第10章 传热过程分析与换热器的热计算

第10章 传热过程分析与换热器的热计算

课堂讲解

课后作业

【10-3】一卧式冷凝器采用外径为25mm ，壁厚1.5mm 的黄铜管做成热表面。已知管外

冷凝侧的平均传热系数)/(70052

0K m W h ⋅=，管内水侧平均的表面传热系数

)/(30042K m W h i ⋅=。试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数

(1) 管子内外表面均是洁净的

(2) 管内为海水，流速大于1m/s ，结水垢，平均温度小于50℃，蒸汽侧有油。 【解】

[]W

K m R W K m R W K m d d h W

K m h fo fi i i /0002.0/0001.0191/10643.22025430011/107543.15700/1/122240240⋅=⋅=⋅⨯=⨯=⨯⋅⨯==--蒸汽含油污垢系数海水污垢系数查得：－，表由参考文献解：

【10-13】一台1-2型壳管式换热用来冷却11号润滑油。冷却水在管内流动，

C t C t ︒="

︒='502022，，流量为3kg/s ；热油入口温度为600C ，)/(3502K m W k ⋅=。试计算：

(1) 油的流量； (2) 所传递的热量； (3) 所需的传热面积。

[]2

3

2

211212211212112221122212162.2632.403501066.37532.409.08.449.0159175

.0333.1/1/15

.0375.0333.1333

.1205060100375.020********.44)50/40ln(50

40)/ln(5050100402060)3(66.375)2050(41743)2(/37.4)

60100(2148)

2050(41743/4174,/2148)1(m t k A C

t R PR t t t t R t t t t P C

t t t t t C t t t C

t t t KW t c q s

kg t c t c q q C kg J c C kg J c m m r r m r m m m =⨯⨯=∆Θ=︒=⨯∆===⨯==--='-""-'==--='-''-"=︒=-=-=

∆︒=-="

-'=︒=-='

-"==-⨯⨯=∆=Θ=-⨯-⨯⨯=∆∆=

︒⋅=︒⋅=＝＝查得－，图由参考文献则分别为查得润滑油及水的比热解：ϕ

K

m W d d R R k k K

m W d d h d d d h k K m W i

fi f w i

i i ⋅=⨯++=

++=

⋅=⨯+⨯+⨯=+

+=

⋅--2000024

40

0000/1.130220

25

0001.00002.09.220011

1

1

)2(/9.22001063.220

25

ln 1092025.0107453.11

1ln 211

)1(/109传热系数

管子内外表面结垢后的时的导热系数

管子内外表面均是洁净＝黄铜的导热系数λλ

【10-17】在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度100,

=t ℃出口温度为

80,,=t ℃；管外流过冷水，进口温度20,2=t ℃，出口温度70,,

2=t ℃；总换热量KW 350=Φ，

共有53根内径为16mm 、壁厚为1mm 的管子。管壁导热系数()k m w */40=λ，管外流体的表面传热系数()k m w h */15000=，管内流体为一个流程。假设管子内、外表面都是洁净的。试确定所需的管子长度。

【解】计算管内平均换热系数。

()908010021

=+=

f t ℃ ()()95.1Pr ,*/68.0,*/109.3146==⨯=-k m w s m K

g u λ

s

Kg t

c q c p m p /4159,4208=Φ

==δ

19830109.314016.01416.353/159.444Re 6

=⨯⨯⨯⨯==-du q m π ()

k m w d

h */3273Pr Re 023.03

.08.0==λ

()

k m w d d h h k a */965111

1

2

10=+

+=

λδ

()()()28.4330/60ln 701002080=---=∆m t ℃，,38.8,

2dL n A m A π== .80.2m d n A

L ==

π

本题中冷热流体总温差为43.3℃，管外冷流体侧占68﹪，管内侧约占32﹪，故不必考虑温差的修正。

【10-22】欲采用套管式换热器使热水与冷水进行热交换，并给出s kg q C t s kg q C t m m /0233.0,35,/0144.0,2002211=︒='

=︒='。取总传热系数为

2225.0),/(980m A K m W k =⋅=，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、冷

却水出口温度及换热器的效能。

[]{}W

t c q C t t t C

t t t B t t t t C

t t t t t t t t B B NTU NTU c q kA NTU c q c q B k

kg J c k kg J c C C m m m m m m p p 6248)

4.99200(43130144.0672/)(9935)4.99200(637.0)(7.1492/)4.99200(2/)(4.99)

35200(610.0200)(610

.011)(exp 1945

.34313

1444.025

.0980)(637

.04183

0233.04313

0144.0)()(/4183/4313,150651111222211211121112

111min 2121=-⨯⨯=∆Θ︒="

+'=︒=+-⨯='

+"-'='=+="

+'=︒=-⨯-='

-'-'="⇒'-'"-'=----=⨯⨯==

=⨯⨯==

⋅=⋅=︒︒＝计算有效与假设值相符合，所以平均温度验算：

＝又－＝为：

法，顺流换热器的效能由则可查得：和别为设冷、热水平均温度分）顺流换热

解：（εεεε