QWcCpc(t2t1)WhCph(T1T2)KStm（3）Q2WcCpc(t2t1)WhCph(T1T2)KStm（4）方程（4）式/（3），得：110T22(t220)K1(110t2)(T220)11059.63820K54.2110t2ln20T2整理前半式的方程t239.60.179T2（5）又因水空气，K空气，故KK空1空由等比定理(110T2)(t220)1(110t2)(T220)11059.6954.2110t2ln20T2则110t241.4ln2054.2T2整理得，t2153T2（）6联立（5）和（6），可得：t229.4C，T257.5C（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变成多少？tm(11029.4)(57.520)80.637.5Cln11056.329.4ln80.657.52037.5则Qtm56.31.04Qtm54.213.有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数1为1100w/m2C，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数2为5800w/m2C。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁洁净无垢；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005m2C/w解：忽略管壁热阻，并假定壁温为Tw.学习帮手..专业整理.（1）当壁很薄时，依据壁两侧的对流传热方程式可得：TTwTwt90TwTw5011111211005800则Tw56.4C（2）同理TTwTwt90TwTw501111R011000.005125800则Tw84C由此可知，壁温老是比较凑近热阻小的那一侧流体的温度。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℃降至80℃；壳程冷却用水，入口温度为15℃，出口温度为65℃，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1.02kJ/kg·℃，水的比热为4.17kJ/kg·℃，不计温度变化比较热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水入口温度上涨为20℃，仍用原设施达到同样的气体冷却程度，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；QWcCpc(t2t1)WhCph(T1T2)QWc4.17(6515)20001.02(15080)Wc685kg/h2）如冷却水入口温度上涨为20℃，仍用原设施达到同样的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？原情况QWcCpc(t2t1)WhCph(T1T2)KSitmiSitm(1)新情况QWcCpc(t2t1)WhCph(T1T2)KSitmiSitm.学习帮手..专业整理.(2)因水空气，K空气，换热器与气体的情况未变，则QQiiSiSi，故tmtm(15065)(8015)75Ctm2(150t2)(8020)210t2tm22则t260C，（t1t2<2，则tm用算术平均值合适）对新情况下的热量进行衡算，QW4.17(6020)20001.02(15080)故Wc856kg/h在套管换热器中用120℃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/(kg·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×1042－42W/(m·℃)，换热管内侧污垢热阻为4×10m·℃/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为54×2mm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。解：（1）饱和蒸汽流量；QWhrWcCpc(t2t1)40001.9(6030)2.28105kJ/hWhQ2.25105103.4kg/h22042）管内苯的对流传热系数i；QWcCpc(t2t1)KoSotm（Tt1)(Tt2)KoSot2t1KoSoTt1Tt1lnt2lnt2TT整理得Tt1KoSo（1）lnt2WcCpcSodoL0.054122.036m2.学习帮手..专业整理.Tt1ln12030lnt21200.4055T60Ko0.4205kw/(m2C)36002.03611Rsidodo（2）Kodiidio1141045454420.51000050i50i585w/(m2C)热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为25mm2.5mm钢管，导热系数45W/mK。冷水在管内湍流流动，给热系数12000W/m2K，热气在环隙中湍流流动，给热系数2Wm2K。不计垢层热阻，试求：管壁热阻占50/总热阻的百分数；解：K[1d2d2lnd21]11d12d11==总热阻管壁热阻

[10.0250.025ln0.0251]120000.022450.02503W/m2K0.021m2/WKd2lnd20.0250.0252d1245ln0.02=6.2105m2K/W管壁热阻分率为6.210531030.3%0.02168mm4mm的无缝钢管，内经过表压为0.2Mpa的饱和蒸汽。管外包30mm厚的保温层0.080W/(mK)，该管设置于温度t外20C的大气中，已知管内.学习帮手..专业整理.壁与蒸汽的给热系数15000W/(m2K)，保温层表面面与大气的给热系数210W/(m2K)。求蒸汽流经每米管长的冷凝量W解：每米管长的冷凝量Wd10.06m，d00.068md20.06820.030.128m不计管壁热阻K1d2d2lnd211[2d0]1d12=[10.1280.128ln0.1281]150000.0620.080.06810=1.65W/(m2K)QK2A2(Tt外)K2d2L(Tt外)查0.2MPa（表）下，饱和蒸汽T133.3C，r2168.1kJ/kgQLK2d2(Tt外)=1.653.140.128(133.320)75.1W/m用两台构造完好同样的单程列管换热器，按并联的方式加热某料液，每台换热器由44根Ф25mmx2.5mm，有效长2m的管子所组成。料液的总流量为1.56x10-333m/s,比热容为4.01KJ/Kg.℃,密度为1000kg/m,料液在两换热器的管程内呈湍流流动，并由22℃被加热至102℃，用122℃的饱和蒸汽分别在两换热2，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/(m·℃)管壁及污垢热阻均可忽略不计。试求:(1)料液的对流传热系数;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22℃加热到多少度?【解】(1)由题意:do=25mm=0.025m，di=20mm=0.02m依据Q=KA△tm=m2Cp2(t2一t1)，整理得lnT-t1ln122-22-3×1000×4.01×1000/2T-t22122-102×1.56×10K=m/2pnπd0l·C=44π×0.025×2.学习帮手..专业整理.=728.72W/m2·℃由1=1d01250.00137,K0a0aidi8000ai20解得ai1002.2W/m2K由题意，两台换热器串联使用时，u,=2u;,u,)0.8ai1744.9W/m2Kai(u由11d01250.0084K0a0aidi80001744.920解得：K0,1188.5W/m2K由K0'2A0(t2t1)m2Cp(t2't1),lnTt1Tt21188.52ndlt2'221.5610310004.011000(t'22)0ln122222122t2't2'114.8℃在某列管式换热器中，用T=120℃的水蒸气饱和冷凝预热在管内流动的某种水溶液，水溶液的初始温度为20℃，在换热器使用的初期，测得溶液的出水口2温度为80℃，总传热系数为800W/(m.℃),在换热器使用一段时间后，由于列管内壁的结垢，造成水溶液的出口温度降低10℃。若不考虑物性参数随温度的变化及垢层对对流通截面的影响再若管壁很薄，管壁热阻可忽略。试求，热器使用一段时间后，列管内壁面的污垢热阻Rsi。【解】.学习帮手..专业整理.使用初期：Q=KAtm=mC(t-t1)p211d0R11RKa0a0aiaidi使用一段时间后：Q'K't'mt'2-t1QKtmt2-t1Tt112020t'2-t1t'mlnt'ln12070K'KT2800605.18W/m2℃t2-t1tmTt112020lnlnt212080TR11114.02104m2℃/WK'K605.2800讨论：此题是对于换热器污垢热阻的计算。新换热器经过一段时间的运转，由于污垢的产生，使总传热系数变小，水溶液出口温度降低，能够经过求K值将污垢热阻反算出来。一单管程列管式换热器，采用110℃的饱和水蒸气冷凝加热管内呈湍流流动的的某低粘度液体，管内液体的出入口温度分别是t1=80.0℃,t2=90.0℃，经测得管外冷凝传热系数为5000W/(m2℃)，管内对流系数为1500W/(m2.℃)。若将换热器由单管程改为双管程，其他条件不变。试求：（1）改造后换热器的总传热系数；（2）改造后管程流体的出口温度。(假定在操作温度范围内流体的物性参数为常数，管外冷凝传热系数不变，忽略管壁热阻及可能的污垢热阻)【解】（1）单管程时K01111154W/m2℃111a0ai50001500由单管程改造成双管程，则流速u’=2u由于管内湍流流动，ai0.023(diu)0.8Pr0.4di.学习帮手..专业整理.即aiu0.8:ai'=20.8ai1.7415002611.65W/m2℃K'01111111715.56W/(m2℃)a0ai50002611.65(2)QK0At2t1mcp(t2t1)(1)lnTt1Tt2Q'K'0At'2t1mcp(t'2t1)(2)lnTt1Tt'2得：(2)/(1)K'lnTt1ln110800=Tt'2110t'21715.561.478K0lnTt1ln110801154Tt211090解得：t'℃2=93.5讨论：本体察看双管程和单管程换热器的变换，可看出，由单管程改为双管程后，流速获得提高，总传热系数增大，被加热流体的出口温度高升，传热过程获得增强。在由68根直径Ф25mmx2.5mm，长为3m的钢管组成的列管式换热器中用饱和水蒸气加热工艺气体，工艺气体走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9℃，冷凝传热膜系数为423000kg/h，1x10W/（m·℃)左右。工艺气体的质量流量为进、出口温度分别为20℃和60℃，操作条件下的平均比热容均为2.1kJ/2(kg·℃),对流传热膜系数约为80W/（m·℃)。假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求:(1)加热空气需要的热量Q为多少?以管子表面面为基准的总传热系数K为多少?此换热器能否达成生产任务?【解】.学习帮手..专业整理.（1）Q=m2Cp2(t2-t1)=3000/3600x2.1x103x(60-20)=7x104W(2)K0111163.6W/(m2K)d025a0aidi1048020(3)tmt1t26020ln132.991.45℃lnt120t2132.960Q71042依据A需要=tm12.04mKaA供给=nd0l683.142由于A需要〈A供给，所以此换热器能够达成任务。以下列图，某焚烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和建筑砖三种资料砌成，各层资料的厚度和导热系数依次为b1=200nm，1=1.2W(mgK)；b2=250mm，2=0.153=200mm，3W(mgK)。若已知耐火砖内侧温度为℃，W(mgK)；b=0.85900绝热砖和建筑砖接触面上的温度为280℃。试求（1）各样资料以单位面积计的热阻；（2）焚烧炉热通量及导热总温差；（3）焚烧炉平壁中各资料层的温差散布。【解】（1）以单位面积计的热阻为.学习帮手..专业整理.b10.20.167K/W耐火砖：R11.211A1b20.251.67K/W绝热砖：R20.15