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1、1、现测定一传热面积为2m 2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 1500kg/h，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，逆流流动。（取水的比热cp=4.18 10 3J/kg K） 解：换热器的传热量： Qqmcp(T2T1) 1500/3600 4.18 103 (8050)=52.25kW 传热温度差 tm： 热流体80 50 冷流体30 15 t1=50，t2=35 2 35 50 2 1 t t 传热温度差 tm可用算数平均值： 5.42 2 3550 2 21 tt tm 2 3 /615 5.422
2、1025.52 mW tA Q K m 2、一列管换热器，由 25 2mm的126根不锈钢管组成。平均比热为4187J/kg 的某 溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，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i为520W/m2 ，蒸汽对管壁的 传热系数 0为1.16 10 4W/m2 ，不锈钢管的导热系数 17W/m ，忽略垢层热阻和热损 失。 试求：管程为单程时的列管长度（有效长度） （总传热系数：以管平均面积为基准， 00 111 d db d d K m i m i ） 解：传热量： Qqmcp(t2t1) 15000
3、/3600 4187 (8020) 1.05 10 6W 总传热系数：（以管平均面积为基准） 11111 520 23 21 0002 17 1 11610 23 25 00 4 K d d bd dK i m i m . . 解得： K434.19W/m 2 对数平均温差：110110 2080 t1=90 t2=30 t tt tt m 12 12 9030 90 30 54 61 lnln . 传热面积： QKAt mm A Q K t m m m 10510 4341954 61 44 28 6 2 . . An d L mm ；列管长度： L A n d m m m 44 28 12
4、63140023 487 . . 3、有一列管式换热器，装有 25 2.5mm钢管320根，其管长为 2m，要求将质量流量为 8000kg/h的常压空气于管程由 20加热到 85，选用108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1 10 4W/m2 K，管壁及两侧污垢热阻均忽略不计，而且不计热 损失，已知空气在平均温度下的物性常数：=2.8510 -2W/m K，=1. 98 10-5N s/m2， cp=1kJ/kg K，Pr=0.7。 试求： (1）空气在管内的对流传热系数； （2）求换热器的总传热系数（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
5、）计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。 解：(1) 空气在管内流速： 1 12.22 320)02.0( 4 3600 8000 44 222 nd q nd q u m v R . .e du 0 022212 1 19810 223434310 5 4 0.6Pr=0.7160 l/d=2/0.02=10050 传热系数 i0023 0 80 4 .RePr d 0 023 28510 002 22343 430 7 2 0 804 . . . = 85.68W/m 2 K （2）总传热系数： i o iod d K 111 20 25 68.85 1 101 11 4 K 解得：K6
6、8.08W/m 2 K （3）传热量：)t(tcqtKAQ pmm12 实际所需传热面积： m pm tK ttcq A )( 12 108108 2085 t188 t223 t tt t t m 12 1 2 8823 88 23 48 44 lnln . Am 8000 3600 10108520 68084844 4380 3 2 . . 该换热器所能提供传热面积A： An dlm3203140025250 24 2 . AA该换热器能满足要求。 （4）W)t(tcqQpm 53 121044.1)2085(100.1 3600 8000 )( Woo TTAQ 71.107 24.5
7、0101 1044.1 108 4 5 oo W A Q TT Ai=n dil=320 3.14 0.02 240.19m 2 32.94 19.4068.85 1044.1 2 8520 5 ii W A Q tt 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35m 3/h的某稀溶液在双程列管换热器中从 75加热 至90。若每程有直径为 25 2.5mm的管子 30根，且以管外表面积为基准的传热系数 K=2800W/m 2.，蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽略不计。 试求： (1)换热器所需的管长； (2)当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢
8、系数为0.00008m 2./W，若维持溶 液的原流量及进口温度不变，其出口温度为多少？又若必须保证溶液原出口温度，可采用 什么措施？ 注：溶液的密度及比热与水近似： 1000kg/m 3； c P=4.2kJ/kg 。 解：（ 1）110110 7590 35 20 t tt tt m 12 12 3520 35 20 2680 lnln . （或5.27 2 3520 2 21 tt tm） WttcqttcqQ pvpm 33 1212 105 .612)7590(102.41000 3600 35 )()( 传热面积： A Q K t m m 612510 280026 80 816
9、3 2 . . . And（2L） LA/（2nd ）=8.16/（230 0.025） 1.7m （2） 11 1 11 00 1 KK d d R KK d d R ii20 25 00008.0 2800 1 所以： 2 /2188mWK 110110 75t2 35 110t2 )( 12 ttcqtAKQ pmm 2 2 110 35 ln )110(35 16.82188 t t 351000 3600 4 21075 3 2 .t 解得：t288 措施：（ 1）提高加热蒸汽温度（调节蒸汽的压力）； （2）清除污垢。 5、热空气在 25 2.5mm的钢管外流过，对流给热系数为50W
10、/m 2.K，冷却水在管内流 过，对流给热系数为 1000W/m 2.K，已知钢管的导热系数 W/m K，水侧污垢热阻 WKmRsi/1058.0 23 ，热空气侧污垢热阻WKmRso/105 .0 23 。试求： (1)传热系数； (2)若管内对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？ (3)若管外对流给热系数增大一倍，传热系数有何变化？ 解：已知)/(50 2 KmW o ，)/(1000 2 KmW i (1) ii o i o si m o so o d d d d R d bd R K 11 201000 25 20 25 1058.0 5.2245 25105 .2 105 .0 5
11、0 13 3 3 00125.0000725.0000062.00005.002.0 WKm/0225.0 2 )/(4 .44 2 KmWK (2) 若管内对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即 ii o i o si m o so o d d d d R d bd R K2 11 2010002 25 20 25 1058.0 5.2245 25105.2 105.0 50 1 3 3 3 解得： )/(6.45 2 KmWK 传热系数提高： %7. 2%100 4.44 4.446.45 (3)若管外对流给热系数增大一倍，其他条件不变，即 ii o i o si m o so o d d
12、 d d R d bd R K2 11 201000 25 20 25 1058.0 5 .2245 25105.2 105 .0 502 1 3 3 3 解得：)/(8.79 2 KmWK 传热系数提高： %7.79%100 4.44 4.448.79 6、某厂只能用 120饱和水蒸汽，通过 25 2.5mm、长3m的单管程列管式换热器， 将列管内的 17.2m3/h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/2500 2 CmW i ，壳侧蒸汽/10000 2 CmW o ，溶液在管内呈湍流， 试问换热器 的管数为若干？水溶液密度 3 /1050mkg，比热为C
13、kgkJ /17.4。热损失及管壁、垢层 热阻均可忽略。检修时发现该换热器有三根管子已坏，拟将坏管堵塞再继续使用，试问此 方案是否可行（通过计算或推导说明）？ 解： （1） 101151)2075(1017.4 3600 1050 2.17)( 33 12 WttcqtcqQ pvpm 1 0 0 0 0 1 20 25 2500 1111 oi o io d d K /67.1666 2 CmWKo 120120 蒸汽 2075 水 t1100 t245 88.68 45 100 ln 45100 ln 2 1 21 C t t tt tm moo tAKQ02.10 88.6867.166
14、6 1011512 3 m tK Q A mo o 4355.42 3025.014.3 02.10 根 dl A ndlnA o o (2) 8. 0 u，且 n n A A u u （连续性方程） 故/26502500) 40 43 ()( 28.08.0 CmW n n ii /1750 10000 1 20 25 2650 1 1 11 12 CmW d d K oi o i 425.9403025.014.3nl 2 mdA 10113688.68425. 91750 3 WtAKQ m ,QQ不能完成换热任务 7、有单程列管换热器，传热面积为4 2 m，由252.5mm的管子组成。
15、用初温为25 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1200 kg/h 和1400 kg/h ，其比热分别为 4.18 kJ/(kg) 和2.0 kJ/(kg) ，水侧和 油侧的对流传热系数分别为：1800W/(m 2)和200W/(m2) ，两流体呈逆流流动，忽略 管壁和污垢热阻，忽略热损失。 试校核该换器是否适用？ 解：机油放出的热量： 5 2111 108 .2)100200(0 .21400)(TTcqQ pm kJ/h 冷却水的出口温度： 8.80 18.41200 108.2 25 5 22 12 pm cq Q tt 对数平均温差
16、： 热流体200 100 冷流体80.8 25 121221 112 221 ()()(20080.8)(10025) 95.4 20080.8 lnlnln 10025 m ttTtTt t tTt tTt 总传系数为： 1 221 11 175.6 2511 180020200 K d d W/(m 2) 所需传热面积为： 22 3 m4m64.4 4 .956.1753600 10280000 m tK Q A需要 传热所需面积大于换热器的传热面积 该换热器不适用。 8、在内管为189 10mm的套管换热器中， 将流量为 3600kg/h的某液态烃从 100冷却 到65，其平均比热容38
17、.2 1p ckJ/(kg ) ，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40 和50，平均比热容17.4 2p c kJ/(kg ) ，基于传热外表面积的总传热系数 2000KW/(m 2) ，假设其值恒定，忽略热损失。 试求：（ 1）冷却水用量； （2）计算两流体在逆流下的平均温差； （3）所需传热面积。 解：（ 1）冷却水用量 : )(q)( 122m22111 ttcTTcq ppm )4050(17.4)65100(38.23600 2m q kg/h4 .7191 2m q （2）逆流下的平均温差 : 热流体100 65 冷流体50 40 121221 112 221 ()()(10050
18、)(6540) 36.1 10050 lnlnln 6540 m ttTtTt t tTt tTt 逆 （3）所需传热面积 传热量为： 83300WkJ/h109988.2)65100(38.23600)( 5 2111 TTcqQ pm 则 2 m154.1 1.362000 83300 逆 逆 m tK Q A 9、100的水蒸气在管壳式换热器的管外冷凝，冷凝潜热为2258.4kJ/kg ，总传热系数 为2039W/( m 2 )，传热面积 12.75m2；15的冷却水以 2.25 105kg/h 流量在管内流过，设 总传热温差可以用算术平均值计算，试求： （1）冷却水出口温度； （2）水
19、蒸气冷凝量（ kg/h ）。 解： 100100 15t2 (1) 冷却水出口温度 mpm tKAttCqQ)( 1222 2 )185( 2 )100()15100( 2 )()( 2221tttTtT tm 2/)185(75.122039)15(1018.41025.2 22 35 ttQ 1.23t (2) 水蒸气冷凝量（ kg/h ） kWtKAQ m 21052/1.2318575.122039）（ hkgrQqm/33554.2258/36002105/1 10、在列管式换热器中用热水加热冷水，热水流量为4.5 10 3kg/h ，温度从 95冷却至 55，冷水温度从 20升到
20、50，总传热系数为 2.8 10 3W/(m2) 。已知： Cp 热水 =4.181kJ/(kg )，Cp冷水=4.174kJ/(kg ) 。试求： （1）冷却水流量； （2）两种流体做逆流时的平均温度差和所需的换热面积； （3）两种流体做并流时的平均温度差和所需的换热面积； （4）依据计算结果，对逆流和并流做一比较，可得到那些结论。 解：（ 1）冷却水流量 chQQ tCqTCq pcmcphmh )2050(174.45595181.4105.4 3 mc q）（ hkgqmc/6010 （2） 热流体95 55 冷流体50 20 ）（ 逆8.39 2055 5095 ln 2055-)5095( mt 2 3 33 89.1 8.39108.23600 )5595(10181.4105.4 mA TCqtKA phmhm 逆 逆逆 （3） 热流体95 55 冷流体20 50 ）（ 并85.25 5055 2095 ln 5055-)2095( mt 2 3 33 89.2 85.25108 .23600 )5595(10181.4105 .4 mA TCqtKA phmhm 并 并并 （4） 在相同的进、出口温度的条件下，平均温度差并逆并逆AAtt mm； 逆流操作时，热流体用量可以比并流操作时少。