传热习题课计算题.docx
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1500kgh,进口温度为80,出口温度为50；冷水走壳程，测得进口温度为15,出口温度为30,逆流流淌。（取水的比热Cp=418xl03jkg）解：换热器的传热量：Q = qmcp（T2-T） = 15003600×4.18×103×（8050）=52.25kW传热温度差 tm；热流体80 50冷流体30 155035 tj=50, （2=35r2 35传热温度差可用算数平均值: + 950 + 35=42.5。AMm 2 × 42.5u2、一列管换热器，由6 25x2mm的126根不锈钢管组成。平均比热为4187JkgC的某溶液在管内作湍流流淌，其流量为15000kgh,并由20加热到80,温度为110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四为520Wm2C,蒸汽对管壁的传热系数o为1.16xl04Wm2C,不锈钢管的导热系数=i7Wm°C,忽视垢层热阻和热损失。试求：（1）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）（2）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为126根）（总传热系数：以管平均面积为基准，1 = 1.<+ + ±A) % 4 % 4 d°解：(1)传热量：Q = qmCp(t2-tl)=150003600×4187×(80-20) 1.05×106W总传热系数：(以管平均面积为基准)11 dm b 1 dm 11 23 0.002123II1 IIII-+卜- = 卜1K i di a0 d0 K 520 21171.16 × 104 25解得：K=434.19Wm2°C对数平均温差：11011020-80 t 90 t2 30t | t9t =!lntl t1 r 490-30 In 90/30I= 54.61 传热面积:Q=KAntna Q 1.05 ×1062Am = 44.28rrKtn 434.19x54.61Am = ndmL5 列管长度：L =An44.28nd m 126 × 3.14 × 0.023 4.87 m（2）管程为4程时，只是白变大：强制湍流时：ai=0.023 （d） Re08Pr4, u变大，Re=dup变大4程A，=14A （单程），贝。4程时 =4u （单程）有 a； （4程）=4。烟（单程）=4o×520=157634Wm24程时:1 db1 /11ai di ao d01123 0.002一 =+K'157634 21171231.16 × 104 25A,K'=1121.57 Wm2°C些工= 17.14加Ktt 112L57×54.61m4程列管长：L,A,17.14ndm 126 × 3.14 × 0.023 1.88/73、有一列管式换热器，装有 25x2.5mm钢管320根，其管长为2m,要求将质量为8000kgh的常压空气于管程由20C加热到85,选用108C饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热膜系数为lxl（）4Wm2K,管壁及两侧污垢热阻均忽视不计，而且不计热损失,已知空气在平均温度下的物性常数:=2.85xlO2wmK,=L98xlO-5Nsm2,Cp=lkJkgK,Pr=0.7o试求：(1)(2)(3)(4)空气在管内的对流传热系数；求换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）；通过计算说明该换热器能否满意要求；计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度o解：（1）空气在管内流速：u = - %-d1 ×n4P /ar ×n4800026二 22.12-；× (0.02)2 × 320/? P0.02 × 22.12-pRe = =J = 22343.43 > 104u 1.98×1050.6< Pr=0.7 < 160ld=20.02=100>50传热系数3 = 0.023 3 Re0-8 Pr042 25 × 102=0.023 × -x 22343.43o,8 × 0.7° 4 =85.68Wm2K0.02（2）总传热系数（以管外径为基准）：1 d+4 4=5r + 解得：K=68.08Wm2KK l×104 85.68 20(3)传热量：。=KAtm = qmcp(t2 - tx)实际所需传热面积：A =二G10820予108 t =88 t2=23÷8548.44 .tl-t2, 88-23m m88t223名” X 1.0 X 1()3 (85-20)A = -22= 43.80m268.08 × 48.44该换热器所能供应传热面积A ： N = ndl = 320×3.14×0.025×2 = 50.24m2有：AV A该换热器能满意要求。(4) Q=KA tm=68.08×43.80×48.44= 1.44× 105WQ = atA(T-Tw)sc 1.44×105，八r r,= 108 107.71 l×104× 50.24A2=320×3.14×0.02×2=40.19m2 94.32 20 + 851.44×1051285.68x40.19所以：壁温接近于蒸汽流体一侧（或者说接近大的一侧流体温度）4、用110的饱和水蒸汽将流量为35m3h的某稀溶液在双程列管换热器中从75C加热至90o若每程有直径为625x2.5mm的管子30根，且以管外表面积为基准的传热系数K=2800Wm2.oC,蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽视不计。试求：（1）换热器所需的管长；当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为00008m2CW,若维持溶液的原流量及进口温度不变，其出口温度为多少？又若必需保证溶液原出口温度，可采纳什么措施？注：溶液的密度及比热与水近似：p=1000kgm35 cp=4.2kJkg°Co解：(1) 110>11075903520tint t nlnt1 t235-20In 35/20=26.80（或加mf ÷ 20 ÷ 35=27.5 )Q = g("G = 3gr) = 35× 黑 x42g(90-75) = 63x109传热面积:Ktn6125 ×1° = 8.16m22800 × 26.80A = nd (2L)L=A (2nd) =8.16/ (2×30×0.025) =1.7m11dn 11dn(2)= R1 = + R1 =l2800+2520×0.00008KzKdi1 KzKdi所以： f=2188Wm2C11011075b350-t2Q = K,Atm=-J =2188x8.16 X35-(110-t2)ln(35110-t2)解得:t288C35x10003600×4.2×103(t2-75)措施：（1）提高加热蒸汽温度（调整蒸汽的压力）；（2）清除污垢。5、热空气在 25x2.5mm的钢管外流过，对流给热系数为SOW/nP.K,冷却水在管内流过,对流给热系数为1000Wm2.K,已知钢管的导热系数=45Wn K,水侧污垢热阻/?s7. =0.58×10-3m2W,热空气侧污垢热阻尺=0.5x10-3/.K/w。试求:传热系数；若管内对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化?若管外对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化?解：已知 a ° = 50W (m2 K),% =1000W (m2 K)K ao÷÷a-dn 4=+ 0.5×103502,5×103×2545×22.52 25+ 0.58×10-3×-+20251000 ×20=0.02 + 0.05 + 0.0062+ 0.000725+0. 125=0.0225m2 CWK = 44AW(m2K)=+ 0.5×103 +502.5×103×2545×22.5(2)若管内对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即7S?S+ 0.58 × 103 ×-+-20 2×1000 ×20解得：K' = 45.6W(.K)传热系数提高：史 J00% = Z7%若管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即+ r + 也+&g+4以 s,di aldi12×50+ 0.5x1072.5×103×25+45×22.5 co i-3 2525+ 0.58 × I0 120 1000 ×20解得：K" = 798W(zK)传热系数提高:79 8-444-× 100% = 79.7%44.46、在讨论污垢对传热的影响时，采纳28xlmm的铜管，水在管内流淌，水蒸汽在管外冷凝。在很宽的水的流速范围内,对清洁管和污垢管传热系数K可用如下方程表示:：二 ().()()()2()+1/(5()()/8)清洁管« 0.00070+1(500w08)污垢管式中K一传热系数， kcal! nr -/?u水的流速，misa = /储，一水的对流传热系数，kcal!m2 zoC试求污垢热阻和蒸汽冷凝传热系数。已知：铜的导热系数4 = 330h4m2.zz.oc0解：因铜管管壁很薄，内外管径比值近似为L则传热系数K的表达式为：J + Y + R-+ai a2 ax 1a2由题给条件：对清洁管热阻R=0,因此阅历式中的0.00020应是管壁及蒸汽冷凝传热热阻，即：-=oooo2° a2故两方程相减得污垢热阻：R = 0.00050m2 -/kcal管壁热阻：-= O.OOOOO3n2 . h-oCkcal,可以忽视不计 330=0.00020a2故蒸汽冷凝传热系数=1 9=5000m2 zoC0.000207、某厂只能用120C饱和水蒸汽，通过625x2.5mm、长3m的单管程列管式换热器，将列管内的17.2m3h水溶液从20加热到75,冷凝水于饱和温度下排出。已知管侧水溶液,=2500W病.,
