发布时间 : 星期日 文章管国峰第三版南京工业大学化工原理第四章传热及换热器习题解答更新完毕开始阅读ddbdc601bed5b9f3f90f1cad
第四章传热及换热器 Page 17 of 21
33）一套管换热器，用热柴油加热原油，热柴油与原油进口温度分别为155℃和20℃。已知逆流操作时，柴油出口温度50℃，原油出口60℃，若采用并流操作，两种油的流量、物性数据、初温和传热系数皆与逆流时相同，试问并流时柴油可冷却到多少温度？
解：逆流时：Qh?QcWhCph?T?WcCpc?t则WhCph(150?50)?WcCpc(60?20)?tm?(95?30)ln(95/30)?56.4CQ?KS?tm?KS?1.862WhCph并流时：Qh?QcWhCph?T?WcCpc?t则WhCph(155?T2)?WcCpc(t2?20)?tm?[135?(T2?t2)]/ln135/(T2?t2)Q?KS?tm''''''''0(1)
(2)'0联立方程（1）（2）解得：T2?64.7C即并流时柴油冷却到64.7C0t2?54.4C'034）一套管换热器，冷、热流体的进口温度分别为55℃和115℃。并流操作时，冷、热流体的出口温度分别为75℃和95℃。试问逆流操作时，冷、热流体的出口温度分别为多少？假定流体物性数据与传热系数均为常量。
解：并流时：Qh?QcWhCph?T?WCCpC?t则WhCph（115?95）?WCCpC（75?55）?WhCph?WCCpC?tm?(60?20)/ln60/20?36.41CQ?KS?tm?KS?0.55WhCph逆流时：WhCph（115?T2）?WCCpC（t2?55）?115?T2?t2?55??t1?T2?55??t1??t2??tm?(?t1??t2)/2?30?(T2?t2)/2115?T2?0.55[30?(T2?t2)/2]115?T2?t2?55解得T?93.7C'20'''20'''''''''''0?t2?115?T2't?76.3C
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35）一列管换热器，管外用2.0×105Pa的饱和水蒸汽加热空气，使空气温度从20℃加热到80℃，流量为20000kg/h，现因生产任务变化，如空气流量增加50%，进、出口温度仍维持不变，问在原换热器中采用什么方法可完成新的生产任务？
解：200kPa饱和水蒸气温度为：T?120.2C00?tm?(120.2?20)?(120.2?80)/ln(120.2?20)/(120.2?80)?65.7C??空《?气?K??空Q?KS?tm?65.7ks?Q?KS?tmK??空?1.5Q?1.38KS?t''‘'''0.8'm?空?1.38KQ?1.5Q'’
??t'm?71.4C0?空气的进出口温度不变??tm?60/ln(T?20)/(T?80)T?125.57C查的饱和水蒸气压力为所以可通过调节饱和蒸234.3kPa,汽压力至234.3kPa完成新任务。'0'''36）在一单管程列管式换热器中，将2000kg/h的空气从20℃加热到80℃，空气在钢质列管内作湍流流动，管外用饱和水蒸汽加热。列管总数为200根，长度为6m，管子规格为φ38×3mm。现因生产要求需要设计一台新换热器，其空气处理量保持不变，但管数改为400根，管子规格改为φ19×1.5mm，操作条件不变，试求此新换热器的管子长度为多少米？
解：?据题意Q?QQ?KS总'?tm?Ki??i2'20.2'0.82'0.20.80.2??0???i'0.8ui/ui?ndi/(ndi)?i?ui''?di??i/?i?(ui/ui)'?(di/di)?i/?i?(200?32/(400?16)??i/?i?2S总?nL?di''‘2?(32/16)?2
?Ki?2KiS总?nL?di'''‘''''Q?KiS总?tm?2KinL?di?tmQ?KiS总?tm?KinL?di?tmL?1/2?(n/n)?(di/di)?L?3m'''37）在单程列管换热器内，用120℃的饱和水蒸汽将列管内的水从30℃加热到60℃，水流经换热器允许的压降为3.5Pa。列管直径为φ25×2.5mm，长为6m，
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换热器的热负荷为2500kW。试计算：①列管换热器的列管数；②基于管子外表面积的传热系数K。
假设：列管为光滑管，摩擦系数可按柏拉修斯方程计算，解：(1)t?30?602?45℃
。
45℃时水：? = 990kg/m3 ,Cp = 4.174×103 J/(kg℃)，? = 64.03×10-2W/(m℃)
? = 60.12×10-5Pa?s ，Pr = 3.925
L?u?p???d22?0.3164du????????0.25L?u??d22?0.3164?6?990?0.020?990?2?0.020????60.12?10?5?0.25?u1.75?3.5?103 ∴ u = 1.00m/s
?tm?ln60?30120?30120?60?73.99℃
设管壁及污垢热阻可略 ∵?0＞＞?i ∴Ki = ?i 对一根管，
Q???4di?ui???Cp(t2?t1)?2?4?0.02?1.00?990?4174?(60?30)2
= 3.895×104 W
又Q??Ko?doL??tm，即 3.895?104 = 5.23?103???0.02?6?73.99 ∴ Ko= 1.117×103 W/(m2?℃) (2) Q总?nQ? ∴ n?2500?103.895?1034?64.2 取n为64根。
38）有一立式单管程列管换热器，其规格如下：管径φ25×2.5mm，管长3m，管数30根。现用该换热器冷凝冷却CS2饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃。CS2走管外，其流量为250kg/h，冷凝潜热为356kJ/kg，液体CS2的比热为1.05kJ/(kg·℃)。水走管内与CS2呈逆流流动，冷却谁进出温度分别为5℃和30℃。已知CS2冷凝和冷却时传热系数（以外表面积计）分别为
和
解：Q?Wh?r?Cp?Ts?T2???2503600。问此换热器是否合用？
?356?1.05??46?10???27.35 kJ/s
设换热器上部为蒸汽冷凝段,以下标“1”表示,下部为冷却段,以“2”表示
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则 Q??2503600??356?24.72 kJ/s T1=46℃ 1 Q??2503600??1.05?36?2.63kJ/s t2=30℃ Q1 Q2 T2=10℃
2设冷水Cp为常量，则上下两段分界处t3： t3 t1=5℃ Q1Q??t2?t3??t2?t1?
?30?t?即 24.7227.35?3?30?5? ∴t3 = 7.4℃
3于是：A1?Q1K1?tm,1?24.72?10232.6?30?7.4?46?7.4?ln???46?30?2.63?103?4.14m2
A2?Q2K2?tm,2?116.8??46?7.4???10?5??46?7.4?ln???10?5??1.37m2
∴A = A1＋A2 = 4.14＋1.37 = 5.51m2(以外表面积计) 现有换热器A＇= n?d0L = 30???0.025?3 = 7.07 m2＞ A 故能适用。
39）现有两台规格完全一样的列管换热器，其中一台每小时可以将一定量气体自80℃冷却到60℃，冷却水温度自20℃升到30℃，气体在管内与冷却水呈逆流流动，已知总传热系数（以内表面积为基准）Ki为40 W/(m·℃)。现将两台换热器并联使用，忽略管壁热阻、垢层热阻、热损失及因空气出口温度变化所引起的物性变化。试求：①并联使用时总传热系数；②并联使用时每个换热器的气体出口温度；③若两换热器串联使用，其气体出口温度又为多少（冷却水进出每个换热器的温度不变）？
解：单台：Wh?Cph(T1－T2) = Wc?Cpc(t2－t1)
∴
Wh?CphWc?Cpc?t2?t1T1?T2?30?2080?60?0.5
50?40ln5040Wh?Cph(T1－T2) = Ki?Ai??tm，?tm??44.8℃
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∴
Wh?CphAi?Ki??tmT1?T2?40?44.880?60?89.6
二台并联：Ki???i??0.50.8?i?0.50.8?40?22.97W/(m2?℃)
Wh?CphKi?2Ai?(T1?T2)????(T1?t2)?(T2?t1)lnT1?t2??T2?t1???(80?t2)?(T2?20)ln80?t2??T2?20
即
89.62?22.97?(T1?T2)?1.95?(80?T2)????①
又
Wh?CphWc?Cpc?0.5??t2?2080?T2? ????????????????②
由①、②式联立，解得 T2?= 57.6℃，t2?= 31.2℃ 二台串联：
Wh?CphKi?2Ai(T1?T2)????(T1?t2)?(T2?t1)lnT1?t2??T2?t1???(80?t2)?(T2?20)ln80?t2??T2?20
即:
89.62?40?(80?T2)?1.12?(80?T2)?? ???③
又：
Wh?CphWc?Cpc?0.5??t2?2080?T2? ?????????????????④
③、④式联立，解得：T2?=48.2℃ ， t2? = 35.9℃
40）拟设计一台列管换热器，20kg/s的某油品走壳程，温度自160℃降至115℃，热量用于加热28kg/s的原油。原油进口温度为25℃，两种油的密度均为870kg/m3。其他物性数据如下：
名称 原油 油品 解：(略) CP kJ/(kg·℃) 1.99 2.20 μ Pa·s -32.9×10 5.2×10-3 λ W/(m·℃) 0.136 0.119