化工原理传热练习题(DOC).doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除传热概念：1、传热的三种基本方式2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热计算公式（1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例48）（2）流体在圆形管内作强制湍流流动时计算式（公式、条件），粘度对的影响。（3）实验测K (例49)（4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例410）二 实验题（10）1利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？2. 蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度

2、？3. 为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的a和S？为什么？换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？4阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。 （1分）当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用逆流操作。 （1分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。 （1分）采用折流或错

3、流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。 （1分） 2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。 （3分）一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。（3分）5灰体的定义及特点6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？ 三 计算题 （60分）3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为1.5kg/s，由80oC 被冷却至30oC。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温度为20oC，出口温度为50oC。已估算出苯侧和

4、水侧的对流传热系数分别为900W/(m2K)、1700W/(m2K)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若列管为252.5mm的钢管，长3米，其导热系数为45W/(m2K)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求：（1）所需换热器的列管数为多少？（2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，换热器的列管数又为多少？2. 解： (3分) 其中，=1.51.9103（80-30）=142.5（kW） (2分) =490.5W/(m2K) (3分) =18.2() (3分) 故 （根） (2分)（2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，则 W/(m2K) (2分)同理可得，=559.

5、1 W/(m2.K) (3分) 则 （根） (2分)2、（20分）用一传热面积为3m2（以外表面积为准），由F252.5mm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，其比热容分别为4.18kJ/(kgK)和2.0kJ/(kgK)，水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/(m2K)和250W/(m2K)，两侧可视为呈逆流流动，如不计算管壁及污垢热阻：（1） 试计算说明该换热器是否合用？（2） 夏天，水的初温达到30时，该换热器是否合用？（假设K不改变），如不合用，如何解决？ 四

6、。计算题：.（20分）解： （1） W （3分） 200 100 67.4 10 132.6 90 （3分） A= 2.77 m2 题给3 m2 , 合用. （3分）(2) 水初温30 200 100 87.4 30 （4） 112.6 70 （3分） A=3.37 m2 3 m2 不合用. 可增加换热面积,两台串联使用. （4分）4. （15分）某车间有一台运转中的单程列管换热器，热空气走管程，由120C降至80C，其对流传热系数a1=50 W/m2C。壳程的水被加热，水进口温度为15C，出口升至90C，其对流传热系数a2= 2000W/m2C。管壁热阻、壁厚及污垢热阻可不计，换热器系逆流操

7、作，水的流量为2700kg/h，平均比热为4.18kJ/kgK，试计算换热器的传热面积。解：（1） （10分）六（20分）逆流换热器中，用初温为20的水将1.25Kg/s的液体（比热为1.9KJ/(Kg),密度为850 Kg/ m3），由80冷却到30，换热器列管直径为252.5 mm，水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85和1.70 kw/(m2)，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50，求换热器的传热面积；换热器使用一段时间后，管壁两侧均有污垢生成，水侧污垢热阻Rsi=0.00026 m2/w，油侧污垢热阻Rs0=0.000176 m2/w，求此时基于管外表面的总传热系数K

8、0。产生污垢后热阻增加的百分数注：管壁导热系数为=45 w/(m) （3分） （3分） （3分） （3分）2 （5分）3 产生污垢后热阻增加百分数为： （3分）（20分）现有一列管式换热器，内有252.5 mm钢管300根，管的有效长度为2m，要求将8000Kg/h空气于管程内由20加热到85，采用108的饱和蒸汽于壳程冷凝加热，冷凝热在饱和温度下排出，蒸汽冷凝传热系数1104 w/(m2)，空气对流传热系数为90 w/(m2)，管壁及两侧污垢热阻可忽略，不计热损失，空气在平均温度下比热为1KJ/(Kg)。 1 求基于管外表面的总传热系数K0 2. 核算该换热器是否满足要求。2 用一段时间后管

9、内产生了污垢，使空气出口温度变为50，求此时管内污垢热阻。1 （3分）2 （3分） （3分） （2分） 所以，该换热器合用。（2分） 3 （2分） （2分） （1分） （2分） 3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为1.25kg/s，由80oC 被冷却至30oC。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温度为20oC，出口温度为50oC。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(m2K)、1700W/(m2K)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若列管为252.5mm的钢管，长3米，其导热系数为45W/(m2K)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求

10、：（1）传热速率为多少？（3）总传热系数K为多少？（2）所需换热器的列管数为多少？3解： 其中，=1.5*1.9*103*（80-30）=142.5（kW） =490.5W/(m2.K) =18.2() 故 （根）五、（20分）有一逆流套管换热器，由573.5mm与894.5mm钢管组成。甲醇在管内流动，流量为5000kg/h，由60冷却到30，甲醇侧的对流传热系数为1512W/m2，冷却水在环隙流过，入口温度20，出口温度35，忽略热损失、管壁及污垢热阻，且已知甲醇平均比热为2.6kJ/kg，定性温度下水的黏度为0.84cp，导热系数为0.61W/m2，比热为4.174kJ/kg，密度为10

11、00Kg/m3,冷却水在环隙中流动的对流传热系数可由下式计算：，求：1 冷却水用量。2 总传热系数K。3 所需套管长度。五、（20分）1 冷热流体均无相变，且无热损失，所以： （3分） （2分）2环隙当量直径： （2分） （2分）则 （2分） （3分）360 30 35 2025 10 （3分） （3分）六、(20分) 在一台新套管换热器中，冷却水在252.5mm的内管中流动，以冷凝环隙间的某饱和蒸汽。当冷却水的流速为0.4m/s和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200W/m2K和1700W/m2K。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/mK。水流速改变后可认为环隙间冷

12、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，水流速仍维持0.4m/s，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，试分析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。六、（20分）解：对于新换热器，可忽略污垢热阻，有其中冷却水流速为时 （1）（5分）流速为时 （2）（5分）（1）求水的流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数式(1)-式(2) ，得 （3分）（2）求管外蒸汽冷凝的对流传热系数将（1）的计算结果带入式(1)中，得 （3分）（3）操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/

13、s，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，其原因可能是污垢热阻造成的。根据时，Q也必定减小，而也会减小，从而也随之减小，所以即，蒸汽的冷凝量下降超过10%。 （4分）三、（20分，08考研）有一单程管壳式换热器，内装有252.5mm的钢管300根，管长为2m。要求将流量为8000kg/h的常压空气于管程由20加热到85，壳方选用108的饱和蒸汽冷凝。若蒸汽侧冷凝的对流传热系数为1104W/(m2.)，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。空气在平均温度下的物性常数为cp=1kJ/(kg.)，2.85102W/(m.)，1.9810-5Pa.s。 试求：（1）空气在管内的对流传热系数；（2）换热器的

14、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哪一侧的流体温度。三、（20分，05考研）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1104W/(m2),换热管内侧污垢热阻为410-4m2/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为542mm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；（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温

15、度为若干？三、（20分，06考研）一列管式换热器，管径为25mm2.5mm，传热面积为10m2（按管外径计）。今拟用于使80的饱和苯蒸气冷凝、冷却到50。苯走管外，流量为1.25kg/s；冷却水走管内与苯逆流，流量为6kg/s，进口温度为10。现已估算出苯冷凝、冷却时的对流传热系数分别为1600W/(m2K)和850 W/(m2K)；水的对流传热系数为2500W/(m2K)。忽略管壁两侧污垢热阻和管壁热阻。已知水和苯（液体）的比热容分别为4.18103J/(kgK)和1.76103J/(kgK)，苯蒸气在80的冷凝潜热为395103J/kg。问此换热器是否合用？三、（20分，07考研）有一套管

16、换热器，某流体走壳程，水走管程，逆流换热。工艺上要求将流量为870kg/h的此流体从120冷却至70，其比热容为3.36 kJ/(kg)，它对管壁的对流传热系数为2326W/(m2)，并可视为不变。已知内管为573.5mm的钢管，水的进口温度为20。此换热器刚投入使用时很清洁，当流体出口温度为70时，测得水出口温度为50，管壁对水的对流传热系数为873 W/(m2) ，水的比热容为4.174 kJ/(kg)，水的密度为994 kg/m3。由于冷却水的水质问题，管内壁结垢，使用一年后致使水的出口温度降为45。管壁热阻及外壁污垢热阻可忽略不计，且管内外对流传热系数可视为不变。试求：（1）新工况（结

17、垢后）时的热流体出口温度；（2）该换热器面积；（3）新工况时的内壁污垢热阻系数。解：（1）（8分）从已知条件看，不能从冷热流体的热量衡算中求出t2，可考虑联合热量衡算方程和传热速率方程来求取t2。联立冷流体的热量衡算方程和传热速率方程： （2分）因所以将T=110，t1=25及上述条件代入得：解出：t2=52.28。 （2分）（2）（6分）忽略管壁热阻，所以管壁内外温度可认为相同。整个传热过程为管壁内外侧对流传热的串联：（2分）其中的t为水的平均温度t=(t1+t2)/2=(25+52.28)/2=38.64，所以（2分）将T=110，t=38.64，o=1.1104W/(m2.)，i=1000W/(m2.)，di=20mm，do=25mm代入上式：解得：tw=105.16，接近管外侧蒸汽的温度。（2分）（3）（6分）此时的冷水出口温度为t2=t2-5=52.28-5=47.28，依照第一问的同样步骤得到：变换为： （2分）将WCCpc=14513.9W/、S=7.536m2、T=110、t1=25、t2=47.28代入上式得：K=585.43 W/(m2.) （2分）又因为水侧出现污垢，将影响总传热系数：所以m （2分）【精品文档】第 9 页