化工原理上第4章传热习题

K 112 .2W /(m2.K )
qmcCPC (tx 40) 112.2Atm'
2.5104 2.1103 (tx 40) 112.2 40 (120 40) (120 tx )
3600
ln 80
120 tx
80 ln
120 tx

112 .2 40 3600 2.510 4 2.1103
。保温层厚度为多少？保温后每月可节约多少公斤蒸汽？
T 9.4 0.052 (tw t) W /(m2.K )
W /(m.K)
1.当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？若要 保持油的出口温度仍为80C，换热器是否够用？
解: 判断换热器是否够用
1）保持出口温度，校核传热面积A
变化量： 传热系数K、传热面积
1．当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？若要保 持油的出口温度仍为80C，换热器是否够用？ 2．若不够用，可采取哪些措施？ 3．并联或串联多大的换热器才够用？要考虑哪些问题? 4. 处理量加大一倍，若将加热蒸汽压力提高到3atm，能否保
证油的出口温度？
5 5. 油的处理量不变，若油的粘度增大一倍，仍为湍流流动，其它
(3)提高加热蒸汽温度
2qmcc
pc
(80

40)

1.741

40) (T ln T 40
80)
T 80
2 2.5104 2.1103 (80 40) 3600

1.741
252.7

40
(80 40) ln T 40
T 80
（1）原传热系数 2atm饱和蒸汽的饱和温度ts 120 C
r 2205.2kJ / kg
t1 120 40 80K
t2 120 80 40K
qmccpc (tc2 tc1) KAtm
tm

t1 t2 ln t1
57.7K
t2
K 2.5104 2.1103 (80 40) 252.7W / m2K 3600 4057.7
80 1.69111 120 t x
tx 72.69C
6 由于换热器运行时间较长，使管壁增加了一层油垢，其
厚度为1mm、热导率=0.2，此时油的出口温度为多少？
Rdi

b
A
1
25
0.001 25 0.0025 25 1
K 1.741 328 20 0.219 45 22.5 1.2104
0.307
80 1.36 120 tx
tx 61.2C
7 大气温度为 10C，管壁对空气的对流传热膜系数按
hT 9.4 0.052 (tw t)W /(m2.K ) 计算，换热器的壳体外
径为4008mm，保温后壁温为30C ，保温材料的导热系 数＝0.058 W /(m.K) 。保温层厚度为多少？保温后每月 可节约多少公斤蒸汽？
5.油的处理量不变，若油的粘度增大一倍，仍为湍流流动， 其它物性不变，则油的出口温度为多少？
K' h'i K hi
( Re' Re
)0.8
(
Pr ' Pr
)0.4

'
0.8

'
0.4


'
0.4
0.50.4
0.758
qmcCpc (tx 40) K ' Atm'
1 K

d0 hi d i
Rdi
do di

bd0
dm
Rdo

1 h0
hi 327 .9W /(m2.K )
因此，热阻主要集中在管程
1 25
K hi 20
或：K hi
(2)判断换热器是否够用
当流量增加一倍时， u ' 2u
hi
0.023

di
R 0.8 e
Prn

ln T 40 0.6034 T 80
T 128.29C
3．并联或串联多大的换热器才够用？要考虑哪些问题?
1)串联一台6 m2的换热器,条件是流通截面积要相同。 2)并联一台相同的换热器.
K=K A =2A
2mc c pc
(t x

40)

252
.7
80

(120
40) ln
(120 80

tx
)
120 tx
T 80C
4. 处理量 加大一倍，若将加热蒸汽压力提高到3atm，能 否保持油的出口温度？
根据3atm水蒸汽的饱和温度为132.9 C >128.9C， 而T=128.29 C ，即可满足要求, 因此加热蒸汽压力 提高到3atm时，能保持油的出口温度。
hi ( u )0.8 hi ' u'
K ' hi' u' 20.8 1.741即K ' 1.741K K hi u
Q' 2qmccpc (tc2 tc1) K ' A'tm 1.741A' 2
Q qmccpc (tc2 tc1) KAtm
A
A' 2A 2 40 46m2 因此该换器不够用。 1.741 1.741
判断换热器是否够用 2）保持传热面积A，校核油的出口温度
变化量：传热系数，传热温差
若设油的出口温度为 tx，则
Q'

2qm c c pc
(tx

40)

1.741
KA
(120
40) (120 ln 120 40

tx
)
120 tx
tx 76.24C
同样表明该换器不够用。
2．若不够用，可采取哪些措施？
2.5104 2.1103 (tx 40) 0.758 252.7 40 (120 40) (120 tx )
3600
ln 80
80 ln
120 tx

0.758 252.7 403600 2.5104 2.1103
0.5254
120 tx
物性不变，则油的出口温度为多少？
6 6. 由于换热器运行时间较长，使管壁增加了一层油垢，其厚度为
1mm、导热系数=0.2
，此时油的出口温度为多少？
7 7. 大气温度为 10C，管壁对空气的对流传热膜系数按
W /(m.K) 计算，换热器的壳体外径为400
8mm ， 保 温 后 壁 温 为 30C ， 保 温 材 料 的 导 热 系 数 ＝ 0.058
(120
40) ln
(120 80

tx
)
120 tx
tx 92.02C
若要求油出口温度仍为80C, 则要降低加热蒸汽压力。
(T 40) (T 80)
2qmccpc (80 40) 766 40
ln T 40
T 80
T 101.5C
(2) 串联一台6m2 的换热器,条件是流通截面积要相同。
有一列管式换热器,传热面积为40m,2 列管规格为252.5mm的
钢管。用饱和蒸汽将处理量为2.5104kg/h的油从40C加热到 80C。油走管程，流动状态为湍流，油的平均比热 CP 2.110 3 J /(kg.K) ；蒸汽走壳程，水蒸汽压力为2atm（绝 压），冷凝传热膜系数h0=1.2104. W /(m2.K )
若忽略管壁热阻,则壳体外壁温为120 C ，保温层外壁温 为30 C ，当稳态传热时：
Q

t
b'' / Am
hT AtT
0.058 (0.4 b'' )L(120 30)
b''
b'' 24.6mm
9.4 0.052 (30 10) (0.4 2b'')L(30 10)
7 保温后每月可节约多少公斤蒸汽？ 保温前：单位管长单位时间的热损失为(Q/A)
Qe 9.4 0.052 (120 10) 0.4 (120 10)
2173.6J /(s.m)
保温后：单位管长单位时间的热损失为
QP 9.4 0.052 (30 10) (0.4 0.0246 2) (30 10)
305.15J /(s.m)
Qe
Qp r

2173 .6 2205 .2
305 .15 10 3

3600
24 30
2196.2kg /(月.m)
采取的措施可分为两方面: 一是在设备结构上， 另一是在操作条件上。而且两者紧密相关。
(1) 变成为双管程：
变成为双管程：
K ' h'i 40.8 3.031 K hi K ' 3.031 252 .7 766W /(m2.K )
qm c c pc
(tx

40)

766

40