简介：知识点 4-4 传热过程计算【学****指导】 1 .学****目的通过本知识点的学****掌握换热器的能量衡算,总传热速率方程和总传热系数的计算。在传热计算的两种方法中,重点掌握平均温度差法,了解传热单元数法及应用场合。 2 .本知识点的重点换热器的能量衡算, 总传热速率方程和总传热系数的计算, 用平均温度差法进行传热计算。 3 ....
知识点 4-4 传热过程计算【学****指导】 1 .学****目的通过本知识点的学****掌握换热器的能量衡算,总传热速率方程和总传热系数的计算。在传热计算的两种方法中,重点掌握平均温度差法,了解传热单元数法及应用场合。 2 .本知识点的重点换热器的能量衡算, 总传热速率方程和总传热系数的计算, 用平均温度差法进行传热计算。 3 .本知识点的难点传热单元数法。 4 .应完成的****题 4-4 在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为φ 25× mm 的钢管,其导热系数为 45 W/(m ·℃)。冷却水在管程流动, 其对流传热系数为 2600 W/(m 2 ·℃), 热空气在壳程流动, 其对流传热系数为 52 W/(m 2 ·℃) 。试求基于管外表面积的总传热系数以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。 4-5 在一传热面积为 40m 2 的平板式换热器中,用水冷却某种溶液,两流体呈逆流流动。冷却水的流量为 30000kg/h ,其温度由 22℃升高到 36℃。溶液温度由 115 ℃降至 55℃。若换热器清洗后,在冷、热流体量和进口温度不变的情况下,冷却水的出口温度升至 40℃,试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。
假设: (1) 两种情况下,冷、热流体的物性可视为不变, 水的平均比热容为 kJ/(kg ·℃); (2 )两种情况下, α i、α o 分别相同; (3 )忽略壁面热阻和热损失。 4-6 在套管换热器中用水冷却油, 油和水呈并流流动。已知油的进、出口温度分别为 140 ℃和 90℃, 冷却水的进、出口温度分别为 20℃和 32℃。现因工艺条件变动, 要求油的出口温度降至 70℃,而油和水的流量、进口的温度均不变。若原换热器的管长为 1m ,试求将此换热器管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可忽略, 在本题所涉及的温度范围内油和水的比热容为常数。 4-7 冷、热流体在一管壳式换热器中呈并流流动,其初温分别为 32℃和 130 ℃,终温分别为 48℃和 65℃。若维持冷、热流体的初温和流量不变,而将流动改为逆流,试求此时平均温度差及冷、热流体的终温。设换热器的热损失可忽略, 在本题所涉及的温度范围内冷、热流体的比热容为常数。 4-8 在一管壳式换热器中,用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为 1600 m 3 /h ,常压下苯的沸点为 ℃,气化潜热为 394kJ/kg 。
冷却水的入口温度为 20℃, 流量为 35000kg/h , 水的平均比热容为 kJ/(kg ·℃)。总传热系数为 450 W/(m 2 ·℃)。设换热器的热损失可忽略,试计算所需的传热面积。 4-9 在一传热面积为 25m 2 的单程管壳式换热器中,用水冷却某种有机物。冷却水的流量为 28000kg/h , 其温度由 25℃升至 38℃, 平均比热容为 kJ/(kg ·℃)。有机物的温度由 110 ℃降至 65℃,平均比热容为 kJ/(kg ·℃) 。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略,试核算该换热器的总传热系数并计算该有机物的处理量。 4-10 某生产过程中需用冷却水将油从 105 ℃冷却至 70℃。已知油的流量为 6000kg/h ,水的初温为 22℃,流量为 2000kg/h 。现有一传热面积为 10m 2 的套管式换热器,问在下列两种流动型式下,换热器能否满足要求: (1) 两流体呈逆流流动; (2) 两流体呈并流流动。设换热器的总传热系数在两种情况下相同,为 300 W/(m 2 ·℃) ;油的平均比热容为 kJ/(kg ·℃) ,水的平均比热容为 /(kg ·℃) 。
热损失可忽略。换热器的传热计算包括两类:一类是设计型计算,即根据工艺提出的条件,确定换热器传热面积; 另一类是校核型计算, 即对已知换热面积的换热器, 核算其传热量、流体的流量或温度。但是,无论那种类型的计算,都是以热量衡算和总传热速率方程为基础的。一、能量衡算对于间壁式换热器做能量衡算,以小时为基准,因系统中无外功加入,且一般位能和动能项均可忽略,故实质上为焓衡算。假设换热器绝热良好,热损失可以忽略时,则在单位时间内换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量,即对于微元面积,其热量衡算式为(4-30) 式中──流体的质量流量, kg/h 或 kg/s ; ──流体的焓, kJ/ kg。对于整个换热器,其热量衡算式为(4-30a) 式中──换热器的热负荷, kJ/h 或 kW。下标 h和c 分别表示热流体和冷流体。下标 1和2 分别表示换热器的进口和出口。若换热器中两流体均无相变,且流体的比热容不随温度变化或可取流体平均温度下的比热容时,式 4-3