【正文】 6825 折流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫度差為 其中 由圖327（a）查得，故在一內(nèi)管為f180180。10mm的套管式換熱器中，管程中熱水流量為3000kg/h，進(jìn)、出口溫度分別為為90℃和60℃。殼程中冷卻水的進(jìn)、出口溫度分別為20℃和50℃，總傳熱系數(shù)為2000W/(m2℃)。試求：（1）冷卻水用量；（2）逆流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及管子的長(zhǎng)度；（3）并流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及管子的長(zhǎng)度；解：（1）水的比熱（2）逆流時(shí)平均溫度差為906050204040℃ （3）并流時(shí)平均溫度差為906020507010 2在一內(nèi)管為f25180。，CO2氣體在管程流動(dòng)，對(duì)流傳熱系數(shù)為40 W/(m2℃)。殼程中冷卻水的對(duì)流傳熱系數(shù)為3000W/(m2℃)。試求：（1）總傳熱系數(shù)；（2）若管內(nèi)CO2氣體的對(duì)流傳熱系數(shù)增大一倍，總傳熱系數(shù)增加多少；（3）若管外水的對(duì)流傳熱系數(shù)增大一倍，總傳熱系數(shù)增加多少；（以外表面積計(jì)）解：查得碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)取管內(nèi)CO2側(cè)污垢熱阻Rs2=180。103 (m2K/W)管外水側(cè)熱阻 Rs1=180。103 (m2K/W)(1)總傳熱系數(shù)（以外表面積計(jì)）（2）管內(nèi)CO2氣體的對(duì)流傳熱系數(shù)增大一倍，即a162。2=80W/(m2K) %（3）若管外水的對(duì)流傳熱系數(shù)增大一倍，a162。1=6000W/(m2K)%2在一內(nèi)管為f25180。，用水冷卻苯，冷卻水在管程流動(dòng)，入口溫度為290K，對(duì)流傳熱系數(shù)為850W/(m2℃)。，苯的進(jìn)、出口溫度為350K、300K，苯的對(duì)流傳熱系數(shù)為1700W/(m2℃)。已知管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m℃)，苯的比熱為cp=(kg℃)，密度為ρ=880kg/m3。忽略污垢熱阻。試求：在水溫不超過(guò)320K的最少冷卻水用量下，所需總管長(zhǎng)為多少？（以外表面積計(jì)）解：冷卻水的平均溫度，查得305K時(shí)水的比熱容為熱負(fù)荷 冷卻水用量：平均溫度差為3503003202903010基于外表面積的總傳熱系數(shù)K12一套管式換熱器，用飽和水蒸氣加熱管內(nèi)湍流的空氣，此時(shí)的總傳熱系數(shù)近似等于空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。若要求空氣量增加一倍，而空氣的進(jìn)出口溫度仍然不變，問(wèn)該換熱器的長(zhǎng)度應(yīng)增加多少？解：總傳熱量：空氣量增加一倍后：此時(shí)總傳熱系數(shù)∴空氣的進(jìn)出口溫度不變，∵則管長(zhǎng)要增加15%。2有一單管程列管式換熱器，該換熱器管徑為f 25，管子數(shù)37根，管長(zhǎng)3米。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻CS2飽和蒸汽，自飽和溫度46℃冷卻到10℃。CS2在殼程冷凝，其流量為300kg/h。冷卻水在管程流動(dòng)，進(jìn)口溫度為5℃，出口溫度為32℃，逆流流動(dòng)。已知CS2在冷凝和冷卻時(shí)的傳熱系數(shù)分別為及。問(wèn)此換熱器是否適用？（傳熱面積A及傳熱系數(shù)均以外表面積計(jì)） 解：已知列管尺寸；；題中所給的兩個(gè)K值均以外表面積為基準(zhǔn)。現(xiàn)有傳熱面積：總傳熱量(式中Q1為冷凝段熱負(fù)荷，Q2為冷卻段熱負(fù)荷)已知 查得時(shí) CS2的比熱其中；為求AA2就應(yīng)求出兩段交界處冷卻水溫度At/℃Q1,A1Q2,A2K1K2t4632105對(duì)于冷凝段則46463214461055 此換熱器可滿足生產(chǎn)要求。傳熱面積富裕2由f25180。，殼程為壓力2570kPa（表壓）的沸騰水。管內(nèi)為合成轉(zhuǎn)化氣，溫度由575℃下降到472℃。已知轉(zhuǎn)化氣側(cè)a2=300 W/(m2℃)，水側(cè)a1=104 W/(m2℃)。忽略污垢熱阻，試求平均壁溫TW和tW。解：以外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)平均溫度差：壓力2570kPa（表壓）下水的飽和溫度為：℃575472 傳熱量 管內(nèi)壁壁溫（T取熱流體進(jìn)出口平均溫度）管外壁壁溫2有一單殼程、雙管程列管式換熱器。殼程為120℃飽和水蒸氣冷凝，常壓空氣以12m/s的流速在管程內(nèi)流過(guò)。列管為鋼管，總管數(shù)為200根。已知空氣進(jìn)口溫度為26℃，要求被加熱到86℃。又已知蒸汽側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為，壁阻及垢阻可忽略不計(jì)。試求：(1) 換熱器列管每根管長(zhǎng)為多少米？(2) 由于此換熱器損壞，重新設(shè)計(jì)了一臺(tái)新?lián)Q熱器，其列管尺寸改為，總管數(shù)減少20%，但每根管長(zhǎng)維持原值。用此新?lián)Q熱器加熱上述空氣，求空氣的出口溫度。解：(1) 由熱量衡算式和傳熱速率方程計(jì)算完成任務(wù)所需的傳熱面積，然后在計(jì)算出管長(zhǎng)。查時(shí)， 空氣的物性， (湍流) 12012026869434解得：解法2 可見(jiàn)這種近似是允許的。(2) 改為列管，令空氣出口溫度為熱量衡算： (1)速率方程： (2)1201202694式中 將以上各值代入(2)后再與(1)式聯(lián)立解得：2試計(jì)算一外徑為50mm，長(zhǎng)為10m的氧化鋼管，其外壁溫度為250℃時(shí)的輻射熱損失。若將此管附設(shè)在：（１）與管徑相比很大的車間內(nèi)，車間內(nèi)為石灰粉刷的壁面，壁面溫度為27℃，；（２）截面為200mm180。200mm的紅磚砌的通道，通道壁溫為20℃。解：由表38查的氧化鋼管黑度為e 1=，石灰粉刷壁面的黑度e 2=（1）由于爐門被極大的四壁包圍，由表39知j=1，A=A1=180。180。10=，C12=e 1C0=0. 8180。=（m2K4） 所以 （2）查紅磚e2=，Φ=1，此為表39中的第五種情況， 所以2在一大車間內(nèi)有一圓柱形焙燒爐，爐高6m，外徑6m，爐壁內(nèi)層為300mm的耐火磚，外層包有20mm的鋼板，已測(cè)得爐內(nèi)壁溫度為320℃，車間內(nèi)溫度為23℃，假設(shè)由爐內(nèi)傳出的熱量全部從爐外壁以輻射的方式散失。試求此爐每小時(shí)由爐壁散失的熱量為若干？已知耐火磚，爐壁黑度e=，鋼板熱阻可以不計(jì)。提示：可用試差法求解，爐外壁溫度在110120℃之間。解：輻射面積： （1)耐火磚圓柱熱傳導(dǎo)：耐火磚頂部熱傳導(dǎo)： (2)聯(lián)立(1)與(2)式試差解得：或 2平均溫度為150℃的機(jī)器油在f108180。6mm的鋼管中流動(dòng)，大氣溫度為10℃。設(shè)油對(duì)管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)為350 W/(m2℃)，管壁熱阻和污垢熱阻忽略不計(jì)。試求此時(shí)每米管長(zhǎng)的熱損失。又若管外包一層厚20mm， W/(m2℃)的玻璃布層，熱損失將減少多少？對(duì)流輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)W/(m℃)。解：在定態(tài)條件下，各串聯(lián)熱阻相等（1）不保溫時(shí)的熱損失因管壁熱阻忽略不計(jì)，可認(rèn)為管內(nèi)、外壁溫度均為tW。令tw10=q于是 求解得：按管外壁散熱得：（2）若加了20mm厚的保溫層后，管壁溫度為tW1，保溫層外壁溫度為tW2。則：解得：按管外壁散熱得：熱損失減少某化工廠在生產(chǎn)過(guò)程中，需將純苯液體從80 ℃ 冷卻到55 ℃，其流量為20000kg/h。冷卻介質(zhì)采用35℃ 的循環(huán)水。試選用合適型號(hào)的換熱器。定性溫度下流體物性列于本題附表中。習(xí)題330附表密度,kg/m3比熱容,kJ/(kg℃)黏度,Pas導(dǎo)熱系數(shù),kJ/(m℃)苯104循環(huán)水103解 (1)試算和初選換熱器的型號(hào)① 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水消耗量 熱負(fù)荷： 冷卻水流量： kg/s ② 計(jì)算兩流體的平均溫度差暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差805543353720 ℃而 由圖327（a）查得 ，因?yàn)?，選用單殼程可行。所以℃③初選換熱器規(guī)格根據(jù)兩流體的情況，假設(shè)K估＝450W／(㎡℃)，傳熱面積A估應(yīng)為㎡本題為兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過(guò)程。為使苯通過(guò)殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令苯走殼程，水走管程。兩流體平均溫度差，可選用固定管板式換熱器。由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選換熱器型號(hào)為G400Ⅱ, 有關(guān)參數(shù)如下。殼徑/mm公稱壓強(qiáng)/MPa管程數(shù)殼程數(shù)管子尺寸/mm實(shí)際傳熱面積/mm240021φ25管長(zhǎng)/m管子總數(shù)管子排列方法管中心距/mm折流檔板間距/mm折流板型式3102正三角形32150圓缺型(2)校核總傳熱系數(shù)K①管程對(duì)流傳熱系數(shù)a2管程流通面積㎡管程冷卻水流速 m／s (湍流)Ｗ／(㎡℃)②殼程對(duì)流傳熱系數(shù)a1，按式（325）計(jì)算 流體通過(guò)管間最大截面積為 ㎡苯的流速為 m／s管子正三角形排列的當(dāng)量直徑殼程中苯被冷卻，取所以 Ｗ／（㎡℃）③污垢熱阻 管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為 ㎡℃／Ｗ　，　　㎡℃／Ｗ④總傳熱系數(shù)K 管壁熱阻可忽略，總傳熱系數(shù)K為 K=／(㎡℃)⑤ 傳熱面積A m2安全系數(shù)為 故所選擇的換熱器是合適的。選用固定管板式換熱器，型號(hào)為G400Ⅱ56