传热习题课计算题
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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=35
235
50
21<=∆∆t t 传热温度差△t m 可用算数平均值：
5.422
3550221=+=∆+∆=∆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/k g·℃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，0
0111d d b d d K m i m i ⋅++⋅=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）
1111152023210002171116102325
004K
d d b d d K i m i m =
⋅++⋅=⋅++⨯⋅αλα .. 解得： K ＝434.19W/m 2·℃ 对数平均温差： 110
110
20
80
△t 1=90 △t 2=30
∆∆∆∆∆t t t t t m =
-=
-=1212
9030905461ln ln .℃ 传热面积： Q KA t m m =∆ A Q K t m m m
=
=
⨯⨯=∆10510434195461
442862....
A n d L m m =π； 列管长度：L A n d m m m =
=⨯⨯≈π4428
1263140023
487....
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。若水蒸汽的冷凝传热膜系数为1×104W/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：λ=2.85×10-2W/m·K，μ=1.98×10-5N·s/m2，=1kJ/k g·K，Pr=0.7。
c
p
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）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：
ρ
ρ
π
π
ρπ
1
12
.22320)02.0(4
3600800044
2
2
2
=⨯⨯=
⨯=
⨯=
n
d q n
d q u m
v
R ....e ==⨯⨯=>-du ρμρρ00222121
198102234343105
4
0.6＜Pr=0.7＜160 l/d=2/0.02=100＞50
传热系数αi
=⨯⎛⎝ ⎫⎭
⎪00230804
.Re Pr ..λd
=⨯
⨯⨯⨯-002328510002
2234343072
0804.......= 85.68W/m 2·K
（2）总传热系数：
i
o
i o d d K αα111+
=
20
2568.851101114
⋅+⨯=K 解得：K ＝68.08W/m 2
·K
（3）传热量： )t (t c q t KA Q p m m 12-=∆=
实际所需传热面积： m
p m t K t t c q A ∆-=
)(12
108
108 2085
△t 1＝88 △t 2＝23
∆∆∆∆∆t t t t t m =
-=-=1212
8823
88
234844ln
ln .℃ ()A
m =⨯⨯⨯-⨯=8000
3600
1010852068084844
438032....
该换热器所能提供传热面积A '：
'==⨯⨯⨯=A n dl m π3203140025250242...
∵A ＜ A ' ∴该换热器能满足要求。