化工原理传热练习题(DOC)

传热

概念：

1、传热的三种基本方式

2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K

4、如何强化传热

计算公式

（1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8）

（2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。（3）实验测K (例4－9)

（4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10）

二实验题（10）

1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？

2.蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？

3.为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的 和S？为什么？

换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？

4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？

1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。（1分）

当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用逆流操作。（1分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。（1分）采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。（1分） 2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。（3分）

一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。

（3分）5．灰体的定义及特点

6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、

仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？

三计算题（60分）

3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为 1.5kg/s，由80o C 被冷却至30o C。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温

度为20o C ，出口温度为50o C 。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为900W/(m 2K)、1700W/(m 2K)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若列管为φ25×2.5mm 的钢管，长3米，其导热系数为45W/(m 2K)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求：

（1）所需换热器的列管数为多少？

（2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，换热器的列管数又为多少？

2. 解：m m t L d Kn t KS Q ∆=∆=0π (3分) 其中，)(21T T C W Q ph h -==1.5⨯1.9⨯103⨯（80-30）=142.5（kW ） (2分) 000111

αλα++=

m i i d d b d d K =1700

1

5.224525105.2209002513

+⨯⨯⨯+⨯-=490.5[W/(m 2K)] (3分) 2

1

21ln

t t t t t m ∆∆∆-∆=

∆=1030ln 10

30-=18.2(C ︒) (3分)

故 7.672

.18310255.49014.3105.1423

3

0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=-m t L Kd Q n π（根） (2分) （2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，则87.295917002

8

.0'0=⨯=α

W/(m 2

K) (2分)

同理可得，'

K '0

0111

αλα++=

m i d d b =559.1 [W/(m 2.K)] (3分)

则 4.59''0=∆=

m

t L d K Q

n π（根） (2分)

2、（20分）用一传热面积为3m 2（以外表面积为准），由Φ25⨯2.5mm 管子组成的单程列管式换热器，用初温为10℃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1000kg/h 和1200kg/h ，其比热容分别为4.18kJ/(kg ⋅K)和2.0kJ/(kg ⋅K)，水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/(m 2⋅K)和250W/(m 2⋅K)，两侧可视为呈逆流流动，如不计算管壁及污垢热阻：

（1） 试计算说明该换热器是否合用？

（2） 夏天，水的初温达到30℃时，该换热器是否合用？（假设K 不改变），如不合用，

如何解决？

四。计算题：.（20分）

解： （1）m 00pc C ph h t A K t C W T C W Q ∆=∆=∆= 3600

1000

)10t (18.4100036001000)100200(0.212002⨯-⨯⨯=⨯

-⨯⨯ [W] ∴ 4.67t 2=℃ （3分） 200 → 100

67.4 ← 10 3.1112

90

6.132t m =+=∆℃ 132.6 90

K m /21W .21620252000125011

d d 111K 2i

i 00⋅=+=+

=

αα （3分）

∴A 3.11121.2163600

1000

)100200(0.21200⨯⨯=⨯

-⨯⨯ A= 2.77 m 2 ＜ 题给3 m 2 , 合用. （3分）

(2) 水初温30℃

3600

1000

)30t (18.4100036001000)100-200(0.21200Q 2⨯-⨯⨯=⨯

⨯⨯= 4.87t 2=℃ 200 → 100

87.4 ← 30 3.912

70

6.112t m =+=∆℃ （4） 112.6 70

A 3.9121.2163600

1000

)100200(0.21200⨯⨯=⨯

-⨯⨯ （3分） A=3.37 m 2

＞

3 m 2 不合用. 可增加换热面积,两台串联使用. （4分）

4. （15分）某车间有一台运转中的单程列管换热器，热空气走管程，由120︒C 降至80︒C ，

其对流传热系数α1=50 W/m 2⋅︒C 。壳程的水被加热，水进口温度为15︒C ，出口升至90︒C ，

其对流传热系数α2= 2000W/m 2

⋅︒C 。管壁热阻、壁厚及污垢热阻可不计，换热器系逆流操作，水的流量为2700kg/h ，平均比热为4.18kJ/kg ⋅K ，试计算换热器的传热面积。 解：（1）C m W K ︒⋅=+

=

+

=

22

1

/8.482000

1

50111

1

1αα