1、1 .鍋爐鋼板壁厚61=20mm,其導熱系數(shù)兒=46.5W/mK0假設粘附在鍋爐內(nèi)壁上的水垢層厚度為62=1mm,其導熱系數(shù)=1.162W/m.K.鍋爐鋼板外外表溫度為t1=523K,水垢內(nèi)外表溫度為t3=473K,求鍋爐每平方米外表積的傳熱速率,并求鋼板內(nèi)外表的溫度t2.原題1解：該題為圓筒壁的熱傳導問題,如果設鍋爐的半徑為r,那么r1=r+0.02,r2=r,3=r0.001,根據(jù)題意,可以得到1球2%3,所以Sm1也Sm2由圓筒壁的導熱速率方程:t1-tn1biiSmi其中,t產(chǎn)523K,t3-473K,-1=46.5W/mK,2=1.162W/mK,b10.02m,b2=0.001m,

2、Sm1上Sm2=St1-t3523-473b1.匹0.020.0011-246.51.162W/m2=3.874W/m2根據(jù)圓筒壁的導熱速率方程：Q=bibiqbi可以得到：t2=ti-q,iSmi11Sm1=523-3.8740.002=506.3(K)46.52 .在一小60x3.5mm的鋼管外包有兩層絕熱材料,里層為40mm的氧化鎂粉,平均導熱系數(shù)九=0.07W/mC；外層為20mm的石棉層,平均導熱系數(shù)九=0.15W/mC.現(xiàn)用熱電偶測得管內(nèi)壁溫度為500C,最外層外表溫度為80Co鋼管的平均導熱系數(shù)九=45W/m,試求每米管長的熱損失及兩層保溫層界面的溫度.原題2解：根據(jù)圓筒壁的熱傳

3、導傳熱速率計算公式：式中：ti=500C,t4=80C,ri=60/2-3.5=26.5(mm),r2=60/2=30(mm),r3=30+40=70(mm),r4=70+20=90(mm),bi=3.5mm,b2=40mm,b3=30mm,九=45W/(m-C),；2=0.07W/(mC),a=0.15W/(mC).所以每米管長的熱損失為：t1-t4bb2b3'1rm1-2rm2'3rm3二27tt3-t4t>3,3rm3所以t3=t4+Qxb3=80+191.6m20=130.8(C)L2管3rm323.1420.15803 .有一列管式換熱器,由38根425X2.5

4、mm的無縫鋼管組成,苯在管程流動,由20c加熱到80C,苯的流量為10.2kg/s,飽和蒸汽在殼程冷凝.試求：1管壁對苯的對流傳熱系數(shù)？2假設苯的流量提升一倍,對流傳熱系數(shù)將有何變化？原題4解：1苯的定性溫度約出0=50C,此狀況下的物性為：2N=0.45mPas,P=860kg/m3,Cp=1.80kJ/kgC,九=0.14W/m,C根據(jù)公式：=0.023Re0.8Pr0.4didi=0.020m,Re0.0201.08600.4510“=38222(湍流)12苯的流量增加1倍后,4 .苯流過一套管換熱器的環(huán)隙,自20c升高至80C,該換熱器的內(nèi)管規(guī)格為小19mmx2.5mm,外管規(guī)格為小3

5、8mmx3mm.苯的流量為1800kg/h,求苯對內(nèi)管壁的對流傳熱系數(shù).解：苯的定性溫度2080=50C,此狀況下的物性為:,3N=0.45mPa.s,P=860kg/m,Cp=1.80kJ/kg,C,九=0.14W/m,C苯的流速為:套管的當量直徑為:流體的雷諾數(shù)為:0.0131.12860一出自、3-=27826湍流0.4510由此可得對流傳熱系數(shù)為:與書上答案1794W/(m2路有不同.5 .常壓下溫度為120c的甲烷以10m/s的平均速度在管殼式換熱器的管間沿軸向流動.離開換熱器時甲烷溫度為30C,換熱器外殼內(nèi)徑為190mm,管束由37根小19mmx2mm的鋼管組成,試求甲烷對管壁的對

6、流傳熱系數(shù).,12030解：甲烷的平均溫度=75C,此狀況下的物性為2N=0.012mPas,P=0.562kg/m3,Cp=2.48kJ/kgC,九=0.04W/m,C列管換熱器的當量直徑為:流體的雷諾數(shù)為:Re二deu:0.02547100.562_30.01210=11928湍流由此可得甲烷對管的對流傳熱系數(shù)為:6,溫度為90c的甲苯以1500kg/h的流量通過蛇管而被冷卻至30C.蛇管的直徑為小57mmx3.5mm,彎曲半徑為、9030解：甲苯的平均溫度一=60C,0.6m,試求甲苯對蛇管的對流傳熱系數(shù).此狀況下的物性為:0=0.3864mPas,8=831.8kg/m3,cp=1.8

7、53kJ/kgC,九=0.1238W/m-C流體的流速為：流體的雷諾數(shù)為：duP0.050.255831.8Re=3一=27447湍流0.386410多湍流時甲苯對直管的對流傳熱系數(shù)為：過渡流的校正系數(shù)：圓形彎管的校正系數(shù)為：甲苯對蛇管的對流傳熱系數(shù)為：77.120C的飽和水蒸氣在一根425M2.5mm、長1m的管外冷凝,管外壁溫度為80Co分別求該管垂直和水平放置時的蒸氣冷凝傳熱系數(shù).解：1當管垂直放置時,冷凝傳熱系數(shù)的計算方法取決于冷凝液在管外沿壁面向下流動時的流動型態(tài).采用試差法,假定冷凝液為層流流動,那么：12080放膜溫度為二100C,該溫度下水的物性為R=0.283mPas,2P=

8、958.4kg/m3,九=0.683W/m、C冷凝溫度為120C,此溫度下水的相變始為：r=2205.2kJ/kg.所以可以計算根據(jù)此計算結果校核冷凝液膜的流動是否為層流.冷凝液膜流動雷諾數(shù)為：_d°uP_doG_4S/叼okm/S4Q/r叼.4u垂直nd°l&Q/Ed._4a垂直lte''''JH代入相關數(shù)據(jù)后可以求得層流假定成立,以上計算有效.2當管水平放置時,直接用如下公式計算蒸汽冷凝傳熱系數(shù):88.實驗室內(nèi)有一高為1m,寬為0.5m的鑄鐵爐門,其外表溫度為600C,室溫為20C.試計算每小時通過爐門輻射而散失的熱量.如果在爐門

9、前50mm處放置一塊同等大小同樣材料的平板作為隔熱板,那么散熱量為多少？如果將隔熱板更換為同等大小材料為已經(jīng)氧化了的鋁板,那么散熱量有何變化？解：1不加隔熱板時,鑄鐵爐門被四壁所包圍,鑄鐵黑度為=0.78,Cu=&Co,角系數(shù)Qn=1,根據(jù)2加隔熱板后,輻射傳熱過程可以表示為：爐門1一隔熱板3一墻壁2.爐門輻射散熱量就是它對隔熱板的輻射傳熱量1V:爐門與隔熱板相距很近,其輻射可以看作是在兩極大的平面間進行,于是：C12=C=5.669=3.62,其角系數(shù)中央=1.1 1_1,一1；1；30.780.78隔熱板對周圍墻壁的輻射傳熱量3隹：其中C3'=£3co=0.78x

10、5.669=4.42,我,=1.過程到達穩(wěn)態(tài)時,Q1J3=Q3工將數(shù)據(jù)代入上述公式,可以得到求出T3=718.39K=443.24C所以熱損失為：3如果將隔熱板換為氧化的鋁板,其黑度為名3=0.15,那么有可以仿照2的公式求取隔熱板溫度,然后計算熱損失,也可以利用以下公式直接求取：9.現(xiàn)測定一傳熱面積為2m2的列管式換熱器的總傳熱系數(shù)K值.熱水走管程,測得其流量為1500kg/h,進口溫度為80C,出口溫度為50C；冷水走殼程,測得進口溫度為15C,出口溫度為30C,逆流流動,試計算該換熱器的K值(原題6解：換熱溫差：熱負荷為：所以換熱器的總傳熱系數(shù):1010.熱氣體在套管式換熱器中用冷卻水冷

11、卻,內(nèi)管為425x2.5m的鋼管,冷水在管內(nèi)湍流流動,對流傳熱系數(shù)為2000W/(m2?K)0熱氣在套管環(huán)隙湍流流動,對流傳熱系數(shù)為50W/(m2?K).鋼的導熱系數(shù)為45.4W/(m?K).試計算：(1)管壁熱阻占總阻力的百分數(shù)；(2)冷水流速提升一倍,那么總傳熱系數(shù)有何變化？(3)氣體流速提升一倍,那么總傳熱系數(shù)有何變化？(原題8)解：(1)根據(jù)題意管壁熱阻占總阻力的百分數(shù)：(2)冷水流速提升1倍后,管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)變?yōu)椋嚎倐鳠嵯禂?shù)為：(3)氣體流速提升1倍后,管外的對流傳熱系數(shù)變?yōu)椋嚎倐鳠嵯禂?shù)為：1111 .實驗測定管殼式換熱器的總傳熱系數(shù)時,水在換熱器的列管內(nèi)作湍流流動,管外為飽和水

12、蒸汽冷凝.列管由直徑為425x2.5mm的鋼管組成.當水的流速為1m/s時,測得基于管外外表積的總傳熱系數(shù)Ko為2115W/(m2C)；假設其它條件不變,而水的速度變?yōu)?.5m/s時,測得Ko為2660W/(m2：C).試求蒸汽冷凝傳熱系數(shù).假設污垢熱阻可以忽略不計.解：設水流速為1m/s時,叫用1M1.0表示,K用K1.0表示；速度為1.5m/s時,口i用%.5表示,K用K1.5表示.由總傳熱系數(shù)的計算式可以得至IJ:兩式相減,可以得至IJ:11_do111K1.0K15di.-1.01.5其中,K1.0=2115W/(m2-C),K1.5=2660W/(m2：C),do=25mm,di=2

13、0mm.1-l1.0-1.5dir11x20r11、2=-=-1=7.76父10(mdo<K1.0K15,25<21152660)C)/W根據(jù)流體在圓形直管內(nèi)做湍流時的對流傳熱系數(shù)關系式,可以得到:由以上兩個式子可以求得2c2c0tl.0=3569W/(m2-C),0tl.5=4936W/(m2C)o,_一11debde1一.2根據(jù)=°+-+一,其中Kio=2115W/(m-C),d.=25mm,K1.0：-1.odidm:,o2.di=20mm,dm=22.5mm,b=2.5mm,爛45W/(mC),«1.0=3569W/(mC).可以求得%=15900W/(

14、m2C1212 .某套管式換熱器用于機油和原油的換熱.原油在套管環(huán)隙流動,進口溫度為120C,出口溫度上升到160C；機油在內(nèi)管流動,進口溫度為245C,出口溫度下降到175Co(1)試分別計算并流和逆流時的平均溫度差；(2)假設機油質(zhì)量流量為0.5kg/s,比熱為3kJ/(kg?C),并流和逆流時的總傳熱系數(shù)K均為100W/(m2?K),求單位時間內(nèi)傳過相同熱量分別所需要的傳熱面積.(原題5)解：(1)逆流時：并流時：(2)逆流時換熱面積：并流時換熱面積:1313.某列管換熱器由多根小25X2.5mm的鋼管組成,將流量為15噸/小時的苯由20c加熱到55C,苯在管中流速為0.5m/s,加熱劑

15、為130c的飽和水蒸氣在管外冷凝,其汽化潛熱為2178kJ/kg,苯的比熱Cp=1.76kJ/(kg?K),密度p=858kg/m3,粘度p=0.52M0-3Pa?s,導熱系數(shù)入=0.148W/(m?K)熱損失、管壁及污垢熱阻均忽略不計,蒸汽冷凝的of104W/(m2?K).試求：(1)水蒸氣用量(kg/h);(2)傳熱系數(shù)K(以管外外表積為基準)；(3)換熱器所需管數(shù)n及單根管長度L解：(1)加熱冷流體苯所需要的熱量水蒸汽用量：(2)流體在管內(nèi)強制湍流傳熱系數(shù)苯的平均溫度曳上20=37.5C,此狀況下的物性為：2N=0.52mPas,P=858kg/m3,Cp=1.76kJ/(kg'

16、C),>“=0.148W/(mC)帶入叫表達式有：(3)由于所以可以求得n=31換熱面積：S0=QKoAm又So=nid°l1414.在一套管式換熱器中用水逆流冷卻熱油,換熱器的傳熱面積為3.5m2.冷卻水走管內(nèi),流量為5000kg/h,流動為強制湍流,入口溫度為20C；熱油走套管環(huán)隙,流量為3800kg/h,入口溫度為80C,其比熱Cp=2.45kJ/(kg?K)0已知兩流體的對流傳熱系數(shù)均為2000W/(m2K管壁厚度、管壁熱阻、污垢熱阻均可以忽略.試計算冷熱流體的出口溫度.如果由于工藝改良,熱油的出口溫度需要限制在35c以下,當通過提升冷卻水流量的方法來實現(xiàn)時,冷卻水的流

17、量應限制為多少？解：(1)原工況下:以上兩式整理化簡后可以得到:此題中,ti=20C,Ti=80C,Wh=3800kg/h,Wc=5000kg/h,cph=2.45kJ/(kg?K),cpc=4.18kJ/(kg?K),38002.45二0.445550004.18所以上8T2-t1二expKSWhCph1WhCph-WcCpc=exp1000M3.5%c/6d(1-0.4455)38003x2.45父10<3600,=2.12又WcCpct2-t1=WhCph-T2聯(lián)立上述兩式,可以求得T2=39.9C,t2=37.8C(2)在新工況下,聯(lián)立上述方程式,試差求解得到Wc=7135kg/

18、h1515.某列管換熱器由多根(|)25X2.5mm的鋼管組成,管束的有效長度為3.0m.通過管程的流體冷凝殼程流量為5000kg/h、溫度為75c的飽和有機蒸汽,蒸汽的冷凝潛熱為310kJ/kg,蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù)為800W/(m2?K).冷卻劑在管內(nèi)的流速為0.7m/s,溫度由20c升高到50C,其比熱為Cp=2.5kJ/(kgK),密度為尸860kg/m3,對流傳熱系數(shù)為2500W/(m2?K).蒸汽側污垢熱阻和管壁熱阻忽略不計,冷卻劑側的污垢熱阻為0.00055m2?K/W.試計算該換熱器的傳熱面積并確定該換熱器中換熱管的總根數(shù)及管程數(shù).解：有機蒸汽冷凝放熱量：傳熱溫差總傳熱系數(shù)：

19、所需的換熱面積：冷卻劑用量：每程換熱管的數(shù)目:管程數(shù)為：取管程數(shù)為4總管數(shù)目：門總=nMN=30父4=1201616.在一臺管殼式換熱器中,殼方120c的水蒸汽冷凝將一定流量的空氣由20c加熱到80C,空氣的對流傳熱系數(shù)“i=l00W/m2?C.換熱器由425M2.5mm,L=6m的100根鋼管組成.現(xiàn)由于工藝需要,空氣流量增加50%,要維持對空氣的加熱要求,有人建議采用如下四種舉措：1將管方改為雙程,2增加管長到8m,3將管束改為ei9x2mm的規(guī)格,4將蒸汽溫度提升到124C.蒸汽的量足夠,試通過定量計算,必要時作合理簡化,說明上述舉措能否滿足需要.解：原工況下：So=n:dol=1003

20、.1420.0256m2-47.12m2流量增加40%后：Q'=Qx1.4=271.5M1.4kW=380.1kW舉措之一：將管方改為雙程：傳熱系數(shù)換熱面積與傳熱溫差不變,所以熱負荷：Q'-KoSo：tm-200.547.1265.48W=618.8kW380.1kW,故滿足要求.舉措之二：增加換熱管長：傳熱系數(shù)l'822換熱面積So=So=47.12m-62.83ml6傳熱溫差不變,所以熱負荷：Q'=KoSo：tm=115.262.8365.48W-473.9kW380.1kW,故滿足要求.舉措之三：改為19父2mm的換熱管：對流傳熱系數(shù),流量不變的情況下,改

21、變管徑,對流傳熱系數(shù)與管徑的-1.8次方成正比,再考慮改變流量的情形,所以有：di1522傳熱系數(shù)：Ko=%-L=241.6MW/mC=190.7W/mCdo19換熱面積：S；=n：dol=1003.1420.0196m2-35.81m2熱負荷:Q'=KoSo.：tm=190.735,8165.48W=447.4kW.380.1kW,故滿足要求.舉措之四：提升蒸汽溫度:T-ti,120-20八KoSo所以In=In=0.9163=T-t2120-80WcCpc可以求得Ts=124.3C,此時蒸汽壓力為230kPa注：無論是何種舉措,蒸汽流量需要增加40%,滿足熱量衡算的要求.所以1滿足

22、2滿足3滿足4不滿足.17.一列管換熱器管徑.25X2.5mmmm,傳熱面積12m2按管外徑計,下同.今擬使80c的飽和苯蒸汽冷凝、冷卻到45Co苯走管外,流量為1kg/s；冷卻水走管內(nèi)與苯逆流,其進口溫度為10C,流量為5kg/so已估算出苯冷凝、冷卻時的對流傳熱系數(shù)分別為1500W/m2KX870W/m2K;水的對流傳熱系數(shù)為2400W/m2K取水側的污垢熱阻為0.26M0-3m2K/W,并忽略苯側的污垢熱阻及管壁熱阻.問此換熱器是否可用？水、液體苯的比熱分別為4.18kJ/kgKy1.76kJ/kg,K；苯蒸汽的冷凝潛熱r=395kJ/kg.(原題11)解：欲求換熱器是否可用,可計算該換熱器的傳熱面積是否夠用.苯在管外發(fā)生冷凝、冷卻,所以換熱過程可以分成兩個過程.1在冷卻過程中,管外流體為80c的苯液體冷卻到出口溫度45C,而管內(nèi)的冷卻水從入口溫度10c加熱到一定的溫度,設