各大名牌高校化工原理考研真题之传热2

【北京理工大学，2003，五】一传热面积为30m2的列管式换热器中，用120℃的饱和蒸汽冷凝，将某气体从30℃加热到80℃，该气体走管内，流量为5000m3/h，密度为1kg/m3（均按入口状态计），比热为1kJ/kg·K。（1）估算此换热器的传热系数。（2）若被加热气体量减少50%，并可近似认为被加热气体的密度、比热等物性参数保持不变，估算在加热蒸汽压力和被加热气体入口温度不变的条件下，该气体出口温度变为多少？解：（1）由题意，2221()mQKAtmCptt其中，211261.66lnmtttCTtTt2225000/1.4/mvkghkgs代数得，22221()37.84/()mmCpttKWmKAt（2）由题意，被加热气体量减少50%后，'0.5uu0.8'0.5KK2221''''(')mQKAtmCptt整理得，1222''ln'TtKAmCpTt代数解得，2'84.5tC【北京理工大学，2004，三】如下图，流量为0.5kg/s、温度为20℃的水（Cp=4.18kJ/kg·K）流过串联的两台列管换热器，以冷却流量为0.8kg/s、温度为120℃的某溶液（Cp=2kJ/kg·K）,测得该溶液的出口温度为65℃，现因故使进口水降到6℃，问：若保持其他进口条件不变，则溶液的出口温度变为多少？解：如图为串流的换热器逆流传热从本题中可以看出，当被加热流体流量减小，并保持其他操作条件不变的情况下，流体出口温度变大。本题是串联换热器的计算，用传热单元计算法比较简单易行。11122RmCpCmCp1122111KAKANTUmCp进口水温度降低时，以上两项保持不变，'即12121212''TTTTTtTt代数解得2'57.3TC【北京理工大学，2005，三】流量为1kg/s、温度为20℃的冷却介质（Cp=5kJ/kg·K）流过一台逆流运行的列管换热器，把流量为2kg/s的反应物（Cp=4kJ/kg·K）从95℃冷却到70℃。已知此换热器的总传热面积为16m2，核算此换热器在该工作状态下的总传热系数K。解：由题意：11122221()()QmCpTTmCptt代数解得，260tC5210QW由于逆流运行，12211221()()42.1lnTtTttCTtTt由mQKAt解得，2296.9/()oKWmC【天津大学，1991，三】在一单程列管换热器内，壳程浸入100℃的饱和水蒸气，将管内湍流流动的空气从10℃加热至60℃，且饱和水蒸汽冷凝成同温度的水。若空气流量及空气进口温度不变，饱和蒸汽和冷凝水温度也不变，仅将原换热器改为双管程，问此时空气的出口温度为多少？饱和蒸汽流量变化如何？（计算中忽略壁阻、垢阻及设备的热损失）解：由题意，12221()mQAtmmCptt当改为双管程时，'2uu本题是核算换热器工作状态下传热系数的题目，解题时应注意题中给出的流动方式。将单程列管式换热器转化成多管程时，要注意对传热系数的影响。湍流流动时，0.80.40.023Priiidud故0.8'2整理得1212ln'ln'TtTtTtTt解得2'78.07tC又因为121121''1.36mttmtt即饱和蒸汽流量变为原来的1.36倍。【天津大学，1993，四】有一列管式换热器，110℃的饱和水蒸气在壳程被冷凝为同温度的水，一定流量的某气体在管束内从30℃加热至50℃。现因气体的流量增加，加热蒸汽的压强及气体入口温度均不变，致使气体的出口温度降至48℃。换热器的管壁及污垢热阻可忽略，换热器的热损失也可忽略，气体在管束内均为湍流流动。试求：（1）气体流量为原来的多少倍；（2）换热器的换热速率为原来的多少倍。两种情况下气体的物性可以认为不变。解：（1）由题意：2221()mQAtmCptt湍流流动时，0.80.40.023Priiidud0.80.8'''umum整理得10.2212ln'ln'TtTtmTtmTt解得，'1.83mm（2）2121'''1.65ttQmQmtt【天津大学，1994，五】用两台结构完全相同的单程列管换热器，按并联方式加热某料液，每台换热器由44根Φ25×2.5mm，有效长2m的管子所组成。料液的总流量为1.56×10-3m3/s，比热为4.01KJ/kg·℃，密度为1000kg/m3，料液在两换热器的管程内呈湍流流动，并由22℃被加热至102℃，用122℃的饱和蒸汽分别在两换热器的壳程冷凝（冷凝液为饱和液体），蒸汽冷凝的对流传热系数为8KW/(m2·℃)，管壁及污垢热阻均可忽略不计。试求：（1）料液的对流传热系数；（2）料液的总流量与加热条件不变，将两台换热器由并联改为串联使用，料液由22℃加热到多少度？解：（1）由题意0250.025200.02idmmmdmmm2221()mQKAtmCptt整理得1222ln728.72W/(mC)2oTtmCpTtKndl由11ooOiidKd解得21002.2/()iWmK（2）由题意，两台换热器串联使用时，'2uu；0.82''()1744.9/()iiuWmKu由11ooOiidKd解得2'1188.5/()oKWmK本题考察换热器的串并联。由212112(')'2(')ln'iittQKAmCpttTtTt得2'114.8tC【天津大学，1995，四】有一列管式换热器，用120℃的饱和水蒸气加热某种气体，冷凝水在饱和温度下排出，气体由20℃升高到80℃，气体在列管内呈湍流流动。若气体流量增加50%，而气体进入列管换热器的温度、压强不变。试计算加热蒸汽量为原用量的倍数。管壁热阻、污垢热阻及热损失可忽略，且气体的物性可想为不变。加热蒸汽温度不变。解：由题意22'1.5mm，则'1.5uu0.8'1.5由2221()mQAtmCptt得122122ln'''lnTtTtmTtmTt解得2'77.04tC12121212'''1.43mttmmttm【天津大学，1996，四】现有一列管式换热器，有Φ25×2.5mm的钢管300根，管的有效长度为2m。要求将8000kg/h的空气于管程由20℃加热至85℃，采用108℃的饱和蒸汽于壳程冷凝加热，冷凝液在饱和温度下排出，蒸汽冷凝的传热系数为1×104W/(m2·℃)，空气的对流传热系数为90W/(m2·℃)，管壁及两侧污垢热阻均可忽略，且不计热损失，空气在平均温度下的比热为1KJ/（kg·℃）。试求：管内介质的流量增大时，导致被加热流体的出口温度降低。本题着重对换热器一章各参数计算方法的考察，做题时应循序渐进。1、换热器的总传热系数KO;2、通过计算说明该换热器能否满足要求；3、通过计算说明管壁温度接近于哪一侧流体的温度。解：1、由11ooOiidKd0250.025200.02idmmmdmmm解得271.5/()oKWmK2、121248.44lnmttttt℃52221()1.4410pQmCttW241.7omQAmKt需要203000.025247.1AndlmAA实际需要实际故，该换热器可以满足需要。3、由2知，常压空气经换热后的出口温度大于85℃设实际出口温度为t2’,则有：212112(')(')ln'OpottQmCttKATtTt实际①()OOWQATT实际②由①得，2'88.67tC代入②得，108.3wT℃即壁温更接近热流体侧的温度。【天津大学，1997，三】有一管程为单程的列管换热器，由Φ25×2.5mm、长2.5m的20根钢管组成，用120℃饱和水蒸气加热某冷液体（冷凝液在饱和温度下排出），该冷液体走管内，进口温度为25℃，比热为1.58KJ/（kg·℃），流量为1500kg/h，管外蒸汽的冷凝传热系数为1.0×104W/(m2·℃)，管内对流传热的热阻为管外蒸汽冷凝传热热阻的6倍，求：（1）基于管外表面积的总传热系数K0；（2）冷液体的出口温度。（换热器的热损失、管壁及两侧污垢热阻均可忽略不计）解：（1）由11ooOiidKd得21176.5/()oKWmK（2）2221()mQKAtmCptt解得【浙江大学，2000，四，2】某厂采用一套管式换热器冷凝2000kg/h甲苯蒸汽，冷凝温度为110℃，甲苯的汽化潜热为363KJ/kg,其冷凝传热系数为5600W/m2·℃。冷却水于20℃及5000kg/h的流量进入套管内管（内管尺寸Φ57×3.5mm）。水的物性可取为：密度为995kg/m3；比热容为4.174KJ/（kg·℃）；导热系数为0.62W/(m2·℃)；黏度为8×10-4Pa·s。忽略壁及垢层的热阻，且不计热损失，求：（1）冷却水的出口温度及套管管长；（2）由于气候变热，冷却水进口温度升为30℃，在水流量不变的情况下，该冷凝器能冷凝多少苯蒸汽。解：（1）由12221()QmmCptt代数得254.8tC24iVudn44Re4.421010idu由本题可以看出，当冷却水进口温度升高而进水量不变的情况下，冷凝器的处理量变小。Pr5.39Pc0.80.420.023RePr2912/()iiWmKd由11ooOiidKd得21754.2/()oKWmK又121271.2lnmtttCttmmQKAtKdlt解得10.3lm（2）2221'(')mQKAtmCptt整理解得2'64.2tC由12221(')QmmCptt得11967/mkgh【浙江大学，2001，四，2】一列管式换热器，传热面积为12m2。拟用流量为3200kg/h的水（比热容Cp=4.18KJ/(kg·K)）逆流冷却流量为7500kg/h、初温为95℃的油（比热容Cp=2.1KJ/(kg·K)），水的进口温度存在波动，为15±4℃。现要求油的出口温度低于67℃，问此换热器是否能满足要求？已知总传热系数为250W/(m2·℃)。解：取进口温度为19℃11122221()()QmCpTTmCptt解得252tC122.5QkW故121245.5lnmtttCtt210.8omQAmKt需要该换热器可以满足要求。要核对换热器是否满足要求，就要考虑最高进口水的温度。【浙江大学，2003，三，2】在一套管换热器中，用冷却水将空气由T1=100℃逆流冷却至T2=60℃，冷却水在Φ38×2.5mm的内管中流动，其进、出口温度分别为t1=15℃和t2=25℃，空气和水的流动Re数均大于10000。已知此时空气和水的对流传热系数分别为60W/(m2·℃)和1500W/(m2·℃)，水侧的污垢热阻为6×10-4m2·℃/W，空气侧的污垢热阻、管壁热阻可忽略不计。问：（1）若将空气的流量增加20%（但保持空气的进口温度不变，水的流量和进口温度也不变），则与原来相比，总传热系数K、传热量Q的变化比率是多少？（2）若水的流量增加20%（但保持水的进口温度不变，空气的流量和进口温度也不变），则此时K、Q的变化比率是否仍能达到第（1）小题的变化幅度？请予以定性分析。解：（1）由2155.2/()11oosiiioKWmCdRd121258.7lnmtttCtt112122120.25mCpttmCpTT121110.68mTTKANTUmCpt当空气流量增加20%时，0.82'1.269.4/()