传热过程计算习题共76页
传热经典例题
上物性不随温度变化）。试求：
（1） 冬季时冷却水用量及蒸汽冷凝量各为多少 kg／h？
（2） 夏季时冷却水进口温度为 29℃，若冷却水用量与冬季相同，则夏季冷却水出口
温度为多少℃？蒸汽冷凝量将变为多少？
解：（1） l 1.5 75 40 di 0.02
Pr
Cp
4180 0.001 0.6
6.967
1/6
水将壳程中 100℃的蒸汽冷凝，蒸汽冷凝侧热阻、管壁及两侧污垢热阻忽略不计,不计热
损失。冬季时冷却水进口温度为 15℃，出口温度为 37℃。已知冷却水的比热 Cp=4180J
／(kg·℃)，粘度 μ=1cp,导热系数 λ=0.6W/(m·℃),蒸汽冷凝潜热 r=2.26×106 J／kg。（设以
T 90
T=123.83℃
（2）：空气量增大 25％， Ki i 1.250.8.i 83.7W/(m2 K)
Q
740 1.0051.25 3600
(t2
10)
83.7 1000
3.581
ln
t2 10 123.83 10
123.83 t2
t2 =88.17℃
以外表面积计
（1）
KO
第六章 传热典型计算例题
1. 在列管式换热器中，用饱和水蒸汽将空气由 10℃加热到 90℃，该换热器由 38 根
φ25×2.5mm、长 1.5m 的铜管构成，空气在管内作湍流流动，其流量为 740kg/h，比热为
1.005×103J/(kg·℃)，饱和水蒸汽在管间冷凝。 已知操作条件下的空气对流传热系数为
KO
1
1 1
2359W/(m2 K) 25
10000 3020.4 20
传热练习题(2012年)(过程原理)
1 3 .8 4 m
2
d2
(m K )/W K o 4 7 1 .6 W /(m K ) Q K 2 tm 1 3 .8 4 3 .1 4 0 .0 2 5 1 1 8 .8 1 0
3
4 . 总 传 热 面 积 ： A2 总管长：l A2
4 7 1 .6 1 8 .2 1 7 6 .3 m
3
冷 却 水 用 量 ： q m1 1 1 8 .8 1 0
3 3
Q c p h ( t 2 t1 ) 0 .9 4 9 k g /s 1 8 .2 C
o
4 .1 7 4 1 0 (3 2 0 2 9 0 ) t1 t 2 ln ( t1 t2 ) 30 10
3 2
9 0 .2 7 ℃
125 10
5 .9 6 9 9 0 .2 7 d2 d1 b d2
2 3 1 .9 8W / m ℃
2
1 d1
Rd1 0 .0 1 9
dm
Rd 2
1
2
1 7000
1 0 .0 1 5
2
0 .0 0 0 5
tm
( T t1）（ T t 2 ) ln （ T t 2 ) ( T t1）
1 .7 5
9 0 .2 7 t2 l0 6 2 0 ) 2 (t2 2 0 )
t 2 ℃
传热练习题一 在一单程管壳式列管换热器中用饱和蒸汽加热原料油。 温度160℃的饱和蒸汽在壳程冷凝，原料油在管程流动 并由20℃加热到106℃。列管直径为φ19×2 mm、管 长为4m、共25根管子。若换热器的传热量为125kw， 蒸汽冷凝传热系数α2为7000（w/m2.℃），油侧污垢热 阻可取为0.0005（m2.℃/w），管壁热阻和蒸汽侧污垢 热阻可忽略。 试求：管内油侧的对流传热系数αi为多少？ 又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热 系数为原来总传热系数的1.75倍。 试求：油的出口温度t2'为多少？（设油的物性不变）
化工原理培训传热练习
一、计算练习题1. 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm ×，流量为2000kg/h 的苯在内管中从80℃冷却到50℃。
冷却水在环隙从15℃升到35℃。
苯的对流传热系数αh =230W/（m 2·K ），水的对流传热系数αc =290W/（m 2·K ）。
忽略污垢热阻。
试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。
解 ①苯的平均温度6525080=+=T ℃，比热容c ph =×103J/（kg ·K ）苯的流量W h =2000kg/h ，水的平均温度2523515=+=t ℃，比热容c pc =×103J/（kg ·K ）。
热量衡算式为)()(1221t t c W T T c W Q pc c ph h -=-= （忽略热损失）热负荷 43101.3)5080(1086.136002000⨯=-⨯⨯⨯=Q W冷却水消耗量 1335)1535(10178.43600101.3)(3412=-⨯⨯⨯⨯=-=t t c Q W pc c kg/h ②以内表面积S i 为基准的总传热系数为K i ，碳钢的导热系数λ=45W/（m ·K ）089.0290082.00855.045082.00035.0230111⨯+⨯⨯+=++=o c i m i h i d d d bd K αλα =×10－3+×10－5+×10－3=×10－3m 2·K/WK i =133W/（m 2·K ），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。
并流操作80 50 2.341565ln 1565=-=并m t ∆℃传热面积 81.62.34133101.34=⨯⨯==并并m i i t K Q S ∆m 2逆流操作 8050 4023545=+=逆m t ∆℃传热面积 83.540133101.34=⨯⨯==逆逆m i i t K S ∆m 2因逆并逆并故i i m m S S t t >∆<∆,。
化工原理：传热习题(含答案)
第四章 传热一、填空题：1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知321b b b >>；导热系数321λλλ<<。
在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。
解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。
②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。
因为40100⎪⎭⎫⎝⎛==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。
②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。
解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。
①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。
②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁wt 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。
②对于间壁式换热器：mt KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。
传热习题课计算题
传热习题课计算题1、现测定一传热面积为2m2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某103J/kg·K）解：换热器的传热量：Q＝qmcp(T2－T1)＝1500/3600某4.18某103某(80－50)=52.25kW传热温度差△tm：热流体80→50冷流体30←155035△t1=50，△t2=35t1502t235传热温度差△tm可用算数平均值：t1t25035tm42.5℃22Q52.25103K615W/m2℃Atm242.52、一列管换热器，由φ25某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αi为520W/m2·℃，蒸汽对管壁的传42热系数α0为1.16某10W/m·℃，不锈钢管的导热系数λ＝17W/m·℃，忽略垢层热阻和热损失。
试求：（1）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）（2）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为126根）（总传热系数：以管平均面积为基准，11dmb1dm）Kidi0d0解：（1）传热量：Q＝qmcp(t2－t1)＝15000/3600某4187某(80－20)≈1.05某106W总传热系数：（以管平均面积为基准）1dmb1dm11230.002123Kidi0d0K5202217116.10425解得：K＝434.19W/m2·℃对数平均温差：1102011080△t190△t2301tmt1t2lnt1t29030ln903054.61℃传热面积：QKAmtmAmQKtm105.10643419.54.6144.28m2AmndmL；列管长度：LAm44.284.87mndm126314.0.023（2）管程为4程时，只是αi变大：强制湍流时：αi＝0.023（λ/d）Re0.8Pr0.4，u变大，Re＝duρ/μ变大4程A＇＝1/4A（单程），则：4程时u＇=4u（单程）0.80.8有520＝1576.34W/m2·℃i（4程）＝4αi（单程）＝4某4程时：1K1dmb1dm11230.002123idi0d0K1576.342117116.10425K=1121.57W/m 2·℃Q1.05106A17.14m2Ktm1121.5754.614程列管长：LA17.141.88mndm1263.140.0233、有一列管式换热器，装有φ25某2.5mm钢管320根，其管长为2m，要求将质量为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。
热传导和传热的计算练习题
热传导和传热的计算练习题热传导是指物体内部分子间的能量传递过程，而传热是指热量从高温区域传递到低温区域的过程。
掌握热传导和传热的计算方法对于解决实际问题具有重要意义。
下面将通过一些练习题来加深对热传导和传热计算的理解。
1. 练习题 1一个长度为2 m，截面积为0.01 m²的铜棒，两端温度分别为100 ℃和50 ℃。
铜的导热系数为400 W/(m·K)。
求棒子上每单位长度的热流量。
解答：首先通过热传导公式：热流量 = 导热系数 ×截面积 ×温度差 ÷长度我们可以计算出每单位长度的热流量：热流量 = 400 × 0.01 × (100 - 50) ÷ 2 = 100 W/m2. 练习题 2一个半径为0.05 m的球体，表面温度为500 K，球体内部温度为300 K。
假设球体的导热系数为20 W/(m·K)，求球体表面每单位面积的传热量。
解答：我们可以通过球体的表面积来求解每单位面积的传热量：表面积= 4πr²传热量 = 导热系数 ×表面积 ×温度差传热量= 20 × 4π × (0.05)² × (500 - 300) = 100 π W/m²3. 练习题 3一片0.02 m²的玻璃窗户，室内温度为20 ℃，室外温度为10 ℃。
忽略玻璃的导热特性，求窗户每秒传递的热量。
解答：窗户的传热量可以通过传热率公式来计算：传热率 = 1.6 W/(m²·K) （常用值）传热量 = 传热率 ×面积 ×温度差传热量 = 1.6 × 0.02 × (20 - 10) = 0.32 W4. 练习题 4一个铝制容器内装有100 g的水，初始温度为25 ℃。
将容器置于100 ℃的蒸汽中，经过一段时间后，水的温度达到90 ℃。
传热过程及换热器例题
传热过程与换热器1.一外直径为 20mm 的导线用橡胶做绝缘，橡胶绝缘层的厚度为 10mm ，导热系数为0.15 W/(m ・K)，它与外部空气间的表面传热系数为 10 W/(m 2 .K)。
试分析此情况下的橡胶绝缘层是否妨碍导线的散热。
解 本题导线外直径d 1 =20mm ，绝缘层厚度：=10mm ，则绝缘层外直径 d 2 • 2" =20 • 2 10=40mm 。
临界绝缘直径 d c 为d c =2丄=2 015 =0.03m =30mm h 2 10显然，导线绝缘层外直径大于临界绝缘直径，即d 2 d c ，此时的热阻比临界绝缘直径时的热阻要大，使得导线的散热量减少。
因此从有利于导线的散热考虑，橡胶绝缘层厚度应取(d c -d 1)/2 =(30 -20)/2 =5mm 为宜。
2.已知热流体进口温度为 80C ，出口温度为 50C ，而冷流体进口温度为 10C ，出口 温度为30 C 。
试计算换热器为下列情况下的对数平均温压。
(1)纯顺流。
(2)纯逆流。
(3)1-2型壳管式。
解 根据题意，t ；=80 C,帚=50 C ； t 2 ^10 C, t ；=30 C,贝U(1)纯顺流时， t 二t ；-t 2 =80 -10 =70C ； t # -t 2 =50 -30 =20C,则丄ZT —A t " 70—20 :tm1 ： 7039.9 Cln( ) In:t 20⑵ 纯逆流时， *—t2=80 —30=50 C ； f =t1—t 2 =50—10=40 C,则3 1-2型壳管式，因为不是纯顺流或纯逆流，因此需要先按纯逆流考虑，再进行修正即可。
■ * jU «1■« 1« it 2 -t 230 —10t 1 -t 230-10寸巾284，查得1-2型壳管式换热 m2•勺一•址 50—40=44.8 Cln(■ ：t40即=f (R, P) =f (1.5,0.284) =0.95.■■:t m ^ _■ ■:t m 2 = 0.95 ：• 44.8 = 42.6 C可见，换热器在相同的流体进、出口温度下，以纯逆流方式的对数平均温压最大，纯顺流 方式的对数平均温压最小，其他方式的对数平均温压介于纯逆流和纯顺流之间。
化工原理传热计算题专题训练
化工原理传热计算题专题训练.(总56页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第二部分 计算题示例与分析3-77 某流体通过内径为100mm 圆管时的流传热系数为120W/(C m 02⋅),流体流动的雷诺数5102.1Re ⨯=,此时的对流传热系数关联式为4.08.0Pr Re 023.0=Nu 。
今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1：3的矩形扁管，而保持流速不变，试问对流传热系数有何变化解：由对流传热系数α的计算公式： dλα023.0=（μμρd ）8.0Pr 4.0当物性不变时 2.08.0-∝d u α 不变u ， ∴α2.0-∝d 求扁管的当量直径d e ：设a 、b ，分别为矩形截面的宽与长由题意31=b a 2(a+b)=d π解之 a=8d π b=83dπ∴d e =16328382)(24=⋅⨯=+d d d b a ab πππd π =m 0295.005.014.3163=⨯⨯设αα'、分别为圆管与扁管的对流传热系数，则11.1)0295.005.0()(2.02.0'===e d d a a∴α'= α=⨯=111W/(⋅2m ℃)对流传热系数由原来的１００Ｗ／（⋅2m ℃）增至现在的１１１Ｗ／（m ⋅2℃） 分析：由以上的计算可以看出，由于矩形扁管的当量直径小于同周长圆的直径，其对流传热系数大于后者。
因此用非圆形管道制成的换热器（如最近开发的螺旋扁管换热器），一般都具有高效的特点。
３－８４ 某固体壁厚b=500mm,其导热系数⋅=m W /(0.1λ℃)。
已知壁的一侧流体温度Ｔ＝230C ,其对流传热系数a 1=50W/(m.℃);另一侧流体温度t=30℃,对流传热系数/(1002W =αm 2℃).若忽略污垢热阻，试求：（1） 热通量q; （2）距热壁面２５mm 处的壁温t x 。
解：方法一先求热通量，然后以（Ｔ－t x ）为传热推动力，（λba +11）为对应热阻，求出x t 。
热传导和传热的实际应用练习题
热传导和传热的实际应用练习题传热是热力学中一个重要的概念，它描述了热能在物体之间的转移过程。
传热有三种主要的方式：热传导、对流传热和辐射传热。
在日常生活和工程实践中，我们经常遇到与传热相关的问题。
以下是一些实际应用练习题，旨在巩固和深化对热传导和传热的理解。
1. 热传导问题1.1 一块长方形金属板的两侧温度分别为100°C和20°C，板的宽度为0.1m，厚度为0.02m。
已知该金属板的导热系数为50 W/(m·K)，求金属板上某一点的热传导速率。
解答：根据热传导定律，热传导速率Q与导热系数λ、温度差ΔT 以及传热面积A的乘积成正比，即Q = λ·A·ΔT。
由题意可知，ΔT = 100°C - 20°C = 80°C，A = 0.1m × 0.02m = 0.002m²。
代入已知数据，可得热传导速率Q = 50 W/(m·K) × 0.002m² × 80°C = 8 W。
1.2 一根长为1m，直径为0.02m的铜棒的两端分别与100°C和20°C的热源接触，已知铜的导热系数为400 W/(m·K)，求铜棒上某一点的热传导速率。
解答：对于圆柱体，热传导速率的计算式为Q = λ·A·ΔT/Δx，其中A为圆柱体的横截面积，Δx为热传导的距离。
由题意可知，A = πr² = π(0.01m)²，ΔT = 100°C - 20°C = 80°C。
根据题意条件，Δx可以取1m。
代入已知数据，可得热传导速率Q = 400 W/(m·K) × π(0.01m)² × 80°C / 1m = 0.08 π W。
2. 传热方式问题2.1 一瓶装有热茶的杯子放在室内，茶的温度为70°C，室内温度为25°C。
传热习题课计算题
1、现测定一传热面积为2m2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c p=4.18×103J/kg·K）解：换热器的传热量：Q ＝q m c p (T 2－T 1)＝1500/3600×4.18×103×(80－50)=52.25kW传热温度差△t m ：热流体 80 → 50冷流体 30 ← 15△t 1=50， △t 2=352355021<=∆∆t t 传热温度差△t m 可用算数平均值：5.4223550221=+=∆+∆=∆t t t m ℃ ⋅=⨯⨯=∆=23/6155.4221025.52m W t A Q K m ℃2、一列管换热器，由φ25×2mm 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αi 为520W/m 2·℃，蒸汽对管壁的传热系数α0为1.16×104W/m 2·℃，不锈钢管的导热系数λ＝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，00111d d b d d K m i mi ⋅++⋅=αλα）解：传热量：Q ＝q m c p (t 2－t 1)＝15000/3600×4187×(80－20) ≈ 1.05×106W总传热系数：（以管平均面积为基准） 1111152023210002171116102325004K d d b d d K i m i m =⋅++⋅=⋅++⨯⋅αλα .. 解得： K ＝434.19W/m 2·℃ 对数平均温差： 110110 2080△t 1=90 △t 2=30∆∆∆∆∆t t t t t m =-=-=1212903090305461ln ln .℃ 传热面积： Q KA t m m =∆ A QK t m m m ==⨯⨯=∆10510434195461442862.... A n d L m m =π； 列管长度：L A n d m m m ==⨯⨯≈π44281263140023487....3、有一列管式换热器，装有φ25×2.5mm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。
传热计算题——精选推荐
传热计算题1．有无保温层的热损失平壁炉炉壁是用内层为120mm 厚的某种耐火材料和外层为230mm 厚的某种建筑材料砌成，两种材料的导热系数均未知。
已测得炉内壁壁温为800℃，外侧壁面温度为113℃。
为减少热损失，在普通建筑材料外面又包砌一层为50mm 的石棉，包砌石棉后测得的各层温度为：炉内壁温度800℃、耐火材料与建筑材料交界面温度为686℃、建筑材料与石棉交界面温度为405℃，石棉层外侧温度为77℃。
问包砌后热损失比原来减少百分之几？ 答：42.5%2．导热系数为变量时的热损失有一水蒸汽管道，其外径为426mm ，长为50m ，管外覆盖一层厚为400mm 的保温层，保温材料的导热系数随温度变化，其关系为))(./(1095.04C t K m W t ︒⨯+=-为温度，式中λ。
现已测得水蒸气管道的外表面温度为150︒C ，保温层外表面温度为40︒C ，试计算该管道的散热量。
答：19.1kW3．导热总温差在多层壁内的分配及保温材料的合理使用φ60×3mm 钢管外包一层30mm 石棉层（导热系数为0.16W/(m.K)）后，再包一层30mm 软木（导热系数为0.04 W/(m.K)），已测得管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃。
又已知大气温度为20℃。
(1) 求每米管长所损失的冷量及软木层外壁面与空气间的对流传热膜系数。
(2) 计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数。
若忽略钢管壁热阻，重新计算每米管长损失的冷量。
(3) 若将两层保温材料互换（各层厚度仍为30mm ），钢管内壁面温度仍为-110℃，作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为10℃。
求此时每米管长损失的冷量。
(4) 若将两层保温材料互换，钢管内壁温度仍为-110℃，计算每米管长实际损失的冷量及最外层的石棉层表面的实际温度。
提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。
(5) 由以上各题的计算结果，您将得到哪些有用的结论？答：(1)-52.1W/m, 9.21W/(m 2.K)；(2)0.01%,29.94%,70.05%,-52.1W/m ；(3)-38.1W/m ；(4)-38.74W/m,12.6︒C4．保温层的临界半径在φ25×2.5mm 的蒸气管道外包一层厚度为37.5mm 、导热系数为0.8W/(m.K)的保温层。
传热计算习题附详细答案
传热计算题1.在一内径为0.25cm的管轴心位置上，穿一直径为 0.005cm的细导线，用以测定气体的导热系数。
当导线以0.5A 的电流时，产生的电压降为0.12V/cm，测得导线温度为167℃，空心管内壁温度为150℃。
试求充入管内的气体的导热系数试分析仪器精度以外造成结果误差的客观原因。
2．有两个铜质薄球壳，内球壳外径为0。
015m，外球壳内径为 0.1m，两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。
内球用电加热，输入功率为 50w，热量稳定地传向外球，然后散发到周围大气中。
两球壁上都装有热电偶，侧得内球壳的平均温度为120℃，外求壳的平均温度为50℃，周围大气环境温度为20℃；设粉粒料与球壁贴合，试求：（1）待测材料的导热系数（2）外球壁对周围大气的传热系数3．有一面积为10cm2带有保护套的热电偶插入一输送空气的长管内，用来测量空气的温度。
已知热电偶的温度读数为300℃，输气管的壁温为 200℃，空气对保护套的对流传热系数为60w/m2.k，该保护套的黑度为 0.8，试估算由于辐射造成的气体温度测量误差。
并叙述减小测量误差的途径。
已知 Stefan-Bohzman常数σ=5.67×10-9w/m2k 。
4．用两个结构尺寸相同的列管换热器按并联方式加热某中料液。
换热器的管束由32根长 3m 的Ф25×3mm 的钢管组成。
壳程为120℃的饱和蒸汽。
料液总流量为20m3/h，按相等流量分配到两个换热器中作湍流流动，由 25℃加热到 80℃。
蒸汽冷凝对流传热系数为8Kw/m2.℃，管壁及污垢热阻可不记，热损失为零，料液比热为 4.1KJ/kg.℃，密度为 1000kg/m3。
试求：（1）管壁对料液的对流传热系数（2）料液总流量不变，将两个换热器串联，料液加热程度有何变化？（3）此时蒸汽用量有无变化？若有变化为原来的多少倍？（两者情况下蒸汽侧对流传热系数和料液物性不变）5．某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m2（管外面积），均由128根Ф25×2.5mm的钢管组成。
化工原理传热计算题
化工原理传热计算题
在化工工艺中，传热是一个重要的计算问题。
传热计算常根据热传导、对流传热和辐射传热三种不同的机制进行分析。
热传导是物质内部热量传递的机制，其计算可以根据傅立叶定律进行。
傅立叶定律表明，传导热流密度与温度梯度成正比。
传热的计算公式可以表示为:
q = -k * A * (dT/dx)
其中，q表示单位时间传导热量，k是物质的热导率，A是传热面积，(dT/dx)是单位长度温度梯度。
对流传热是指通过流体的对流传递热量的机制。
其计算需要考虑流体的流动动力学特性和换热系数。
一般情况下，对流传热可以使用努塞尔数（Nu）来描述。
根据对流传热公式，传热率可以表示为:
q = h * A * (ΔT)
其中，q表示传导热量，h是换热系数，A是传热面积，ΔT是流体之间的温度差。
辐射传热是通过电磁波辐射传递热量的机制。
辐射传热的计算涉及辐射热通量、辐射发射率和辐射吸收系数等参量。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，辐射传热的计算公式可以表示为:
q = ε * σ * A * (T^4-T_s^4)
其中，q表示单位时间辐射传导热量，ε是辐射发射率，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，A是传热面积，T是物体表面温度，T_s是周围介质温度。
在实际的传热计算中，常常需要结合以上各种传热机制并考虑物料的特性和实际条件，综合分析并得出准确的结果。
这些传热计算可以应用于各种化工工艺中，例如换热器设计、反应器的冷却等。
传热-计算题
传热-计算题1、有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm ，流量为2000kg/h 的苯在内管中从80℃冷却到50℃其平均比热容为c ph =1.86×103J/（kg·K ）。
冷却水在环隙从15℃升到35℃。
苯的对流传热系数αh =230W/（m 2·K ），水的对流传热系数αc =290W/（m 2·K ），平均比热容为c pc =4.178×103J/（kg·K ）。
忽略污垢热阻。
试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积。
2、在一单程列管换热器内，用140℃的水蒸气将1800kg/h 、20℃的空气加热到120 ℃。
换热器壳程内为水蒸气冷凝。
换热器以外表面为基准的总传热系数)/(5.3120K m W K ⋅=。
换热器的换热管是由120根3m 长φ19⨯2mm 的钢管组成，问此换热器是否合用？已知空气的平均比热为1.02kJ/kg ⋅K ，空气在管程呈湍流流动，热损失及壁面和垢层热阻均可忽略。
3、一列管换热器，用水冷却某种有机溶剂。
已知水走管程，流量为3.0kg/s ，水的进口温度为300K ，出口温度为328K ，平均比热为4.2kJ/kgK ；有机溶剂走壳程，流量为2.0kg/s ，进口温度为383K ，平均比热为3.3kJ/kgK ，热损失取热负荷的4%，求（1）热流体出口温度为为多少K ？（2）逆流时换热器的对数平均温度差为多少K?4、有一平壁炉，由下列三种材料组成：耐火砖：λ1=1.4 W/m ⋅K ， δ1=225mm 最里层保温砖：λ2=0.15 W/m ⋅K ， δ2=115mm 中间层建筑砖：λ3=0.8 W/m ⋅K ， δ3=225mm 最外层今测得炉内壁温度为930℃，外壁温度为55℃，试求单位面积上的热损失和各层砖接触面上的温度。
5、一列管换热器，管程流体被加热，温度由300K 升高到360K ，流量为3600kg/h ，平均比热为3.4 kJ/kg ⋅K ，给热系数为2600 W/m 2⋅K ；壳程用一温度为393K 的饱和水蒸气冷凝，给热系数为10000 W/m 2⋅K 。
热传递练习题
热传递练习题热传递是物理学中重要的研究内容之一，它描述了热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
理解和应用热传递原理对于工程领域、能源利用以及生活中的各种情况都具有重要意义。
在本文中，我们将通过一些练习题来加深对热传递的认识和应用。
1. 假设有一个均匀散热的物体表面，其表面积为2平方米，表面温度为30摄氏度，周围环境温度为20摄氏度。
根据斯特藩—波依特定律，计算这个物体每秒钟散失的热量。
解析：根据斯特藩—波依特定律，热量的传递速率与温度差成正比，并与物体表面积成正比，与物体的热导率成反比。
Q = k * A * ΔT其中，Q代表热量传递速率（单位为焦耳/秒或者瓦特），k代表该物体的热导率（单位为焦耳/（秒·米·摄氏度）），A代表物体表面积（单位为平方米），ΔT代表温度差（单位为摄氏度）。
在本题中，ΔT = 30摄氏度 - 20摄氏度 = 10摄氏度，A = 2平方米，而热导率k需要根据具体物体的材料性质进行查询。
假设热导率为1瓦特/（秒·米·摄氏度），则热量传递速率为：Q = 1 * 2 * 10 = 20W因此，该物体每秒钟散失的热量为20瓦特。
2. 假设有一台电冰箱，其内部维持恒温5摄氏度，外部温度为35摄氏度。
电冰箱进行制冷的功率为150瓦特。
已知电冰箱的制冷效率为40%，求电冰箱每秒从内部移除的热量。
解析：制冷效率定义为制冷功率除以吸收热量的比值。
制冷效率 = 制冷功率 / 吸收热量吸收热量 = 制冷功率 / 制冷效率在本题中，制冷功率为150瓦特，制冷效率为40%。
吸收热量 = 150瓦特 / 0.4 = 375瓦特即电冰箱每秒从内部移除的热量为375瓦特。
3. 假设你打算冬天用电暖气加热你的卧室。
卧室的面积为15平方米，希望保持的温度为20摄氏度，而室外温度为0摄氏度。
电暖气的制热功率为2000瓦特。
你认为是否合理？为什么？解析：我们可以通过计算比较电暖气的制热功率和室内保持温度所需的散热量来判断是否合理。
传热过程计算习题
C min 1 e xp[ NTU min (1 )] C max 并流： C min 1 C max
21
三、传热效率与传热单元数的关系
若热流体为最小值流体，则令：
Cmax qm,c c pc , Cmin qm,hc ph
得出了冷流体为最小值相同的公式。
同理，逆流时传热效率和传热单元数的关系：
C min 1 e xp[ NTU min (1 )] C max C min C min 1 e xp[ NTU min (1 )] C max C max
f ( NTU, Cmin / Cmax ) 绘图
22
传热单元数法
单程逆流换热器中ε和 NTU 关系
2. 实验测定总传热系数K
方法：实验测定流体的温度、流量等参数， 通过 Q KSt m计算。 [例]
3. 换热器的操作型计算
[例4-11] T1 t1 20℃
T=116.3℃ P=1.765105Pa
t2 80℃ T2 壳间水蒸气冷凝
空气湍流
若qm,c’=1.2 qm,c，t1、t2不变，应采取什么措施? （忽略管壁热阻和污垢热阻）
1 1 1 3500 1000 1 1 778W m 2 K 1
17.7 ℃
30℃ 15℃
K1
1
1
3
Q1 1.22 105 S1 3.04 m 2 K1t m ,1 778 51.6
78.5℃
冷却段
t m , 2
17.7 ℃ 78.5 17.7 30 15 32.8C 78.5 17.7 ln 30 15
传热计算例题
例1． 将0.417kg/s ，353K 的某液体通过一换热器冷却到313K ，冷却水的进口温度为303K ，出口温度不超过308K ，已知液体的比热容c ph =1.38 kJ/（kg ⋅K ），若热损失可忽略不计，试求该换热器的热负荷及冷却水的用量。
解：由于热损失可忽略不计，换热器的热负荷为：()21T T c G Q Q ph h h -=='()3133531038141703-⨯⨯⨯=..23000= W=23 kW冷却水的消耗量，可由热量衡算式确定。
由于热损失可忽略不计，应有：c h Q Q =或()h pc c Q t t c G =-12 冷却水平均温度为5.3052308303=+K ，由附录查得水的比热容为4.18 kJ/（kg ⋅K ）()()1.130********.423000312=-⨯⨯=-=t t c Q G pc h c kg/s例2． 某列管换热器用压强为110kN/m 2的饱和蒸汽加热某冷液体；流量为5m 3/h 的冷液体在换热管内流动，温度从293K 升高到343K ，平均比热容为1.756 kJ/（kg ⋅K ），密度为900kg/m 3。
若换热器的热损失估计为该换热器热负荷的8%，试求热负荷及蒸汽消耗量。
解：冷液体在列管换热器的管程被加热，该换热器的热负荷在数值上等于冷流体吸收的热量，即；()12t t c G Q Q pc c c -=='()293343107561360090053-⨯⨯⨯⨯=='.c Q Q 110000=W=110kW由附录查得110kN/m 2压力下饱和水蒸汽的冷凝潜热为2245kJ/kg ，由热量衡算式可得水蒸气消耗量为：()05280224508011108..%=+⨯=+=h c c h r Q Q G kg/s=190kg/h例3． 单管程、单壳程列管换热器，采用225⨯φmm 的钢管作为换热管。
热传递计算题
一、选择题1、将肉片直接放入热油锅里爆炒，会将肉炒焦或炒糊，大大失去鲜味。
厨师预先将适量的淀粉拌入肉片中，再放到热油锅里爆炒，炒出的肉片既鲜嫩味美又营养丰富，对此现象说法不正确的是（）A．在炒肉片过程中，肉片的温度升高，内能增加B．在炒肉片过程中，肉片内能增加主要通过做功实现的C．附着在肉片外的淀粉糊有效防止了肉片里水分的蒸发D．附近能闻到肉香体现了分子在不停地做无规则的运动2、下列说法中正确的是（）A．深秋清晨，往往看到门窗玻璃的外表面附着一些水珠是液化现象B．扩散现象不仅说明了分子在不停地做无规则运动，还说明了分子之间有间隙C．物体的内能增加，一定是因为吸收了热量D．随着科技的发展，把内能全部转化为机械能的热机终究会研制成功3、用锤子反复击打铁块，铁块的温度升高，针对此现象下列说法正确的是（）A．铁块被击打前分子是静止的 B．击打时锤子将温度传给铁块 C．击打时锤子的内能转化为铁块的机械 D．铁块温度升高时内能增加4、下列说法中不正确的是A．安宁桃花会上，游客能闻到桃花的香味，说明分子是运动的B．铁丝很难被拉断，说明分子间有引力C．四冲程汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能D．一杯水温度降低时，内能减小了5、图 5 是某物质由液态变为固态过程温度随时间变化的图像，下列说法正确的是（）A．t4 时刻物体内能为零B．t2t3 时刻物体内能相等C．t2 时刻物体能能比 t3 小D．t1 时刻物体分子动能比 t2 时大6、对以下现象解释正确的是（）A．两杯质量相同的热水和冷水，往其中各加一块糖，过一会儿品尝，热水较甜――温度越高，热运动越剧烈B．烈日下，在海边玩耍常感觉沙子比水烫――沙子的比热容比水大C．烧水时，水蒸气顶起壶盖――机械能转化为内能D．冬天，搓搓手感觉暖和――热传递改变了物体的内能7、下列说法中正确的是A.20℃的水一定比80℃的水含有的热量少B．酒精灯内的酒精用去一半后，酒精的热值不变C．用锯条锯木板，锯条的温度升高，是用做功的方式增大了锯条的内能D．发生沙尘暴时，沙尘漫天浮动，这种现象说明分子在永不停息地做无规则运动8、右表中所列为几种常见燃料的热值。
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30℃
35℃
15℃
17.7 ℃
tm ,17.5 8 l1 n 7.7 7 .5 8 1 7..7 5 7 835 5.6 1 C
7.5 835
K 1 1 1 1 1 33151 0 110 0 0 70 7 W 8 m 2K 1
S1K1Q 1 tm ,17 1.27 2 5 1 8.6 5 1 03.0m 42
1
1 0.002250
1
20
25045 2.25 1002050
24[w 2/m2k]
(b) 平均温度差 在p=981 kN/m2，水的饱和温度为179℃
(50 107 )(9 40 107 ) 9 ℃
tm
2
271
(c)计算单位面积传热量
Q/A1=K1Δtm =242×271=65580W/ m2
解：乙醇冷凝放热： Q 1 q m ,h r 5 3k 0 6 s 8 g 0 0 8 1 0 3 J 0 0 k 1 g 1 .2 1 2 5 W 0
乙醇冷却放热：
Q2qm,hcp,ht
50k0g2.8103Jkg1C178.530C
360s 0 1.89104W
T' 11.28C只有提高饱和蒸气的压力才能满足要求。
p' 1.961105Pa
4.4.5 传热单元数法（NTU法）
传热单元法又称传热效率-传热系数法（ε-NTU) 一、传热效率
传 热 效 率 最实 大际 可传 能热 传Q Q速 m热a率 x 速
最大可能传热速率：换热器中可能发生最大温差 变化的传热速率。
KtdS
Q
t 2 d ( t ) t 1 t 2
S
dS
t1 K t
Q
0
t 2 d ( t )
t1 a t b t
2
t1 t2 Q
S
Q S K 1 t2 K 2 t1 ln K 1 t2 K 2 t1
78.5℃ 78.5℃
35℃
30℃ 15℃
78.5℃ 78.5℃
35℃
30℃ 15℃
冷凝段 qm,hrqm,ccp,ct'
t'qm ,hr 1.2 21501.3 7C
qm ,ccp,c 1.6 84200 两段分界处水温：t'=35-17.3=17.7 ℃
冷凝段：
78.5℃ 78.5℃
总放热：Q1+Q2=1.41105W
冷却水流量
q m ,c c p ,c tQ 2 t1 4J 2 k 1 .0 4 1 g C 1 0 1 1 5 W 3 0 1 5 C 5 1 .6k8 s g 1
用传热速率方程求传热面积，既有相变传热， 也有无相变的变温传热，因此将传热面积分段 求解，分为冷凝段和冷却段，求得两段分界处 的水温，再求其他。
A m A 1A m A 1d m
2.5 2
0 .0025 tw18 84558 2198 .8 0 C 4
由此题计算结果可知：由于水沸腾对流传热系数很大，热
阻很小，则壁温接近于水的温度，即壁温总是接近对流传 热系数较大一侧流体的温度。又因管壁热阻很小，所以
原流量下 QKAtm，式中
K
1
1
1
空 气 蒸 气
空《 气蒸 气
5~25
6000~20000 30000~100000 W m 2K 1
0 K 空气
新流量下，强制湍流，管径不变，1 u0.8 则
u' 1.2u
空 空 ' 气 气 1.u 20 u.80.8 1.20.81.16
溶液的=1000kg/m3；cp=4.2kJ/kg. C。
24
(四) 壁温的计算
对稳态传热过程
QTTw 1
Twtw 1
twt 1
KA tm
1A1
bAm
2A2
整理上式可得：
Q
Tw
T
1 A1
bQ Q
twTwAmt2A2
(四) 壁温的计算 壁温总是接近较大一侧的流体温度；
（ 绝 压 ） 的 水 沸 腾 。 已 知 高 温 气 体 对 流 传 热 系 数 a1=250W/
m2·℃，水沸腾的对流传热系数a2=10000 W/ m2·℃。忽略污垢
热阻解。：试(a求) 总管传内热壁系平数均温度Tw及管外壁平50均0℃tw。
400℃
以管子内表面积S1为基准
K111bdd1m 1 12dd12
[例4-11]
空气湍流 t1 20℃
T1 T=116.3℃ P=1.765105Pa
t2
80℃
T2 壳间水蒸气冷凝
若qm,c’=1.2 qm,c，t1、t2不变，应采取什么措施? （忽略管壁热阻和污垢热阻）
(1)热量恒算
原流量下： Qqm,ccp,ct 新流量下： Q ' q m ',c c p ,c t 1 .2 q m ,c c p ,c t 1 .2 Q （2）传热速率
S
dS
T2qm,hcph dT
0
T1 KTt
S
S
dS
t2qm,ccpdc T
0
t1 KTt
用图解积分法或数值积分法求得。
[例4-10] 现要求每小时将500kg的乙醇饱和蒸气
（Tb=78.5℃ ）在换热器内冷凝并冷却至30 ℃,已知 其传热系数在冷凝和冷却时分别为1=3500W·m2 ·K-1， 2=700W·m-2 ·K-1，t1=15 ℃， t2=35℃。 已知水的传热系数3=1000W·m-2 ·K-1， cp,c=4.2kJ·kg-1·K-1,忽略管壁和污垢热阻,求换热 器的传热面积。
同理，对热流体： S q m ,c c pc t2 dt
K T t1 t
L q m ,h c ph T2 dT
n dK T T1 t
L H h NTU h
20
三、传热效率与传热单元数的关系
根据热量衡算和传热速率方程导出。
以单程并流换热器为例推导。
T2 t2 T1 t1
Q 'K 'A tm ' 1.1K 6 A tm '
Q Q ' 1 .Q 2 Q 1 .1 K K 6 t m A tm 'A tm ' 1 1 .1 .2 6 tm 1 .0 3 tm4
t1=20℃
T1’=？ P=1.765105Pa
T1= 116.3℃
(d)管壁温度
T----热流体的平均温度，取进、出口温度的平均值 T=(500+400)/2=450 ℃
管内壁温度
Q
65580
TwT1A 145025 018 C 8
管外壁温度
bQ
tw Tw Am
QQA 1Qd 165 5280 5 08w 2 /m 9 2 0
78.5℃
78.5℃
30℃
冷却段
35℃
15℃
tm ,27.5 8 l n 1 7..7 5 7 8 1 3.7 7 015 3.8 21C 7.7 ℃
3 015
K 2 1 2 1 1 3710 11 0 10 0 40 1 W 2 m 2K 1
t2 dt
t1 Tt
S KdS 0 qm,ccpc
(NTU)c
基于冷流体的传热单元数
18
传热单元数： 量纲为1的函数，反映传热推动力和传热所要求
的温度变化。传热推动力↑，（NTC)c ↓
NT cU tt1 2T d ttqm K ,ccpS c K qm n ,cc d pcL
S2K2Q 2 tm ,24 1.81 9 3 1 2.8 4 2 01.4m 02
换热器传热面积S=S1+S2=3.04+1.40=4.44[m2]
2. 实验测定总传热系数K
方法：实验测定流体的温度、流量等参数， 通过 QKStm计算。
[例]
3. 换热器的操作型计算
4.4.4 总传热速率方程的应用
传热面积的计算： K 为常数时：
Q QKStmSKtm
当K为变量，但K随温度呈线性变化时：
d(t) t1 t2
KtdS
Q
设Kabt, a,b为常数
4.4.4 总传热速率方程的应用
传热面积的计算：
d(t) t1 t2
单程逆流换热器中ε和 NTU 关系
折流换热器中ε和 NTU 关系
4.4.6 传热计算示例
例题：用120C的饱和水蒸汽将流量为36m3/h的 某稀溶液在双管程列管换热器中从温度为80C上升到 95C，每程有直径为25×2.5mm管子30根，且以管 外表面积为基准K=2800 W/m2.C，蒸汽侧污垢热阻和 管壁热阻可忽略不计。求： （1）换热器所需的管长； （2）操作一年后，由于污垢积累，溶液侧的污垢系 数增加了0.00009m2.C/W，若维持溶液原流量及进口 温度，其出口温度为多少？若又保证溶液原出口温度， 可采取什么措施？（定性说明）
S q m ,c c pc t2 dt K t1 T t
L q m ,c c pc t2 dt
n dK t1 T t
L H c NTU c Hc 传热单元长度
19
传热单元长度Hc:
长度量纲，是传热热阻和流体流动状况的函数。 总传热系数越大，传热单元长度越短，所需传热 面积越小。
理论上最大的温差： T1 t1
热容流量：qmcp 最小值流体： 热容流量最小的流体为最小值流体。