化工原理传热大题.docx
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23、在单程列管式换热器内，用130T的饱和水蒸汽将某溶液由20T加热到60T,单管呈列 管换热器由100根025mm x 2.5mm,长为3m的钢管构成，溶液以每小时100m3的流量 在管内流过，蒸汽在管外冷凝试求：（1）总传热系数 K；（2） 溶液对流给热系数a】和蒸汽冷凝对流给热系数幻；（3） 若溶液的质量流量增加到叫2，ms2/ms2 = X，1
用温度为150T的饱和蒸汽来 加热原油，饱和蒸汽在壳程冷凝，原油在管内流动并由25T加热到1OOT•在操作条件下油 的密度为890 kg/m3,平均流速为0.82 m/s，换热器的传热量为138kW已知蒸汽冷凝 传热系数为6600 W/m2.K,油侧垢层热阻为0.00043 m2.K/W,忽略管壁热阻和蒸汽侧 垢层热阻，试求：（1） 管内油侧的对流传热系数；（2） 若油的流速增加一倍，此时换热器的总传热系数为原来的 1.75 倍，求油的出口温度假设油的物性参数不变）★★★★【答案解析】解：（1）由题意可知，该传热过程的对数平均温差为Atm= (150 25)」150 100) = 8你l 150 25ln150~~100传热面积为 A = n^d2/ = 33 x 3.14 x 0.019 x 3 = 5.91m2根据传热速率方程，基于管外表面的总传热系数为1385.91 x 81.9= 285W/(m2.K)由于管壁和蒸汽侧垢层热阻均忽略，可得K = 1 d n d t 1 = 1 19 丄 nnnn’Q ▽ 19 丄 1 = 285 Tj2 + R“ tt2 + —— yp- + 0.00043 X + < 管外侧是流量为5・86kg/s的 苯从380K降温至330K,管内的水与苯逆流换热，进、出口的水温分别为290K与320K已 知作=2.70kW/(m2.K)，苯的比热容q苯="9kJ/(kg.K)；水=990kg/rn3, % =4.17kJ/(kg.K)，久 =0.642 W/(m.K), “ = 0.533cP,管壁导热系数久=45W/(m.K)水 水 W若忽略污垢热阻与换热器的热损失，试求：(1) 换热管内水的流型；(2) 基于外表面的总传热系数K；(3) 所需换热管的长度L★★★★【答案解析】解：(1)先假设换热过程的流体水与苯分别为1流体和2流体，即為］=5.86kg/s，根据传热过程的热量衡算式，则换热量为Q = q 1c 1(t — t1) = q C (7； — T ) = 5.86 X 1.89 X (380 — 330) = 554KW^^r1 p1 2 1 ^^r2 p2 1 2则达到换热要求所需的水流量为Q 554仏1 =需匕-切=4.17X(320 — 290) = 4.43 kg/s换热管内水的流速为= 0.274 m/sq』P = 4.43/9900.785d2n 0.785 x 0.022 x 52雷诺数为du p 0.02 x 0.274 x 990 Re=^= 0.533 X 103 = 1・02 x 104 > 104 (充分湍流)1即换热管内为湍流流动(2 ) Pr =知“]=4.17x103x0.533x103 =346山 0.642根据圆管内强制对流给热系数计算式，可得所求管壁对水的对流给热系数兔为a = 0.023-^Re0.8Pr0.41 d0.642= 0.023 x x (1.02 x 104)0.8 x 3.460.40.02 ' 丿= 1.95 kW/(m2.K)根据基于外表面的总传热系数K的计算式为1—+ a1d dr2久1nd +代入数据可得1.071_ 1 t 0.025 「0.025’ 0.025K = 270 + 2 x 0.045ln0.020 + 1.95 x 0.020即 K = 0.932 kW/(m2.K)3)传热平均温差为Atm(380 320) (330 290) l = 49 3K ,380 320 = 49.3Kln ~2^0根据传热速率方程可求得换热面积，即Q = KAA咕，故传热的外表面积Q 554A = = = 12 1m 2KAt 0.932 x 49.3m故所求的换热管长度为=2.95 q 3m4 _ 12.1md 3.14 x 0.025 x 52226、某生产过程，需将2400kg/h的空气从20T加热到80T，空气平均比热容为1.0kJ/(kg.T),平均密度为l.lkg/m3o 120T的饱和蒸汽在壳层加热。 空气在管内作强制湍流流动采用的单管程列管式换热器尺寸为：025mm x 2.5mm,管长为3m ,管子数为 100根试求：(1) 上述换热器的总传热系数为多少；(2) 现仓库有一台019mm x 2mm,管长为3m ,管子数为100根的单管程列管式换热器, 试核算该换热器是否能代替上述换热器；(3) 若用该换热器代替上述换热器，空气的出口温度为多少？注：计算可忽略管壁及污垢热阻；温度对物性影响可忽略；a蒸汽» a空气★★★★★【答案解析】解：(1)由能量衡算可得Q = W C (t -t ) = KAMt y 2 p2v 2 1 m中 Mt = = (120-20)-(120-80)= 65.48°Cm lnMj/Mj in120 201 2 120-80传热面积A = n兀dql = 100 X 3.14 X 0.025 X 3 = 23.55m 3所以总传热系数K亿C (t-t ) 2400/3600 X 1000 X (80 - 20)2 沁 2__— = 25.94 W/(m. K)K = —2_—2—AM:m2）改变管径后,而流量不变23.55 X 6548则空气的流速为w d 2 —=（-1）u （d"1因为传热系数所以总传热系数Ki,蒸汽 空气 空气又因为空气在管内作强制对流（Re>10000）,所以 A d up 0.8k = 0.023 丁Pro.4 空气 d、「1即新工况和原工况空气对流传热系数仁 K，d d，0.8 w 0.8^气— - — -KT (—)k K d，(d ) (u)空气 1 111.8 20 1.8=(15)=1.678又0 —叫％宅-5）— K〃'A%，所以Q “2。 2（上2_上1） KM如（t，— t ） K，4, At，—K A At(t2_ q)19 AD—1.678 X — X —25 Atm式中 al — q_20m in 100 120-^2所以代入相关数据得(码-20)(80-20)19 询8 X亦X(码 20)in100120- t，2解得，％— 88.926C由于％ — 88.926C > 80C，所以该换热器能够代替原来的换热器（3）由题（2）解得码—88.926C。
