简介：PAGE PAGE 10第6章 换热器基础习题1．在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为φ25×2.5 mm的钢管，其热导率为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2600 W/(m2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2·℃)。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...
PAGE PAGE 10第6章 换热器基础习题1．在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为φ25×2.5 mm的钢管，其热导率为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2600 W/(m2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2·℃)。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。解：由查得钢的导热系数W/(m2·℃)mm mmmmmmW/(m2·℃)壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为管程对流传热热阻占总热阻的百分数为管壁热阻占总热阻的百分数为2. 实验测定管壳式换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和水蒸汽冷凝。列管由直径为的钢管组成。当水的流速为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数Ko为2115 W/(m2·℃)；若其他条件不变，而水的速度变为1.5m/s时，测得Ko为2660 W/(m2·℃)。试求蒸汽冷凝传热系数。假设污垢热阻可忽略。解：设水的流速为1m/s时，用表示，K用表示；流速为1.5m/s时，用表示，K用表示。由总传热系数计算式知（a）（b）由式(a)减式(b)，得即（c）又（d） 联立式(c)和式(d)，解得W/(m2·℃)W/(m2·℃)代入式(a)得解得蒸汽冷凝传热系数为W/(m2·℃)3．在一传热面积为40m2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（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4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。 解：求清洗前总传热系数K℃W/(m2·℃)求清洗后传热系数由热量衡算=℃℃W/(m2·℃)清洗前两侧的总传热热阻(m2·℃) / W4．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油140 → 90水20 → 3212058℃由热量衡算设油出口温度降至70℃后，水的出口温度为，则℃求变动后的平均温度差油140 → 70水20 → 36.812033.2℃由传热速率方程，可得两式相除，得L=1m 解出 m5．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℃解：由传热速率方程及热量衡算得（a）由和比定律得℃（b）由（a）式得（c）联立（b）、（c）得℃℃℃6．在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30℃，出口温度为65℃。
油在管程流动，进口温度为120℃解：先求逆流时平均温度差油120 → 75水65 → 305545℃计算P及R查图6-23（a）得℃7．在一管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸气冷凝成饱和液体。已知苯蒸气的体积流量为1600 m3/h，常压下苯的沸点为80.1℃，汽化热为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4.17 kJ/(kg·℃)。总传热系数为450 W/(m2·解：苯蒸气的密度为kg/m3kg/hkJ/h=W解出 ℃求苯80.1 → 80.1水31.6 → 20————————————————5545℃m28．在一传热面积为25m2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4.17 kJ/(kg·℃)。有机物的温度由110℃降至65℃，平均比热容为解： kJ/(kg·℃)W求有机物 110 → 65水38 ← 25————————————————7240℃W/(m2·℃)kg/ s= kg/ h9．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（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/(m2·℃)；油的平均比热容为1.9 kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。热损失可忽略。解：本题采用法计算（1）逆流时W/℃W/℃查图得W℃ < 70℃ 能满足要求（2）并流时查图得W℃ > 70℃ 不能满足要求10．在一单壳程双管程的管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为5m2，总传热系数为1400 W/(m2·℃)；热水的初温为100℃，流量为5000kg/h；冷水的初温为20℃，流量为10000kg/h。试计算传热量及热水和冷水的出口温度。设水的平均比热容为4.18kJ/(kg·解： W/℃W/℃查图得 传热量W解出 ℃解出℃综合习题11．某化肥厂有一套管式换热器，用于将出吸收塔的溶液由20℃加热到40℃后送入解吸塔。套管换热器的内管为，外管为，有效长度为22m。溶液走套管环隙，流量为2500kg/h；加热介质走管内，流量为1000 kg/h，进、出口温度分别为90℃有关物性数据如附表所示。
习题11 附表流体密度/(kg/m3)黏度/(mPa·s)热导率/[W/(m·℃)]比热容/[kJ/(kg·℃)]冷流体9960.8010.6174.174热流体9780.4060.6674.167注：流体在套管环隙间作强制湍流的对流传热系数可由下式计算，即式中de为当量直径，d2为外管内径，d1为内管外径。解：传热量为kJ/h℃m2W/(m2·℃)由令则管内流速为m/s 为湍流由W/(m2·℃)环隙流速为m/s环隙当量直径为m 为湍流由W/(m2·℃)由解得 W/(m2·℃)当流量均增加50%时 W/(m2·℃) W/(m2·℃)解得W/(m2·℃)m2换热管有效长度为m12．某炼油厂在原料油的炼制过程中需要将原料油由20℃预热到105℃。预热器为一单程管壳式换热器，原料油在管程流动，其流量为43000 kg/h，比热容为1.97 kJ/(kg·℃)；壳程的加热介质为饱和蒸汽，温度为160℃的饱和蒸汽在壳程冷凝为同温度的水。管壳式换热器的管长为6m，内有300根的列管。已知蒸汽冷凝传热系数为7000 W/(m2·℃)，油侧污垢热阻为0.0005 m (1) 计算饱和蒸汽的流量； (2) 计算管内油侧对流传热系数； (3) 若将油的流速增加一倍，保持油进、出口温度不变，计算饱和蒸汽的温度。
解：(1) 饱和蒸汽的流量传热量为kJ/hkJ/h查手册得，160℃饱和蒸汽 kJ/kg则饱和蒸汽的流量为 kg/h(2) 管内油侧对流传热系数℃m2 W/(m2·℃)解得 W/(m2·℃)(3) 饱和蒸汽的温度油的流速增加一倍，则W/(m2·℃)解得W/(m2·℃) 油进、出口温度不变原工况 新工况 ℃解得 ℃13．某合成氨厂变换工段为回收变换气的热量以提高进饱和塔的热水温度，需设计一台列管式换热器。规定变换气走壳程，热水走管程。已知变换气的流量为8500 kg/h，进换热器的温度为230℃，压力为0.6MPa；热水流量为45000 kg变换气在温度约为180℃密度为2.99 kg/m3；黏度为1.718×10-5 Pa·s；热导率为7.83×10-2W/(m·℃) ；比热容为1.86 k J/(kg·℃)。注：本题为换热器设计题目，可供化工原理课程设计选题时参考，答案略。