传热计算习题附详细答案

传热计算题1.在一内径为0.25cm的管轴心位置上，穿一直径为0.005cm的细导线，用以测定气体的导热系数。当导线以0.5A的电流时，产生的电压降为0.12V/cm，测得导线温度为167℃，空心管内壁温度为150℃。试求充入管内的气体的导热系数试分析仪器精度以外造成结果误差的客观原因。2．有两个铜质薄球壳，内球壳外径为0。015m，外球壳内径为0.1m，两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。内球用电加热，输入功率为50w，热量稳定地传向外球，然后散发到周围大气中。两球壁上都装有热电偶，侧得内球壳的平均温度为120℃，外求壳的平均温度为50℃，周围大气环境温度为20℃；设粉粒料与球壁贴合，试求：（1）待测材料的导热系数（2）外球壁对周围大气的传热系数3．有一面积为10cm2带有保护套的热电偶插入一输送空气的长管内，用来测量空气的温度。已知热电偶的温度读数为300℃，输气管的壁温为200℃，空气对保护套的对流传热系数为60w/m2.k，该保护套的黑度为0.8，试估算由于辐射造成的气体温度测量误差。并叙述减小测量误差的途径。已知Stefan-Bohzman常数σ=5.67×10-9w/m2k。4．用两个结构尺寸相同的列管换热器按并联方式加热某中料液。换热器的管束由32根长3m的Ф25×3mm的钢管组成。壳程为120℃的饱和蒸汽。料液总流量为20m3/h，按相等流量分配到两个换热器中作湍流流动，由25℃加热到80℃。蒸汽冷凝对流传热系数为8Kw/m2.℃，管壁及污垢热阻可不记，热损失为零，料液比热为4.1KJ/kg.℃，密度为1000kg/m3。试求：（1）管壁对料液的对流传热系数（2）料液总流量不变，将两个换热器串联，料液加热程度有何变化？（3）此时蒸汽用量有无变化？若有变化为原来的多少倍？（两者情况下蒸汽侧对流传热系数和料液物性不变）5．某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m2（管外面积），均由128根Ф25×2.5mm的钢管组成。壳程为170℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜热为r=2054KJ/kg），凝液不过冷。空气走管程，其入口温度t1=30℃，流量为4500kg/h假定空气的物性参数不随温度、压力变化，可视为常数，分别为CP=1.005KJ/Kg.K，ρ=1.06Kg/m3，μ=20.1×10-3cp,λ=0.029w/m.k。热损失可略，管内湍流时空气的对流给热系数可用下式计算：Nu=0.02Re0.8。（1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，试求空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量m1(kg/h)（2）若两台改为串联使用，试求此时空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量m1(kg/h)。（3）试比较并联及串联时传热效率的大小，并求两种方式下总传热能力的比值Q串/Q并。6．现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m2的列管式空气加热器，每台加热器均由64根Ф57×3.5mm钢管组成，壳程为170℃的饱和水蒸汽，空气入口温度为30℃，流量为2.5kg/s，以湍流方式通过管内。（1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，此时空气的对流传热系数为38w/m2℃，求空气的出口温度t2(℃)（2）若两台改为串联使用，问此时空气的出口温度t2(℃)为多少？（设空气物性不随温度压力而变，Cp=1KJ/kg℃,热损失为零）7．有一套管换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为25℃和70℃，热流体进出口温度分别为150℃和100℃，若两中流体流量和进口温度均不变，改为逆流操作，试计算逆流时热流体的出口温度，计算中可视CP和K为常数。8．在一套管冷凝器中，用130℃的饱和蒸汽将乙醇水溶液从25℃加热到80℃。换热器内有效传热长度4m，规格Ф25×2.5mm，乙醇水溶液在管内湍流流动，水蒸汽在环隙内冷凝为同温度的饱和水。已知基于内管外表面的总传热系数为K0=1100w/m2K，内管内侧给热系数为1600w/m2K,钢的导热系数为45W/mK，在操作条件下，垢层热阻及热损失不计。（1）试求蒸汽冷凝给热系数，并计算内管外壁的平均温度（2）操作中管内乙醇水溶液流量增加20℅，而乙醇水溶液入口温度，蒸汽温度和蒸汽侧冷凝给热系数均不变，试求管内乙醇水溶液的出口温度。（忽略乙醇水溶液物性变化）9．一套管换热器用133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从33℃加热到73℃，氯苯流量为5500Kg/h。现因某种原因，氯苯流量减少到3300Kg/h，但其进出口温度维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求？此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？（设两种工况下的蒸汽冷凝热阻，管壁热阻，垢层热阻及热损失均可略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化）10．用一列管式换热器将某一液态物料从130℃冷却到70℃，冷却水走管程，进口温度15℃，出口温度75℃，为了利用厂内的循环水，水进口温度变为30℃，物料的流量，进出口温度皆维持不变，问冷却水用量有什么变化？已知换热器壳程中的对流传热系数比管程中水的对流传热系数小得多，冷热流体为逆流流动。采用循环水后的平均推动力可用算术平均值计算。11．为回收高温气体B中的热量，采用如图流程气体B先与循环水传热，使其水温升高，然后再与低温气体A传热，使气体A的温度升高。实际操作结果表明：当保持气体A，B的流量及其进口温度不变，而增大循环水量，则循环水的最高温度tw1将下降。试分析其原因。（提示：综合利用传热单元数法和对数平均推动力法）12．如图，流量为0.5Kg/h，温度为20℃的水(Cp=4.187KJ/kg℃)流过串联的两个列管换热器，以冷却流量为0.8Kg/h，温度为120℃的某溶液(Cp=2KJ/kgK)，测得该溶液的出口温度为65℃，现因故使水温降到6℃，问：若保持其它进口条件不变，则溶液的出口温度变为多少？１２题图13．有一列管式换热器，壳程通以120℃的饱和蒸汽，可将一定流量的气体从20℃加热到60℃。若加热蒸汽的压强及气体的进口温度保持不变，气体的出口温度升至62℃，试求：（1）此时换热器的热流量有何变化？（以原工况热流量的相对比值表示）设气体在管内均以达Re104，PR0.7，计算时可忽略垢层热阻，管壁热阻及蒸汽侧的热阻，不考虑气体物性的变化。（２）气体通过换热器的压降有什么变化（以原工况压降比值表示）？设摩擦系数λ相同，换热器进出口阻力损失不记。14．有一管程为单程的列管换热器，由φ25×2.5mm长2.5m的20根钢管组成。用120℃饱和水蒸汽加热某冷流体（冷凝液饱和温度下排出），该冷液体走管内，进口温度为25℃，比热为1.58KJ/kg℃，流量为15000kg/h，管外蒸汽的冷凝传热系数为1.0×104w/m2℃。管内对流传热的热阻是管外蒸汽冷凝传热热阻的6倍。试求：（1）基于管外表面积的总传热系数K0（2）冷流体的出口温度（换热器的热损失，管壁及两侧污垢热阻均可忽略不计）.,81.229.052.21.490.89410006.126.555.100010001401.494.5940ln6.20802060ln6.5528806.2080ln6.2028ln/0.894469017191845019.021200111/5.1000469017191845019.021400111/4690023.023.6606.0903.018.41991610903.019017.0785.0017.056.46.2018.456.41402883.25.2019.014.319/56.4202818.46.121406.1260808.136001260Q:14040036001260Q:)1()(20(?))(28)(60)(80)(80T,:.192222111211121122211212200221000124.08.0320122012212112211正确积需要的面积小于实际面实际面积冷却冷凝冷水冷水液态液态气态示意如下设流动为逆流解mtKQtKQSSSCtTtTtTtTtCtTtTtttCmwKdddbdKCmwKdddbdKCmwPRdCPudRCCWQttmLdnSskgttCQQWkwkwCttCtCTCTCmmmmiimQiimNreiiPrePCCPCC20．一台新的列管换热器，其列管的规格为φ25×2.5mm，管长4m，总管数为488根，两管程。用161℃流量为443m3/h的热油将310m3/h的水从82℃提高到90℃，以满足热水用户的要求。水走管程。已知操作条件下水的物性为：μw=0.3315×10-3Pas,ρw=968Kg/m3,Cp=4.203KJ/kgK,λw=0.678w/mK。热油物性为：ρ0=945kg/m3,CP0=2.202KJ/kgK,钢管的导热系数为λ=45w/mK。试求：（1）管内传热膜系数（2）开车时该换热器现场指示水的出口温度为97℃，求该工况下换热器的传热系数及壳程的传热系数（设物性不变，不计热损失）（３）如果运行2年后，换热器内侧污垢热阻增到0.0004m2K/w，管外污垢热阻增到0.0006m2K/w。若物料流量及入口温度不变，该换热器能否满足生产要求？换热器还有多大裕度？通过计算说明。(工大98/16)解(1)u=VS/(0.785di2n/2)=310/(3600×0.785×0.022×488/2)=1.12m/s..1408.1424.5483.25.9274.548.30802080ln208.308.3022.120808022.122.12.028806.2080ln7.05.100052.25.92783.2ln7.01lnlnln7.0:)2()1()2(:)1(:/5.9277.352517191845019.021400111/7.35250.469075.07.07.0,80)3(11222221221111122122212211111111211221000128.02正确旧工况下新工况下kwQkwtSKQCtCtTTttTtTtTtTKKSStTtTtTtTtTtTKKSStSKttCWtSKttCWCmwKdddbdKCm(2)WhCPh(T1-T’2)=WCCPC(t’2-t1)T’2=T1-WCCPC(t’2-t1)/WhCPh=161-310×4.203×968×(97-82)/443×2.202×945=140.5℃双管程P=(97-82)/(161-82)=0.2,R=(161-140.5)/(97-82)=1.37温度差校正系数可近似取1.Q=WCCPC(t’2-t1)=310×968×4.203×(97-82)/3600=5255.1kw/m2kS=nπdL=488×3.14×0.025×4=153m2K0=Q/(SΔtm)=5255.1/(153×61.2)=0.56kw/m2k(3)使用两年后43105.6103315.002.012.196805.2678.0203.43315.0udRCPePrkmwPRdreii24.08.044.08.0/0.738405.2105.602.0678.0023.0023.0CtTtTtTtTtm