传热习题课1
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传热学习题课 文件
1.冬天，室外气温为 -10℃，室外空气与外墙之间的表面传热系数为
23.2W / m2 K ，室内空气与内墙之间的表面传热系数为 8.1W / m2 K 。设整个
建筑物由壁厚为 23cm的砖墙及内外各涂有 5mm 厚的水泥组成，墙壁的高度和宽
度均为 3m ，房顶和地面均绝热。砖的导热系数为 0.84W / m K ，水泥的导热系 数为1.1W / m K 。要使室内温度维持在 20℃，需要配置功率多大的取暖器？如
内装满工业用油，油中安置了一电热器，使得罐的内表面温度维持在 400K 。该W / m2 K 。 ri 0.5m ，
l 2.0m。试确定所需的电加热功率。
Shanghai Jiao Tong University
4.试比较附图所示的三种一维导热问题的热流量的大小：凸面锥台、圆柱、
凹面锥台。比较的条件是 d1、t1、t2 及导热系数均相同。三种形状物体的直径与 x
轴的关系可以统一表示为 d axn ，其中 a 及 n 之值如下：
凸面锥台 柱体
凹面锥台
1
a 0.506m 2 0.08m
n
0.5
0.0
其中， x1 25mm, x2 125mm。
20.24m
1 2
1.5
6.为测定管内蒸汽的温度，在管道壁安装了套管温度计，套管长度为 70mm ，
套管壁厚 2mm ，套管材料导热系数 46.5W / m K ，蒸汽管道壁面温度为 50℃，
蒸汽与套管间的对流换热表面传热系数为116W / m2 K 。若温度计指示温度为
115℃，试确定蒸汽的真实温度。
（2）球的温度降低到 30℃所需要的时间；（3）此时释放的总热量。
23.2W / m2 K ，室内空气与内墙之间的表面传热系数为 8.1W / m2 K 。设整个
建筑物由壁厚为 23cm的砖墙及内外各涂有 5mm 厚的水泥组成，墙壁的高度和宽
度均为 3m ，房顶和地面均绝热。砖的导热系数为 0.84W / m K ，水泥的导热系 数为1.1W / m K 。要使室内温度维持在 20℃，需要配置功率多大的取暖器？如
内装满工业用油，油中安置了一电热器，使得罐的内表面温度维持在 400K 。该W / m2 K 。 ri 0.5m ，
l 2.0m。试确定所需的电加热功率。
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4.试比较附图所示的三种一维导热问题的热流量的大小：凸面锥台、圆柱、
凹面锥台。比较的条件是 d1、t1、t2 及导热系数均相同。三种形状物体的直径与 x
轴的关系可以统一表示为 d axn ，其中 a 及 n 之值如下：
凸面锥台 柱体
凹面锥台
1
a 0.506m 2 0.08m
n
0.5
0.0
其中， x1 25mm, x2 125mm。
20.24m
1 2
1.5
6.为测定管内蒸汽的温度，在管道壁安装了套管温度计，套管长度为 70mm ，
套管壁厚 2mm ，套管材料导热系数 46.5W / m K ，蒸汽管道壁面温度为 50℃，
蒸汽与套管间的对流换热表面传热系数为116W / m2 K 。若温度计指示温度为
115℃，试确定蒸汽的真实温度。
（2）球的温度降低到 30℃所需要的时间；（3）此时释放的总热量。
化工原理--传热习题及答案
传热习题及答案一、选择题：1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）CA 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值；B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异；C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D 、要提高K 值，应从降低最大热阻着手；2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。
Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、ＦＡ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体；Ｄ、腐蚀性流体； Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体；3、影响对流传热系数的因素有( )。
A 、B 、C 、D 、EA 、产生对流的原因；B 、流体的流动状况；C 、流体的物性；D 、流体有无相变；E 、壁面的几何因素；4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是：AA 、不可行的；B 、可行的；C 、可能行，也可能不行；D 、视具体情况而定；解：原因是：流量不变 2d u =常数当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u d d α∝=b. d 增大时，α增大，d α∝综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降根据()21p mc t t KA-=m Δt 对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-∆≈-- 即 121ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓⇒ 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。
根据连续性方程，流量不变时，24V d u π==常数，所以管径变化，管内流速也发生变化。
管间用饱和水蒸气加热，热阻小，可以忽略不计，总热阻近似等于管内传热热阻，即K α≈5、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。
传热学第五版课后习题答案(1)11页
传热学习题_建工版V0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为w1t 150C =︒及w1t 285C =︒ ，试求热流密度计热流量。
解：根据付立叶定律热流密度为：负号表示传热方向与x 轴的方向相反。
通过整个导热面的热流量为：0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m ².k)，热流密度q=5110w/ m ², 是确定管壁温度及热流量Ø。
解：热流量又根据牛顿冷却公式管内壁温度为：1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C ）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。
解：(1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下，λ铜=398 W/(m ·K)，λ碳钢＝36W/(m ·K)，λ铝＝237W/(m ·K)，λ黄铜＝109W/(m ·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢(2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m ·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为:膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m ·K)=0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m ·K);矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m ·K)=0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m ·K);由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0. 038W/(m ·K)。
由上可知金属是良好的导热材料，而其它三种是好的保温材料。
传热习题课
( 108 15 ) ( 108 t 2 ) 76.4 17.9 ( 5000/ 3600) ( 1.0 103 ) ( t 2 15 ) 108 15 ln 108 t 2
可解出出口温度
(9)换热器长期使用后，空气侧污垢热阻增大（设蒸汽侧热阻不 变），使空气出口温度降低，则在操作上应采取何种措施来 保障原来的加热要求？ 增大 d0 1 1 d0 1 b d0 R0 Ri K o ho d i hi d m di Ri增大，KO减小，空气出口温度t2减小， 措施？ 关于污垢热阻R：相当于增加了一层平壁（或圆筒壁）的导热， 故在计算K时，应增加一项（或两项）导热热阻。
解：（1）加热蒸汽的用量（kg/h） 气体：一般100左右 2000 热衡算（不计热损失） qmc c pc ( t c 2 t c1 ) qm水：一般＞ r
50001.0 (80 20) 3 105 kJ / h 83.3kW
qm 300000/ 2250 133.3kg/h
在一单程列管式换热器内用110℃的饱和蒸汽将某溶 液加热,换热器由38根φ25×2.5mm的管子组成,长2m, 壳程为水蒸汽冷凝,其传热膜系数α1=10000 W/(m2· K)，管程走溶液,流量为0.03m3/s,进口温度 t1=20℃,密度900kg/m3,比热3.9kJ/(kg· ℃)，管壁和 污垢热阻可以忽略,管内溶液侧的传热膜系数 α2=2500 W/(m2· K)，管内为湍流，求： （1）以外表面为基准的总传热系数Ko ； （2）溶液的出口温度t2 ； （3）若检修中发现有8根管子已损坏,将坏管堵塞后 继续使用,此时换热器的总传热系数和溶液出口温度 将变多少？
解得：
t 2' 75.1C
传热练习题1
第三章传热课堂练习题一、填空题 1.传热的基本方式有 、 和 三种。
2.导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。
3.在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。
4.对流传热速率方程的表达式为 ，其中温度差代表 。
5.对流传热系数的主要影响因素有（1） （2） （3） （4） （5） 。
6.当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K 公式可简化为：10111αα+=K 此时若10αα<<，则有 。
7.努塞尔特准数Nu 表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr 表示 的准数，其表达式为 。
8.写出四种间壁式换热器的名称 、 、 及 。
9. 工业上冷热流体间的传热方式有______________、_____________、____________。
答案：间壁式 蓄热式 直接混合式 10 热量传递的方式主要有三种: ___________、_____________、_____________。
答案：热传导 热对流 热辐射 11. 传导传热的傅立叶定律表达式为____________，其符号各代表__________________,__________________ 和____________________。
答案：ｄQ/ｄτ＝－λA ｄt/ｄδ,ｄQ/ｄτ表示单位时间传递的热量,－表示温度向降低方向传递,A 表示传热面积,λ表示导然系数和ｄt/ｄδ表示温度梯度。
12. 影响给热系数α的因素有_____________________________________。
答案：流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸 13. 定态导热是指______________________________不随时间而改变。
答案：传热系统中各点的温度仅随位置变 14. 影响传导传热系数的因素有___________________________________。
《传热学》习题课(对流换热部分)精品课件
5-8．取外掠平板边界层的流动由层流转变为 湍流的临界雷诺数（Rec）5×105，试计算 25℃的空气、水及14号润滑油达到Rec数时 所需的平板长度，取u∞=1m/s。 解： Re ul
查附录8和10，25℃时：
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空气： 15.06 16 15.53106 m2 / s
2
水： 1.006 0.805 0.9055106 m2 / s
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第五章 对流换热—习题
5-23．对置于气流中的一块很粗糙的表面进
行传热试验，测得如下的局部换热特征性的
结果：Nu x
0.04
Re
0.9 x
1
Pr 3
其中特征长度x为计算点离开平板前缘的距离。
试计算当气流温度t∞=27℃、流速u∞=50m/s 时离开平板前缘x=1.2m处的切应力。平壁温
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qw1=2qw2 qw2 qw1=0 qw2
第五章 对流换热—习题
5-4．设某一电子器件的外壳可
以简化成附图所示的形状，截
面呈正方形，上、下表面绝热，
而两侧竖壁分别维持在th及tc
（th>tc）。试定性地画出空腔
截面上空气流动的图像。
th
tc
解：th及tc使近壁介质产生密度 差，上下壁面绝热，无热量传
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第五章 对流换热—复习题
5. 对流换热问题完整的数学描写应包括什么 内容？既然对大多数实际对流换热问题尚无 法求得其精确解，那么建立对流换热问题的 数学描写有什么意义？ 答：应包括：质量守恒方程式，即连续性方 程；动量守恒方程式，即纳维—斯托克斯方 程；能量守恒方程式。
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第五章 对流换热—复习题
H
查附录8和10，25℃时：
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空气： 15.06 16 15.53106 m2 / s
2
水： 1.006 0.805 0.9055106 m2 / s
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第五章 对流换热—习题
5-23．对置于气流中的一块很粗糙的表面进
行传热试验，测得如下的局部换热特征性的
结果：Nu x
0.04
Re
0.9 x
1
Pr 3
其中特征长度x为计算点离开平板前缘的距离。
试计算当气流温度t∞=27℃、流速u∞=50m/s 时离开平板前缘x=1.2m处的切应力。平壁温
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第五章 对流换热—习题
5-4．设某一电子器件的外壳可
以简化成附图所示的形状，截
面呈正方形，上、下表面绝热，
而两侧竖壁分别维持在th及tc
（th>tc）。试定性地画出空腔
截面上空气流动的图像。
th
tc
解：th及tc使近壁介质产生密度 差，上下壁面绝热，无热量传
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第五章 对流换热—复习题
5. 对流换热问题完整的数学描写应包括什么 内容？既然对大多数实际对流换热问题尚无 法求得其精确解，那么建立对流换热问题的 数学描写有什么意义？ 答：应包括：质量守恒方程式，即连续性方 程；动量守恒方程式，即纳维—斯托克斯方 程；能量守恒方程式。
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第五章 对流换热—复习题
H
传热习题课计算题
传热习题课计算题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cp=4.18某103J/kg·K）解：换热器的传热量：Q＝qmcp(T2－T1)＝1500/3600某4.18某103某(80－50)=52.25kW传热温度差△tm：热流体80→50冷流体30←155035△t1=50，△t2=35t1502t235传热温度差△tm可用算数平均值：t1t25035tm42.5℃22Q52.25103K615W/m2℃Atm242.52、一列管换热器，由φ25某2mm的126根不锈钢管组成。
平均比热为4187J/kg·℃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/m2·℃，蒸汽对管壁的传42热系数α0为1.16某10W/m·℃，不锈钢管的导热系数λ＝17W/m·℃，忽略垢层热阻和热损失。
试求：（1）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）（2）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为126根）（总传热系数：以管平均面积为基准，11dmb1dm）Kidi0d0解：（1）传热量：Q＝qmcp(t2－t1)＝15000/3600某4187某(80－20)≈1.05某106W总传热系数：（以管平均面积为基准）1dmb1dm11230.002123Kidi0d0K5202217116.10425解得：K＝434.19W/m2·℃对数平均温差：1102011080△t190△t2301tmt1t2lnt1t29030ln903054.61℃传热面积：QKAmtmAmQKtm105.10643419.54.6144.28m2AmndmL；列管长度：LAm44.284.87mndm126314.0.023（2）管程为4程时，只是αi变大：强制湍流时：αi＝0.023（λ/d）Re0.8Pr0.4，u变大，Re＝duρ/μ变大4程A＇＝1/4A（单程），则：4程时u＇=4u（单程）0.80.8有520＝1576.34W/m2·℃i（4程）＝4αi（单程）＝4某4程时：1K1dmb1dm11230.002123idi0d0K1576.342117116.10425K=1121.57W/m 2·℃Q1.05106A17.14m2Ktm1121.5754.614程列管长：LA17.141.88mndm1263.140.0233、有一列管式换热器，装有φ25某2.5mm钢管320根，其管长为2m，要求将质量为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。
传热学习题——精选推荐
传热学习题传热学课习题第1章习题4. 面积为l m2、厚度为25mm的聚氨酯泡沫塑料平板，其两表面的温差为5℃，导热系数为0.032W/(m·K)，试计算单位时间通过该平板的热量。
8. 面积为3×4m2的一面墙壁，表面温度维持60℃，环境空气温度维持20℃，空气与壁面的对流换热系数为10W/(m2·K)，试计算这面墙壁的散热量。
9. 一块黑度为0.8的钢板，温度为27℃，试计算单位面积上每小时内钢板所发射的辐射能。
10. 冬季室内空气温度tf1=20℃，室外空气温温度tf2=-25℃。
室内、外空气对墙壁的对流换热系数分别为?1=10 W/(m2·K)和?2= 20 W/(m2·K)，墙壁厚度为?= 360mm，导热系数?=0.5W/(m·K)，其面积F=15m2。
试计算通过墙壁的热量损失。
第2章习题4. 试用傅里叶定律直接积分的方法，求平壁、长圆筒壁及球壁稳态导热下的热流量表达式及各壁内的温度分布。
5. 一铝板将热水和冷水隔开，铝板两侧面的温度分别维持90℃和70℃不变，板厚10mm，并可认为是无限大平壁。
0℃时铝板的导热系数λ=35.5 W/(m·K)，100℃时λ=34.3 W/(m·K)，并假定在此温度范围内导热系数是温度的线性函数。
试计算热流密度，板两侧的温度为50℃和30℃时，热流密度是否有变化？6. 厚度为20mm的平面墙的导热系数为1.3 W/(m·K)。
为使通过该墙的热流密度q不超过1830W/m2，在外侧敷一层导热系数为0.25 W/(m·K)的保温材料。
当复合壁的内、外壁温度分别为1300℃和50℃时，试确定保温层的厚度。
9. 某大平壁厚为25mm，面积为0.1m2，一侧面温度保持38℃，另一侧面保持94℃。
通过材料的热流量为1 kW时，材料中心面的温度为60℃。
试求出材料的导热系数随温度变化的线性函数关系式。
《传热学》课后习题答案-第一章
传热学习题集第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：，其中，－热流密度；－导热系数；－沿x方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：，其中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。
这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。
而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。
试从传热学的观点分析这一现象。
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？。
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【例1】保温层临界厚度的计算内层（即保温层）以导热方式传热，外层以自然对流方式传热，属于稳定的传热过程。
则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-=-=αλπαπλπ21212212211/ln 21212/ln r r r L t t Lr t t L r r t t Q b b∵r 2 ↑ ，（λ12/ln r r ）↑ ，而 α21r ↓∴Q 的大小要取决于哪一个增加或减少的速率快慢。
01/ln )11)((22212222212=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+---=αλαλπr r r r r t t L dr dQ b得r 2=λ/α。
即保温层临界厚度r c =λ/α。
当r 2<λ/α时，2dr dQ >0，随r 2的增大，热损失增大， 当r 2>λ/α时，2dr dQ <0，随r 2的增大，热损失减少。
因 （2dr dQ ）’ <0，故Q 有极大值。
一般情况下，皆超过临界值，只有当管径较小或保温层材料的λ较大时，才需要校验是否小于临界值。
记住有一个临界保温层厚度的概念。
象流体力学中也存在同样问题，低速下（一般情况），光滑球的阻力小于粗糙球的阻力，而在高速下（特殊情况），则刚好相反。
【例2】有一台套管换热器,内管为φ38×2.5 mm钢管,外管为φ57×3 mm钢管,换热管总长36 m,逆流操作,管内走水,将管间4200kg/h的苯液从65℃冷却到35℃,水温从25℃升到35℃,现已知苯侧对流传热系数为2030 w/m2.K,水侧对流传热系数为6610 w/m2.K,苯侧垢层热阻为0.18 m2.K/kw,苯液比热c P1=1.80 kJ/kg.k,钢导热系数λ=45 w/m.K。
试计算(1)该换热器传热系数K(2)水侧垢层热阻R s2【解】(1)Q=m s1c p1(T1-T2)=(4200/3600)×1.8×1000×(65-35)=63000 wA1=πd1l=3.14×0.038×36=4.295 m2Δt m=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=((65-35)-(35-25))/ln(30/10)=18.2 ℃K1=Q/(A1Δt m)=63000/(4.295×18.2)=805.95 w/m2·K(2) R s2=1/K-(1/α1+bA1/(λA m)+R s1+A1/(αA2))2=1/805.95-(1/2030+0.0025×38/(45×35.5) +0.18/1000+38/(6610×33))=0.000334 m2·K/w【例3】有一列管式换热器, 装有φ25×2.5mm 钢管300 根, 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℃, 平均温度下的比热c p=1.0kJ/kg·℃ ,选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。
若水蒸汽的冷凝传热系数为1×104 w/m2.K, 管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计, 而且不计热损失。
已知空气在管内的对流传热系数为 90.2 w/m2.K。
试求:1)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准);2)通过计算说明该换器能否满足需要?3)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。
4)增大哪一侧传热系数，对提高总传热系数更有效？【解】(1)1/K1=1/α1+d1/(α2·d2)=1/104+25/(90.2×20)=0.013958 m2℃/w∴K1=71.64 w/m2℃(2)Qx=m s2C p2(t2-t1)=(8000/3600)×103×(85-20)=1.44×105 w∆tm=[(108-20)-(108-85)]/ln[(108-20)/(108-85)] =48.4℃A1=nπd1l=300×3.14×0.025×2=47.1 m2Qc=K1A1△tm=71.64×47.1×48.4=1.63×105 wQc>Qx 满足要求(3) 求壁温Tw∵壁的热阻忽略∴Tw=twQc=α1A1(108-T w)= 1.63×105104×47.1×(108-T w)= 1.63×105Tw=107.6 ℃即壁温接近外侧蒸汽温度(或α大的一侧流体的温度)(4)增大α小的一侧传热系数，对提高总传热系数更有效。
【例4】单程立式列管式换热器，饱和蒸汽 CS 2冷凝过程：46℃ CS 2蒸汽→10℃ CS 2液体，CS 2走壳程，m s1=250 kgf/h, r=85 kcal/kgf, cp1=0.25 kcal/kg ·℃。
冷却水走管程，由下而上逆流通过，5℃→30℃换热器有φ25×2.5管30根，L ＝3mK 1冷凝＝200 kcal/h ·m 2·℃ K 2冷却＝100 kcal/h ·m 2·℃ 求：能否满足要求？解：可看成两个串联的换热器（冷凝+冷却）冷凝器：Q 1＝m s1·r=250×85=21.25×103 kcal/hQ 1=m s2·cp 2 (30-t)冷却器：Q 2=m s1·cp 1 (46-10)=250×0.25×36=2250 kcal/h Q 2=m s2·cp 2 (t-5)∴ 44.922501025.2155303=⨯=--t ℃ t=7.4 ℃ 67.25)4.746/()3046ln()4.746()3046(1=-----=∆m t 44.16)510/()4.746ln()510()4.746(2=-----=∆m t232221115.510044.16225020067.251025.21m t K Q t K Q A m m =⨯+⨯⨯=∆+∆＝需A 实＝πdL=3.14×0.025×3×30=7.07 m 2因为需A 小于A 实，所以满足要求。
【例5】用 120℃的饱和水蒸汽将流量为 36m 3/h 的某稀溶液在双程列管换热器中从80℃加热至95℃。
若每程有直径为φ25×25mm 的管子30根,且以管外表面积为基准的传热系数 K=2800w/m 2·℃。
蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求:(1)换热器所需的管长;(2)当操作一年后,由于污垢累积,溶液侧的污垢系数为0.00009m 2·℃/w,若维持溶液的原流量及进口温度,其出口温度为多少?又若必须保证溶液原出口温度,可以采取什么措施?注:溶液的密度及比热与水近似:ρ=1000kg/m3 ;c p=4.2kJ/kg·℃【解】(1)Δt m=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=((120-80)-(120-95))/ln(40/25)=31.9℃Q=(36×1000/3600)×4200×(95-80)=630×103w A=Q/(KΔt m)=630×103/(2800×31.9)=7.05m2A=nπd(2L)=30π×0.025×2L=4.71Lm2L=7.05/4.712≈1.5 m (=1.496) (2) (do/di)R1=1/K污-1/K净1/K污=0.00009×25/20+1/2800=0.00009+0.000357 =0.00047K污=2128 w/m2·℃Q=(36×1000/3600)×4200×(t2-80)=K污AΔt mt 2=92℃措施:(1)提高加热蒸汽温度(调节加热蒸汽的压力)(3) 清除污垢。
【例6】 100℃ 的水蒸汽在管壳式换热器的管外冷凝，冷凝潜热为2258.4kJ/kg ，总传热系数2039w/m 2℃ ，传热面积为12.75m 2，15℃的冷却水以2.25×105kg/h 的流量在管内流过，水的比热为4.187kJ/kg.o C, 求水蒸汽冷凝量？ 【解】()429.11201203572.0102.4360010003605.72128'ln 'ln ln 21321222121121222='--=⨯⨯⨯⨯=--=--∴---=∆=-=t t t T t T c m A K t T t T t T t T t t A K t A K t t c m Q p s m p s 污污污()()()h kg h kg r Q D Dr Q k t t C m Q C t t t T t T C m KA t T t T t T t T t t KA t KA t t C m Q p s o P s m p s /3379/94.0225821202120151.2310187.436001025.21.2310.11001510010.10993.010187.436001025.275.122039ln ln 351222222135222121121222======-⨯⨯⨯⨯=-===--=--=⨯⨯⨯⨯==-----=∆=-=【例7】用175℃的油将300kg/h 的水由25℃加热至90℃, 水的比热取4.2kJ/kg ℃。
已知油的比热为2.1kJ/kg ℃,其流量为400kg/h 0 ,今有以下两个传热面积均为0.72m 2的换热器可供选用。
(1)换热器1:K 1=625w/m 2℃,单壳程,双管程,ψ=0.7;(2)换热器2:K 2=500w/m 2℃,单壳程,单管程,Δt m 按逆流计。
为保证满足所需换热量应选用那一个换热器。
【解】热负荷: Q=m s2c p2(t2-t1)=300/3600×4.2(90-25)=22.75kw油出口温度T2: Q=(400/3600)×2.1(175-T2)=22.75T2=77.5℃逆流下的Δt m ’ : 175-→77.590←-25-----------85 52.5Δt m ’=(85-52.5)/ln(85/52.5)=67.5℃(1)换热器1传热速率 Q=K 1AΔt m1=625×0.72×67.5×0.7=21.3 kw<22.75kw故换热器1 不合要求(2)换热器2传热速率 Q=K2AΔt m '=500×0.72×67.5=24.3 kw >22.75kw 换热器2能满足要求。