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1、传热习题课1 有一套管换热器，用热水加热空气，内管为342mm的铜管，管内走空气，其流量为m1kg/h，比热为Cp1,需要从20加热到50，热水走夹套，流量为m2kg/h，其比热为Cp2，逆流操作，测得温度由100降到70，假设流体在管内和夹套流动为湍流流动，问（1） 在下列方程中，四个温差t1,t2,t3,t4是否相等，分别为多少，为什么？Q = m1 Cp1t1 = m2 Cp2t2 = KAt= At4 （2） 如果流动方式改为并流时，若要使得进出口温度不变，其平均温差各为多少？两种流动换热欲达到同样温度，哪一种流动方式需要的管子长？（3） 在传热过程中，水对壁的对流传热系数为1，壁对空
2、气的对流传热系数为2，总传热系数为K，问1 ,2 ,K的值是否相等，为什么？若管内空气改为冷水，1 ,2 ,K此时是否相等，为何？（4） 当空气流量增加到时2m1，要达到同样加热温度，而且热水出口温度也不变，提出以下两种方案，你认为哪种可行，哪种较好？管长增大一倍，管子直径减小一倍。解： t1 =空气的出口温度-空气的进口温度=50-20=30 t2 =热水的出口温度-热水的进口温度=100-70=30t3 =tm=（50-50）/ln(50/50)；tm =（50+50）/2=50t4=T流体-T壁 或t4= t壁- t流由于Kt4 逆流时，tm=50并流时，tm=（80-20）/ln(80
3、/20) = 43.3由于 K逆A逆tm逆=m1Cp1(t2-t1)，K并A并tm并=m1Cp1(t2-t1)所以 K逆A逆tm逆= K并A并tm并其中，K逆=K并得1为水的对流传热系数，大约103，2为空气的对流传热系数大约10100所以K2若改为冷水，则12，K2/2或，K1/2当空气的流量提高一倍时，根据，所以，所以管长不需要加大一倍，只需要加长15%即可，这个方案较方便。管子直径减小一倍时，根据，所以，即，又根据，所以所需要的K变化为，而，所以管径无需减小一倍就能完成任务。管子直径减小多少能完成生产任务：由，又即直径要减小16%即可。讨论：管径减小可以增加管内流速而强化传热，因此，减小
4、管径有利于传热，但其缺点是增加了流动阻力，从而增加能耗。2 在某厂一套管是换热器中，将溶液与冷却水进行逆流换热，溶液走管外，流量为1000kg/h，比热为3.35kJ/(kgK)，从150冷却到80，冷却水走管内，从15加热到65，水的比热为4.187 kJ/(kgK)，换热尺寸为252.5mm。（1） 已知溶液的对流传热系数为1163W/(m2K)，冷却水的对流传热系数也为1163 W/(m2K)，若忽略管壁热阻，试求以外表面为基准的总传热系数和冷却水用量。（2） 该换热器使用6个月后，由于水侧管壁生垢，生产能力降低，如用水量不变，则水的出口温度降为60，试求污垢热阻。（3） 在（2）种情况
5、下，若将冷却水量提高一倍，问能否达到要求，计算冷却水侧对流传热系数的公式为=A(u)0.8/d0.3，其中常数A和密度可认为不随温度而变，u为冷却水在管内的流速，d为管内径。解：忽略壁阻，则物料衡算式：设溶液的出口温度为,根据物料衡算式，则根据， 若流量提高一倍时，根据题意，所以，所以根据，带入数据，又根据物料衡算式： 式联解，得，因为80，所以能完成生产任务。3 有一列管式换热器，外表面积为40m2，列管为252.5mm的钢管，用饱和水蒸气将处理量为2.5104 kg/h的油从40加热到80，油走管程，流动状态为湍流，蒸汽走壳程，水蒸气压力为0.2MPa（绝压），冷凝传热系数为1.2104W
6、/(m2 K)，油的平均比热为2.1103 J/(kg 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80，换热器是否够用？（2） 若不够用时，可以采取哪些措施？（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，若将加热蒸汽提高到3个大气压，能否保持油的出口温度？（5） 油的处理量不变，如果油的粘度增大一倍，仍为湍流流动，其他物性不变，油的出口温度是多少？（6） 由于换热器运行时间较长，使得管壁增加了一层油垢，其厚度为1mm，导热系数为0.2W/(m K)，此时油的出口温度为多少？（7） 大气温度为10，管壁对空气的对流传热系数按
7、T = 9.4+0.052(tw-t)，换热器的壳直径为4265mm，保温后壁温为30，保温层导热系数为0.058 W/(m K)。保温层厚度为多少？解：由，查得2atm时，水蒸汽的饱和温度为120，则，那么因为，所以当油的流量提高一倍时，根据，所以，所以设油的出口温度为，则由/得，带入数据，试差计算得若要保持出口温度为80，则不变，那么，那么增大传热面，即并联或串联一台换热器；提高加热蒸汽的压力，以提高传热推动力；加添加物，增加扰动，提高管程对流传热系数，降低管程热阻。并联一台同样大小的换热器。当流量增加一倍时，传热面A增加一倍，流速u不变，K不变，故并联一台40m3换热器正好够用。若串联一台换热器，则由上述结果可知，串联一台6 m3的换热器即可。将水蒸气压力提高到0.3MPa，查表可知此时水蒸气温度132.9，则，因为此时所需的换热器面积小于实际换热器面积，所以此种方法是可行的。流量不变，油的粘度增加一倍时，由，得那么，即设油的出口温度为，根据，那么， 得即油的粘度提高一倍时，出口温度降低为72.7垢的影响：增加一层油垢后，其中是油垢层厚度的对数平均值，因为20/182，所以，那么，根据，所以增加1mm油垢，使油的出口温度降为57.4设保温层厚度为b米，根据，带入数据试差b=0.024m1
