化工原理传热习题及答案

卷&呎卷&呎化工原理习题及 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 第五章传热姓名班级学号成绩一、填空题：（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 温度为500°C,而环境温度为20C,采用某隔热材料，其厚度为240mm，入=0.57w.m.K，此时单位面积的热损失为。（注:大型容器可视为平壁）TOC\o"1-5"\h\z***答案***1140w（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为500C，而环境温度为20C，采用某隔热材料，其厚度为120mm,入=0.25w.m.K，此时单位面积的热损失为。（注:大型容器可视为平壁）***答案***1000w（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为150C,而环境温度为20C，要求每平方米热损失不大于500w,采用某隔热材料，其导热系数入=0.35w.m.K，则其厚度不低于。（注:大型容器可视为平壁）***答案***91mm（6分）某间壁换热器中，流体被加热时，圆形直管内湍流的传热系数表达式为.当管内水的流速为0.5m.s时，计算得到管壁对水的传热系数a=2.61（kw.m.K）.若水的其它物性不变，仅改变水在管内的流速，当流速为0.8m.s时，此时传热系数a=.***答案***a=0.023（入/d）RePra=3.81（kw.m.K）（6分）某间壁换热器中，流体被加热时，圆形管内湍流的传热系数表达式为.当管内水的流速为0.5m.s时，计算得到管壁对水的传热系数a=2.61（kw.m.K）•若水的其它物性不变，仅改变水在管内的流速，当流速为1.2m.s时，此时传热系数a=.***答案***a=0.023（入/d）RePra=5.26（kw.m.K）（3分）牛顿冷却定律的表达式为，给热系数（或对流传热系数）a的单位是***答案***q=aAAtw.m.KTOC\o"1-5"\h\z（4分）某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90C和50C,冷流体的进出口温度为30C和40C,此时传热平均温度差At=.***答案***27.9K&（4分）某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90C和50C，冷流体的进出口温度为15C和30C,此时传热平均温度差At=.***答案***41.6K（2分）热量传递的方式主要有三种:、、.***答案***热传导热对流热辐射（6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数a.a以及间壁导热系数入的关系为.当间壁管规格为©108X4mm，导热系数为45（w.m.K）时，管内外两侧给热系数分别为8000（w.m.K）和1200（w.m.K）时，总传热系数K.***答案***1/K=1/a+bd/入d+1d/ad；946（w.m.K）（4分）某逆流操作的间壁式换热器中，热流体的进•出口温度为80C和50C，冷流体的进出.口温度为20°C和45°C，此时传热平均温度差At=.***答案***32.5C（3分）对流传热中的努塞特准数式是,它反映了***答案***N=al/入，对流传热过程几何尺寸对a的影响。（4分）稳定热传导是指不随时间而改变。***答案***传热系统中各点的温度仅随位置变（2分）两流体的间壁换热过程中，计算式Q=a.A.At,A表示为。***答案***a—侧的换热壁面（2分）在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为***答案***A泛指传热面，与K相对应（3分）两流体进行传热，冷流体从10°C升到30C,热流体从80C降到60C，当它们逆TOC\o"1-5"\h\z流流动时，平均传热温差Atm二，当并流时,Atm二。***答案***50C47.2C（4分）冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T=400C，出口温度T为200C，冷气体进口温度t=50°C，两股气体的质量流量相同，物性数据可视为相同，若不计热损失时，冷气体出口温度为C；若热损失为5%时，冷气体出口温度为C***答案***250C，240C（3分）一列管换热器，列管规格为©38X3,管长4m，管数127根，则外表面积F=，而以内表面积计的传热面积F。***答案***F1=127X4nX0.038=60.6mF2=127X4nX0.032=51.1m（2分）当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的倍。***答案***2（2分）进行换热的两流体，若a》a时，要提高K值，应设法提高.a~a时，要提高K值，应使。***答案***a；a与a同时提咼二、选择题：（2分）间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻（）A.成正比***答案***B.成反比C.没关系A（2分）翅片管换热器的翅片应安装在（）。a小的一侧B.a大的一侧C.管内D.管外***答案***A（2分）穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻R与第二、三本题目有题图:)。R<(R+R)D.无法比较裁&呎裁&呎TOC\o"1-5"\h\z***答案***C（2分）工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（）。A.增加热阻，减少热量损失；B.节约钢材、增强美观；增加传热面积，提高传热效果。***答案***C（2分）有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120°C）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20C加热到80C，该换热器的平均传热温度差At为（）A.—60/ln2.5;B.60/ln2.5;C.120/ln5***答案***B（2分）将1500kg.h，80C的硝基苯通过换热器冷却到40C，冷却水初温为30C，出口温度不超过35C，硝基苯比热为1.38kJ.kg.K，则换热器的热负荷为（）A.19800kJ.h;B.82800kJ.h;C.82800kw;***答案***B（2分）对流传热是由（）因素产生的。A.流体分子的热振动；B.流体体内电子的移动；C.流体质点的位移、扰动。***答案***CTOC\o"1-5"\h\z&（2分）法定计量单位中，属于国际热量计算单位的是（）A.kw;B.kcal;C.J***答案***C（2分）热量传递的基本方式是（）A.恒温传热和稳态变温传热；B.导热给热和热交换；C.气化、冷凝与冷却；D.传导传热、对流传热与辐射传热***答案***D（2分）在比较多的情况下，尤其是液一液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计TOC\o"1-5"\h\z的是（）。A.热流体的热阻；B.冷流体的热阻；C.冷热两种流体的热阻；D.金属壁的热阻。***答案***D（2分）公式q=KAAt中，At的物理意义是（。。A.器壁内外壁面的温度差；B.器壁两侧流体对数平均温度差；流体进出口的温度差；D.器壁与流体的温度差。***答案***B（2分）湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程。其热阻主要存在于（。。A.流体内；B.器壁内；C.湍流体滞流内层中；流体湍流区域内。***答案***C（2分）对一台正在工作的列管式换热器，已知a=116w.m.Ka=11600w.m.K，要提高传热系数（K），最简单有效的途径是（。。A.设法增大a;B.设法增大a;C.同时增大a和a。***答案***A（2分）用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（）A.蒸汽的温度；B.空气的出口温度；C.空气进、出口平均温度TOC\o"1-5"\h\z***答案***A（2分）在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（）A.a蒸汽B.a空气C.a蒸汽与a空气的平均值***答案***B（2分）对流传热仅发生在（）中。A.固体B.静止的流体C.流动的流体***答案***C（2分）稳定的多层平壁的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（）。A.愈大B.愈小C.不变***答案***A（2分）流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（）方式进行的。A.热传导B.对流传热C.热辐射***答案***A（2分）当壳体和管束之间温度大于50°C时，考虑热补偿，列管换热器应选用（）A.固定管板式B.浮头式C.套管式***答案***B（2分）强化传热的主要途径是（）。A.增大传热面积B.提高K值C.提高Atm***答案***B三、判断题：（2分）凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。（）***答案***X（2分）传导和对流传热的传热速率与温度的一次方之差成正比，而辐射的传热速率与温度的四次方之差成正比。（）***答案***Q（2分）凡稳态的园筒壁传热过程，单位时间单位面积所传递的热量相等。（）***答案***X（2分）热量传递过程的规律与流体流动过程相似，流速越大，则其过程的阻力越大。（）***答案***X（2分）当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推动力与总阻力之比为定值，即导热速率不变。（）***答案***X（2分）多层平壁导热过程中，传热总推动力为各壁面温度差之和。（）***答案***Q（2分）无相变的折，错流换热器，其平均温度差At都比逆流时为小。（）***答案***Q&（2分）换热器的导热管，应选用导热系数值大的材料。（）***答案***Q（2分）导热系数是物质的一种物理性质（），***答案***V（2分）在列管换热器管间装设了两块横向折流档板，则该换热器变成为双壳程的换热器（）裁&呎裁&呎***答案******答案***TOC\o"1-5"\h\z***答案***X（2分）在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较小（）.***答案***X（2分）在对流传热中，传热管壁的温度接近a值小的哪一侧流体的温度（）.***答案***X（2分）对于问壁两侧流体稳定变温传热来说，载热体的消耗量逆流时大于并流时的用量。（）***答案***X（2分）列管式热交换器内用饱和水蒸汽加热管程的空气，为提高换热器的K值，在管外装设折流挡板。（）***答案***X（2分）蛇管换热器是属于间壁式换热器的一种（）***答案***Q（2分）列管换热器采用多管程的目的是提高管内流体的对流传热系数a（）***答案***Q（2分）维持膜状沸腾操作，可获得较大的沸腾传热系数。（）***答案***X（2分）为了提高间壁式换热器的传热系数K值，必须设法提高a值大的那一侧流体的对流传热系数。（）***答案***X（2分）强化传热的途径主要是增大传热面积（）***答案***X（2分）付立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。（）***答案***X四、简答题：（8分）在化工生产中，传热有哪些要求？***答案***传热一般有两方面的要求：1、尽量使传热情况良好，即要求高的传热效率,以减少设备尺寸；2、尽量避免传热，即保温或保冷。（10分）传导传热，对流传热和辐射传热,三者之间有何不同？***答案***传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。对流传热则是流体质点发生相对位移来传递热量，辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传递热量。（10分）试述对流传热的机理？***答案***热流体流过管道时，在湍流主体中，流体剧烈拢动，形成漩涡，使质点强烈混合而交换热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流流动的流体层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的）有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。（8分）强化传热过程应采取哪些途径？卷&呎卷&呎根据q=K.A.At方程，指任一个K、A、At都能提高强化传热（1）增加传热面积，如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；（2）增大传热温差At可采用逆流操作,因为当T，T,t,t四个温度一定时，逆流传热温差At最大；（3）提高传热系数K由K=1/（1/a+1/a+S（S/入））提高a、a降低5，都能强化传热,要提高a由单层改为多层，或在壳程中增设档板，对于蛇管中，加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可，还可采用导热系数大的流体作载热体。（4分）传热有哪几种方法?各有何特点?试就锅炉墙的传热分析其属哪些传热方式？***答案***传导、对流、辐射导热一一分子原位振动，电子定向流动。对流流体质点流动与混合。锅炉壁为导热，外壁对烟气为对流，火焰和炉墙的热辐射。（4分）为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作？***答案***操作可以获得较大的平均传热温度差，从传递相同热负荷言，须较小的传热面积，节省设备费用。此外，逆流热流体出口温度T可接近冷流流体进口温度t,对相同热负荷言，需加热剂少；同样，就冷流体而言，逆流体出口温度t可接近热流体进口温度T，对相同热负荷言，需要冷却剂少，故对逆流就加热剂或冷却剂用量考虑，逆流操作费小。（4分）什么是稳定传热和不稳定传热？***答案***在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为稳定传热。稳定传热时，传热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，传热速率也随时间而变。&（5分）导热系数受哪些因素影响?现有建筑砖（P=1800kg.m）和煤灰砖（P=700kg.m）两种材料，哪种保温性能好？***答案***组成：纯物质的导热系数好；结构：结构致紧、密度大的材料导热系数大；温度：一般温度升高，非金属固体导热系数增大。煤灰砖的保温性能好。（2分）多层平面壁的导热速率是怎样计算的？***答案***Q/A=（At+At+At+...）/（b/入+b/入+b/入+...）（3分）题号4206第4章知识点100难度中等多层园筒壁的导热速率是怎样计算的？***答案***Q=2nL（At+At+...）/（ln（r/r）/入+ln（r/r）/入+...）（4分）说明流体流动类型对给热系数的影响。***答案***流体为层流时，传热是以导热方式进行的。则此时给热系数较小。当为湍流时，传热是卷&呎卷&呎***答案******答案***以对流方式进行的，此时给热系数增大。所以流体的传热，多在湍流情况下进行。（6分）给热系数受哪些因素影响？***答案***流动类型：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度卩、密度P、比热Cp，导热系数入均对给热系数有影响。传热面的形状、大小和位置：管子的排列、折流都是为了提高给热系数。流体的对流情况，强制对流比自然对流的给热系数大，流体在传热过程有无相变，有相变a大。分析a=0.023入/d.Re.Pr也可以回答上列问题。（3分）提高传热系数时,为什么要着重提高给热系数小的这一侧？***答案***当忽略金属壁面的导热热阻时，1/K=1/a+1/a=（a+a）/（aXa）若a>>a，则a+a~a.°.K~a即K接近a小的数值。（4分）说明列管式换热器的基本结构。***答案***由壳体、管束、管板、封头等组成。（4分）试比较各类常用热交换器的优缺点。***答案***略（6分）有以下传热公式A.Q".A.（t-t）/5B.Q=a.A.（T-T）回答下列问题：（1）在什么传热情况下，可利用以上公式进行计算？（2）写出以上公式中，热阻的表达式***答案***（1）A、B两公式均应用在稳定传热下传热速率的计算。公式A为物质内部传导的传热速率计算。公式B为物质表面与流体间对流传热的传热速率计算。（2）A式：R=5/入或R=5/AX入B式：R=1/a或R=l/aXA（8分）换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？***答案***由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器周围的空气而散失，即产生散热损失。为了减少散热损失，一般在换热器外壁面上包上一层（或两层）导热系数较小的绝热材料（或不同的两种导热系数较小的绝热材料），使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。（6分）列管换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？***答案***主要由壳体、管束、管板和顶盖（又称封头）等基部分组成。壳体和管束作为冷热两流体的流动空间，通过管壁进行换热。管束安装在管板上，通过管板使管束与壳体连成一体。顶盖（封头）上有管程流体进出口，且有分程、密封，封头可拆卸，便于管子清洗等作用。（8分）当间壁两侧流体稳定变温传热时，工程上为何常采用逆流操作？并简要定性分析主要原因。卷&呎卷&呎裁&呎因为逆流操作有较高的经济效益。主要原因可由以下两方面分析：当T、T、t、t四个温度一定时，逆流操作的At比其它流向大。根据：Q=KAAt，当K、A—定时，Atf则Qf,对现有的换热器来说，可提高生产能力。当Q、K一定时，Atf则A(,对生产能力要求一定时，新设计制造换热器由于A较小，设备尺寸可减小，节省投资费。—般逆流操作的正常操作费比其它流向要少。逆流操作时，载热体用量比其它流向的要小，降低能耗，提高了经济效益。(8分)有一高温炉，炉内温度高达1000°C以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程。炉內t内>iooo^3炉壁本题目有题图：titul85.bmp***答案***炉内以对流和辐射并联联合传热，将热量传给炉的内壁面。在炉壁内通过传导传热，将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。炉外通过对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传到大气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该传热过程的特点是：(1)传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；2)并联、串联的联合传热同时存在。五、计算题：(8分)外径为100mm的蒸汽管外包一层厚80mm、导热系数为入w.m.K的绝缘材料,管外壁温度为t，每米管长的热损失为Qw.m，试求绝热层外壁温度t(设管外壁与绝热层接触良好)***答案***Q=2n入(t1-t2)/ln(r2/r1)12=t1-Qln(r2/r1)/(2n入)=t1-Q/入[ln(0.13/0.05)/(2X3.14)=t1-0.152Q/入(14分)某平壁炉的炉壁由耐火砖，绝热砖和普通砖组成，它们的导热系数分别为1.163,0.233和0.582[w.m.K]，为使炉内壁温度保持1000C,每平方米炉壁的热损失控制在930w以下，若普通砖厚度取为10cm,炉外壁温度为83C，求:耐火砖和绝热砖厚度各为多少?绝热砖和普通砖交界面温度t为多少？(假设绝热砖与耐火砖交界面温度为800C)***答案***设耐火砖厚度b1,绝热砖厚度b2跨过耐火砖的热通量为：q=(t1-t2)/(b1/入1).•・b1=入1(t1-t2)/q=1.163(1000-800)/930=0.25m跨过三层砖的热通量为：q=(t1-t4)/[(b1/入1)+(b2/入2)+(b3/入3)]b2=[(t1-t4)/q-b1/入1-b3/入3]入2=[(1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.582]X0.233=0.14m,跨过普通砖的热通量：=t3-t4/b3/入3,t3=q.b3/入3+t4=930X0.1/0.582+83=243°C(15分)在内管为©180X10mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h的某液态烃从100C冷却到60C,其平均比热为2.38kJ.kg.K，环隙走冷却水,其进出口温度分别为40C和50C，平均比热为4.174kJ.kgK,基于传热外面积的总传热系数K=2000w.mK，且保持不变•设热损失可以忽略。试求：(1)冷却水用量；(2)计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。***答案***冷却水用量：Wc(T-T)=Wc(t—t)3500X2.38X(100—60)=WX4.174X(50—40).VW=7982kg.hAt逆=(50—20)/ln(50/20)=32.75At并=(60—10)/ln(60/10)=27.9Q=KAAtQ=333200kJ.hA逆=333200X10/(2000X32.75X3600)=1.41mndl=1.413.14X0.18X1=1.41.*.1=2.5mA并=333200X10/(2000X27.9X3600)=1.66m3.14X0.18X1=1.66.*.1=2.93m(15分)已知一外径为75mm，内径为55mm的金属管，输送某一热的物流，此时金属管内表面温度为120C，外表面温度为115C，每米管长的散热速率为4545w.m，求该管材的导热系数。为减少该管的热损失，外加一层石棉层(导热系数为0.15w.m.K)此时石棉层外表面温度为10C，而每米管长的散热速率减少为原来的3.87%,求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度。***答案***⑴Q/L=2n(120-115)/[1/入(ln(75/55))]=4545(1/入)ln(75/55)=2X3.14(125-115)/4545=0.00691V入=44.9w.m.K⑵设外加石棉层厚度为§则:Q'/L=2X3.14(120-10)/{(1/44.9)[ln(75/55)]+(1/0.15)ln(75+25)/75}=4545X0.0387=175.9w.m690.8=175.9{0.00691+(1/0.15)ln[(75+28)/75]}解得：6=30mm(石棉层厚度)⑶设钢管和石棉层接触面间的温度为12'则:2X3.14(120-t2')/[(1/44.9)ln(75/55)]=175.9解得：12'=119.8C(12分)©120X5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料,其导热系数为0.07w.m.K。设蒸汽管的内壁温度为110C，管壁导热系数为45w.m.K。要求保温层外壁温度不超过20C,每米蒸汽管的热损失控制在60w以下,试计算保温层的最小厚度。***答案***按多层圆筒导热q=(t—t)/(1n(r/r)/(2n入)+ln(r/r)/(2n入))将r=0.06m,r=0.055m,r=0.06+6入=0.07w/(m・K),入=45w/(m・K),q=60w/mt=110°C,t=20°C代入上式60=(110-20)/(ln(0.06/0.055)/(2nX45)+ln(r/0.06)/(2nX0.07))=90/(0.00031+(lnr+2.813)/0.4398)解得r=0.116m,6=0.116—0.06=0.056m=56mm注：本题可简化不计管壁热阻。(20分)某列管换热器，用100C水蒸汽将物料由20C加热至80C，传热系数K=100w.m.K。经半年运转后，由于污垢的影响，在相同操作条件下物料出口温度仅为70C,现欲使物料出口温度仍维持80C,问加热蒸汽温度应取何值？***答案***原：Wc(80-20)=KAAt……(1)At=(80—20)/ln(80/20)=43.28°C半年后：Wc(70—20)=KAAt……(2)At=(80—30)/ln(80/30)=50.98°C(2)/(1)得：(70—20)/(80—20)=KAt/(KAt)=(K/100)X50.98/43.28K=70.75w.m.K保持原生产能力，即KAAt=KAAtAt=KAt/K=100X43.28/70.75=61.17°CAt=((T—20)-(T—80))/ln(T-20)/(T-80)=61.17・•・60/61.17=ln(T—20)/(T—80)••・2.667=(T—20)/(T—80)T=115.8°C(16分)在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液，溶液量为1.4kg.s,比热为2kJ.kg.K，走内管(规格为©25X2.5mm),从150C冷却到100C。冷却水走套管环隙，从25C升温至60C，水的比热为4.18kJ.kg.K。1.已知溶液一侧的对流传热系数为1160w.m.K，冷却水一侧的对流传热系数为930w.m.K，忽略管壁和污垢的热阻及热损失,求以传热外表面积为基准的总传热系数K和冷却水的用量(kg.h)。2•计算内管的外表面积和管长。***答案***溶液放热Q=msCpAT=1.4X2X10X(150-100)=1.4X10w1/K=d/(ad)+1/a=0.025/(1160X0.02)+1/930=2.15X10K=464w.m.K冷却水用量ms'=Q/[Cp'(t2-11)]=1.4X10/[4180(60-25)]=0.957kg.s=3445kg.h△tm=[(150-60)-(100-25)]/ln[(150-60)/(100-25)]=82.3°CA=Q/(K△m)=1.4X10/(464X82.3)=3.67ml=A/(nd)=3.67/(nX0.025)=46.7m&(10分)某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5m的单程列管换热器。用180C的热废气预热轻油，轻油走管外，其流量为200kg.h,比热为2kJ.kg.K，温度由30C升至80C。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为70C。求：换热器的热负荷和传热系数。***答案***A=2.5m,C=2kJ.kg.KAtm=((180-80)-(70-30))/In(100/40)=65.5CQ=200X2X(80-30)=20000kJ.hQ=KAAtm・•・K=20000/(65.5X2.5)=122.2kJ.m.K.h=34w.m.K(16分)在并流换热器中,用水冷却油。换热管长1.5m。水的进出口温度为15C和40C；油的进出口温度为120C和90C。如油和水的流量及进口温度不变，需要将油的出口温度降至70C，则换热器的换热管应增长为多少米才可达到要求？(不计热损失及温度变化对物性的影响)***答案***由热量衡算GC(T—T)=GC(t—t)按题意在两种情况卜：G,C,T和G,C,t不变，故得(GC)/(GC)=(t—t)/(T—T)=(t'—t)/(T—T')=(40—15)/(120—90)=(t'—15)/(120—70)t'=56・7C由Q=KAAt,现K不变，而At=((120-15)-(90-40))/ln(120-15)/(90—40)=74.1CAt'=((120—15)—(70—56.7))/ln(120—15)/(70—56.7)=44.4C故Q/Q=GC(T—T)/(GC(T—T'))=LAt/(LAt),即(120—90)/(120—70)=1.5X74.1/(L'X44.4)得L=4.17m。(16分)用一传热面积为3m由©25X2.5mm的管子组成的单程列管式换热器,用初温为10C的水将机油由200C冷却至100C，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,其比热分别为4.18kJ.kg.K和2.0kJ.kg.K;水侧和油侧的对流传热系数分别为2000w.m.K和250w.m.K，两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合用？(2)夏天当水的初温达到30C，而油的流量及冷却程度不变时,该换热器是否合用？(假设传热系数不变)***答案***Q1=1200X2X(200-100)=240000kJ.hQ2=Q1,12=t1+Q1/(mP2•Cp2)=10+240000/(1000X4.18)=67.4°Ctm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110C1/K1=1/a1+d1/(a2・d2)=1/250+25/(2000X20)K1=216.2w.m.KA1=Q1/(KAtm)=240000X10/(216.2X3600X110)=2.8m〈3m故适用11=30C时t2=30+240000/(1000X4.18)=87.4Ctm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6CA1=240000X10/(3600X89.6X216.2)=3.45m>3m不适用(10分)采用传热面积为4.48m单程管壳式换热器，进行溶剂和某水溶液间的换热.流量为3600kg.h，比热为1.88kJ.kg.K的苯,80C冷却至30C,水溶液由20C被加热到30C。忽略热损失。试求：传热系数K***答案***由Q=K.A^tm式求K其中：Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600X1.88X10(80-50)=56400wAt=(At—At)/ln(At/At)=[(80—30)—(50—20)]/ln[(80-30)/(50-20)]=39.2C・•・56400=KX4.48X39.2解得K=321w.m.C(18分)某厂用一套管热交换器，每小时冷凝2000kg甲苯蒸汽，冷凝温度为110C,甲苯的汽化潜热为363kJ.kg,其冷凝传热系数为14000w.m.K。冷却水于16C及5000kg.h的流量进入套管内管(内径为50mm)作湍流流动，其对流传热系数为1740w.m.K。水的比热可取为4.19kJ.kg.K:(1)试计算冷却水的出口温度及套管管长。(2)由于气候变热,冷却水进口温度升为25C,试计算在水流量不改变的情况下，该冷凝器的生产能力的变化率。***答案***(1)由热量衡算得：q=Gr=W.Cp(t出一16).'.t出=Gr/(W.Cp)+16)=2000/3600X363X10/5000/3600X4.19X10+16=50.65C取K=1/[(1/1740)+(1/14000)]=1548w.m.Kq=Gr=2000/3600X363X10=2.02X10wAt1=110—16=94C,At2=110—50.65=59.35CAtm=(At1+At2)/2=(94+59.35)/2=76.8CXq=KAAtm=KndlAtm管长l=q/(KndAtm)=2.02X10/(1548X3.14X0.05X76.8)=10.82m水温升高(忽略物性变化)传热面积A=ndl=3.14X0.05X10.8=1.7mq'=KAAtm'其中q'=5000/3600X4.19X10(t'-25)△tm'=[(110-25)+(n0-t')]/2=97.5-0.5t'・•・5000/3600X4.19X10(t'-25)=1548X1.7(97.5-0.5t'),解得t'=56.4°Cq'=5000/3600X4.19X10(56.4-25)=1.83X10w(q-q')/qX100%==9.4%(14分)某厂在由177根©25X2mm,长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内，用132.9C的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯气体流量为0.6kg.s,进口温度为20C,在操作条件下的密度为1kg.m,比热为1.84kJ.kg.K，对流传热系数为53w.m.K，饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000w.m.K，可忽略管壁及垢层热阻。(1)确定乙烯气体出换热器时的温度；(2)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01kgf.cm，通过换热器的总长度(包括局部阻力当量长度)为5.5m，摩擦系数入=0.04，试确定该换热器最多能允许通过多少kg.s的乙烯气体？***答案***(1)Q=wCP(t2-t1)=0.6CP(t2-20)Q=KAAtmAi=nndiL=177nX0.021X3=35.014m•.•ai〈〈aoKi=1/(1/a1+1/a2)=1/(1/53+1/8000)=52.65w.m.K则0.6X1.84X10'3X(t2-20)=52.65X35.014X(t2-20)/ln(132.9-20)/(132.9-12)ln(112.9/(132.9-t2))=1.668112.9/(132.9-12)=5.304704.89-5.30412=112.9At2=111.61C(2)AP=0.01kgf/cm=0.01X9.804X10=9.807X10PaAP=Nl/dXU/2Xp=0.04X5.5/0.021XU/2X19.807X10=0.04X5.5/0.021XU/2・U=13.68m.sw=nn/4diUP=177X0.785X0.021X13.68=0.8389kg.s=0.84kg.s(10分)在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气，水和空气的进口温度分别为20C及110C，在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45C及40C,使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38C。热损失可以忽略不计。求：(1)空气出口温度变为多少？(2)总传热系数为原来的多少倍？***答案***(1)初期m1CP1(110-40)=m2CP2(45-20)=KAAtm一年后m1CP1(110-T2')=m2CP2(38-20)=K'AAtm'(110-T2')/(110-40)=(38-20)/(45-20)解出T2'=59.6C(2)Atm=((110-45)-(40-20))/ln(65/20)=38.2CAtm'=((110-38)-(59.6-20))/ln(72/39.6)=54.2°C(38-20)/(45-20)=(K‘/K)X(54.2/38.2)解出K'/K=0.507(10分)在换热器中，热水流量为2000kg.h，冷水流量为3000kg.h，热水进口温度T=85C，冷水进口温度t=15C,如要求将冷水加热到t=40C,求采用并流和逆流时的平均温度差，冷、热水的平均比热可认为相等。***答案***GC(T-T)=GC(t—t)2000(85—T)=3000(40—15)得T=47.5C并流时85C-47.5C15C—35C7012.5At=(70—12.5)/(In70/12.50)=33.4C逆流时85C-47.5C35C—15C5032.5At=(50+32.50)/2=41.25C(15分)在内管为©160X10mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h的某液态烃，从100C冷却到60C，其平均比热C=2.38kJ.kg.K，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40C和50C，平均比热C=4.174kJ.kg.K，基于传热外面积的总传热系数K=2000w.m.K，且保持不变。设热损失可以忽略。试求：(1)冷却水用量；(2)计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。***答案***冷却水用量：wc(T—T)=wc(t—t)3500X2.38X(100—60)=wX4.174X(50—40).°.w=7982kg.hAt逆=(50—20)/ln(50/20)=32.75At并=(60—10)/ln(60/10)=27.93Q=KAAtQ=3500X2.38X(100-60)=333200kJ.hA逆=333200X10/(2000X32.75X3600)=1.41mndl=1.413.14X0.16X1=1.41••・l=2.81mA并=333200X10/(2000X27.93X3600)=1.66m3.14X0.16X1=1.66.1=3.3m(15分)在内管为©189X4.5mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h的某液态烃从100C冷却到60C，其平均比热为2.38kJ.kg.K，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40C和50C,平均比热水为4.17kJ.kg.K，基于传热外面积的总传热系数K=2500w.m.K，设其值恒定，忽略热损失。试求：(1)冷却水用量；(2)分别计算两流体为逆流和并卷&呎裁&呎流情况下的平均温差及所需管长。***答案***冷却水用量WhCPh(T1-T2)=WcCPc(t2-tl)3500X2.38X(100-60)=WcX4.17X(50-40)Wc=7990kg.hAt逆=(50-20)/ln(50/20)=32.75°CAt并=(60-10)/ln(60/10)=27.91CQ=KAAtmQ=7990X4.17X(50-40)=3.332X10kJ.h.•・A逆=3.332X10/[(2500/1000)X32.75X3600]=1.13(m)nd0l=1.133.14X0.18X1=1.13・•・l逆=2(m)人并=3.332X10/[(2500/1000)X27.91X3600]=1.33(m)3.14X0.18X1并=1.33・•・1并=2.35(m)(16分)用一外表传热面积为3m由©25X2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为10C的水将机油由200C冷却至100C，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,其比热分别为4.18kJ.kg.K和2.0kJ.kg•K，水侧和油侧的对流传热系数分别为2000w.m.K和200w.m.K，两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合用？(2)夏天当水的初温达到30C，而油的流量及冷却程度不变时，该换热器是否合用？(假设传热系数不变)***答案***Q1=1200X2X(200-100)=240000kJ.hQ2=Q1，t2=t1+Q1/(m2•Cp2)=10+24000/(1000X4.18)=67.4Ctm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110C1/K1=1/a1+d1/(a2・d2)=1/200+25/(2000X20)K1=177.8w.m.KA1=Q1/(KAtm)=240000X10/(177.8X3600X110)=3.4m>3m故不适用11=30C时t2=30+240000/(1000X4.18)=87.4Ctm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6CA1=240000X10/(3600X89.6X177.8)=4.195m>3m不适用(12分)一套管换热器，外管为©83X3.5mm，内管为©57X3.5mm的钢管，有效长度为60m。用120C的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油•蒸汽冷凝潜热为2205kJ.kg。已知油的流量为6500kg.h，比热为2.2kJ.kg.K，进口温度为30C，出口温度为80C。试求:(1)蒸汽用量；(不计热损)(2)传热系数；***答案***(1)蒸汽用量0放=W.r=2205XWkJ.h0吸=聊CP(t出一t入)=6500X2.2X(80—30)=7.15X10kJ.hQ放=Q吸・•・w=7.15X10/2205~324kg.h(2)传热系数的计算由Q=KAAtmAtm=((120-30)-(120-80))/ln((120—30)/(l20-80))=50/ln(90/40)=61.66°CKi=Q/AiAtm=7.15X10/[60XnX(50/1000)X61.66]~1231kJ.h.m.C=342(w.m.K)(10分)有一逆流热交换器，将1.25kg.s的苯从77C冷却至27C，苯的平均比热Cp为1.88KJ.kg.K。冷却水的进、出口温度分别为25C和47C。换热器采用©25X2.5mm的钢管，水在管内，苯在管外，水和苯的传热膜系数分别为a=850w.m.K和a=1700w.m.K。钢的导热系数入=49w.m.K。若忽略污垢的热阻，试求冷却水消耗量及管子的总长度。***答案***q=CpG(t-t)=117.5KJ/SW=117.5/[4.187X(47-25)]=1.276kg.SAt=[(77-47)-(27-25)]/[ln(30/2)]=10.34C1/K=1/a+1/a+8/入K=550.7w.m.KA=q/K.At=20.635mL=A/ndm=292.1m