各大名牌高校化工原理考研真题传热3

各大名牌高校化工原理考研真题之传热3各大名牌高校化工原理考研真题之传热311/11各大名牌高校化工原理考研真题之传热32【大连理工大学，2003，四】有一单管程列管换热器，传热面积为40m(按表面面积计)，共有25mm2.5mm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。实质测得石油产品的进、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=995kg/m3粘度=0.810-3Pas比热Cp=4.17kJ/(kgK)导热系数=0.618W/(mK)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高升，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℃，估计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：Qm2Cp2(t2t1)m1Cp1(T1T2)解得m250136kg/h13.93kg/s2、由1得，QKAtm1Cp1(T1T2)8.71105(T1t2)(T2t1)36.1CtlnT1t2T2t1解得K603.2W/m2K3、流速uV13.93/9950.52m/sdi20.02286n44diu0.020.52995Re0.810312935Cp4.170.8Pr5.40.618i0.023Re0.8Pr0.4di0.0230.618129350.85.40.40.022716.8W/m2K由11do得KOOidi834.9W/m2K4、(T1t2')(T2t1)t'T1t2'38.04ClnT2t1由QKAtm1Cp1(T1T2)得K'572.42W/m2KRso118.9105m2K/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25mm2.5mm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=0.610-3Pas，比定压热Cp=4.1kJ/(kgK)，热导率=0.66W/(mK)。整齐侧表面传热系数h0=1.1104W/(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）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），在其他条件相同情况下，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uV25000/3600/10000.395m/sdi20.022n4564diu0.020.39510004Re0.610313164＞10Cp4.10.6Pr3.720.66i0.023Re0.8Pr0.4di0.0230.66131640.83.720.40.022534.9W/m2K11do得KOOidiKO1712.3W/m2K2、KAtmKndolt1t2mCpt2t1t1lnt2解得K10596W/m2K3、双管程后流速变为原来的2倍，则i'20.8i4413.5W/m2KKAtm'mCpt2't1解得t2'37.1C【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，但其出入口温度欲保持不变，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：QKAtmm2Cp2(t2t1)整理得，m2lnT't1T't2m2'lnTt1Tt2解得T'74.6Cm'T'mT

100%56.1%【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，可将必然量的冷水从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（以原工况的相比较值表示）？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QKAtmQ'tm'Qtm1.02【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α

21=1000W/m·K，甲苯的对流给热系数为α

22=800W/m·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m'1.5m流速u'1.5u0.8i0.023didiuPr0.4i'1.50.8i由QmCp(t2t1)KoAtm可得，tm'1.50.21.08tm【华东理工大学，2001，二】一列管式换热器，内有19mm2mm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，入口温度t1=15℃,3流量为21m/h。试求：（1）蒸汽冷凝量为多少？冷却水的出口温度为多少？2）夏时节，冷却水入口温度为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=1mPas,密度=1000kg/m3，导热系数=0.6W/(mK)，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uV21/36001.0m/sdi20.015233n44Rediu0.0151.010001.5104＞1041.0103PrCp41801.01036.970.6i0.023diRe0.8Pr0.44384.84W/m2K由Qm2Cp2(t2t1)KoAtm得Tt1m2Cp2lnt2indlT整理解得t283.1CQm2Cp2(t2t1)m1解得m1138.4kg/s（2）由Qm2Cp2(t2t1')m1'得m1'118.1kg/s【华东理工大学，2003，六】一管壳式换热器由38根25mm2.5mm，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2系数为10000W/m℃，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21090W/m℃。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，甲苯的办理量增加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Qm2Cp2(t2t1)KoAtm得lnTt1m2Cp2Tt2indl整理解得t294.6C（2）u'1.5ui'1.50.8i1507.6W/(m2C)Tt1m2Cp2lnt2indlT整理解得t2'83.1C2【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27mm3.5mm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，以湍流方式经过管内。（1）若两台换热器并联使用，经过每台换热器的空气流量均等。此时空气的对2流传热系数38W/（m·℃），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通使用，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，Ai,并2Ai；传热过程的控制热阻在空气侧，则Kii；T由，t1t2列式得，QKiAi,并(t2t1)lnTmCp(t2t1)t1Tt2代数计算获取，t293.78℃由Qm水mCp(t2t1)得，m水

mCp(t2

t1)

0.078kg/s

279.46kg/h（2）由题意，两台换热器串通联使用时，u'2u；Ki'i'(u')0.8i66.16W/(m2K)u由QK'2A(t2't1)mCpt('t)得，iiTt121lnTt2't2121.43℃由Qm水'mCp(t2't1)得，m水

mCp(t2't1)

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25mm1mm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，管长不能够高出2.5m，换热器如何设置？（注：水的物性参数=991kg/m3，=0.638W/(mK)，=0.623103Pas，Pr=4.18）解：（1）由题意Rediu10975.8i0.023Re0.8Pr0.41930.37W/m2KdiK11do261.2W/m2Kdoodmiditm62.44C由Qm1KAtm解得A6.73m2（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，设空气作完好湍流，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，diu0.8i0.023diPr0.4即Tt1'lnt2整理得TlnTt1Tt2'解得t2'60.9C

u'2uiu0.8【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，测得基于内管表面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。水流速改变后能够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，水流速仍保持0.4m/s，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，试解析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量可否也下降10%。解：（1）由题意K1do1oidi得11dodoKK'idii'diu'0.8i'iu整理得2171.7W/m2K1（2）由K解得1dooidi3879.8W/m2K3）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25mm2.5mm，长3m的钢管所组成，乙醇水溶液办理量为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420.42W/（m·℃），水蒸气的冷凝传热系数为10W/（m·℃），在操作条件下，垢层热阻和热损失可忽略不计，试确定：1）此换热器可否完成任务？2）若乙醇水溶液办理量增加20%，在溶液入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）tm74.13Cu

V

36000/3600/8800.40m/s2ndi4

20.02904CpPr11.5i0.023Re0.8Pr0.41327.2W/m2KdiK1do906.2W/m2K1doodmidi由Qm2Cp2(t2t1)KAtm得A32.9m2A实质2ndol42.39m2故能够完成任务。（2）i'1.20.8iK'11do1038W/m2Kdoodmi'di由Qm2Cp2(t2't1)KAtm'整理得K'Am2'Cp2lnTt1Tt2'解得t2'35C2【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57mm3.5mm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）方式经过管内。（1）若两台换热器并联使用，经过每台换热器的空气流量均等，此时空气的对2流给热系数为38W/（m·K），求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量W0为多少（以kg/h表示）？2）若两台换热器串通使用，求空气的出口温度t2’及水蒸气的总冷凝量W0’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，Cp=1KJ/（kg·K），忽略热损失。解