传热习题课1

传热习题课
⒈有一列管换热器，装有Φ25×2.5mm的钢管300根，管长为2m。

要求将质量流量8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热至85℃，选用108℃的饱和水蒸气于壳程作加热介质。

若水蒸气的冷凝传热系数为10000W/(m2·K)，管壁及两侧污垢热阻忽略不计，不计热损失。

试求：①空气侧的对流传热系数；
②换热器的总传热系数（以管外表面为基准）；
③通过计算说明该换热器能否满足要求？
④管壁的温度。

⒉换热器1，由38根Φ25×2.5mm、长4m的无缝钢管组成。

110℃的饱和水蒸汽走壳程，用于加热流量为8kg/s、初温为25℃的甲苯，可使甲苯的出口温度高于70℃，满足工艺要求，此时甲苯侧的对流传热系数为1100W/(m2·K），蒸汽的冷凝对流传热系数为104 W/(m2·K）。

现因生产需要，甲苯的处理量增加60%。

试求：①此时甲苯的出口温度为多少？
②仓库中另有换热器2，它由38根Φ25×2.5mm、长3m的无缝钢管组成，拟将其与换热器1并联使用，如图所示，且甲苯流量均匀分配（m c1=m c2)，则甲苯的出口温度为多少？
③若m c1：m c2 = 2：1，结果又如何？
已知甲苯的流动均在完全湍流区，C p=1840J/(kg·K)。

且污垢热阻、管壁热阻可忽略。

⒊每小时500kg的常压苯蒸汽，用直立管壳式换热器加以冷凝，并冷却至30℃，冷却介质为20℃的冷水，冷却水的出口温度不超过45℃，冷、热流体呈逆流流动。

已知苯蒸汽的冷凝温度为80℃，汽化潜热为390kJ/kg，平均比热容为1.86kJ/(kg·K)，并估算出冷凝段的总传热系数为500W/(m2·K)，冷却段的总传热系数为100W/(m2·K)，忽略热损失。

试求所需要的传热面积及冷却水用量为多少？若采用并流方式所需的最小冷却水用量为多少？。