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化工原理1作业题24、单程列管换热器,内有37根25mm2.5mm、长3m的换热管。今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2饱和蒸汽,自饱和温度46oC冷却到10oC,CS2在壳程冷凝,其流量为300kg/h,冷凝潜热为351.6kJ/kg。冷却水在管程流动,进口温度为5oC,出口温度为32oC,与CS2冷凝液逆流流动。已知CS2冷凝段和冷却段的总传热系数分别为K1=291,K2=174。问此换热器是否适用?(传热面积A及总传热系数均以外表面积计)化工原理22525.mml3mn3721m71.8373025.014.3nldA实QQQ12kJ/kg6.351r4610228℃cp10963.kJ/(kgK)解:已知列管尺寸题中所给的两个K值均以外表面积为基准。现有传热面积总传热量(式中Q1为冷凝段热负荷,Q2为冷却段热负荷)查得时Qmrmcps1s1kW146102932893219...为求A1、A2就应求出两段交界处冷却水温度mcQps22325tQmcp32322934187028574512s2....℃化工原理3tm13855143855142424.ln..℃4646327.451438.5546107.45538.555tm238555385551643.ln..℃233m222m11121m17.501.116.443.161741089.224.24291103.29tKQtKQAAA需需需AA实需此换热器可满足生产要求。传热面积富裕化工原理426、在一单壳程、双管程列管换热器。壳程为120oC的饱和水蒸气冷凝。常压空气以12m/s的流速在管程流过。列管为Φ38*2.5mm的钢管,总管数为200根。已知空气进口温度为26,要求被加热到86,蒸汽侧对流传热系数为为10000W/(m2K),壁阻和污垢热阻可忽略不计。试求:(1)换热器列管每根长为多少米?(2)由于此换热器损坏,重新设计一台新换热器,其列管尺寸改为Φ54*2mm,总管数减少20%,但每根管长维持原值。用此换热器加热上述空气,求空气的出口温度化工原理传热复习本章学习目的掌握传热的基本原理、传热的规律,并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题:换热器的设计和选型换热器的操作调节和优化强化传热或削弱传热(保温)化工原理6(1)本章重点掌握的内容傅里叶定律;单层、多层平壁热传导速率方程,单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用牛顿冷却定律;平均温度差;对流传热系数的影响因素及量纲分析法换热器的能量恒算,总传热速率方程和总传热系数的计算,(2)本章应掌握的内容传热的基本方式换热器的结构形式和强化途径对流传热系数的影响因素及量纲分析法化工原理7(3)本章一般了解的内容对流-辐射联合传热一般传热设计的规范、相关计算和设备选型要考虑的问题(4)本章学习中应注意的问题边界层概念量纲分析法辐射传热的基本概念和定律,影响辐射传热速率的因素化工原理81、三种传热方式比较传热方式热传导对流传热辐射传热定律名称傅里叶定律牛顿冷却定律辐射定律定律表达式组合结果两流体通过间壁传热高(低)温设备散热(冷)ntdAdQ)(wTTdAdQ400)100(TCE化工原理9导热概念:导热系数(单位、固液气λ的相对大小)、t对λ的影响公式:1、傅里叶定律2、一维稳态导热ntAQqdd-===/-=/1212mtt推动力平壁QqAbA热阻tt圆筒壁QbA12-==/-==/iiittbA12imi总推动力Q总热阻tt总推动力QbA总热阻=2mmArL2121-=ln/mrrrrr化工原理10对流概念:热边界层、各种对流传热情况下α的影响因素、数量级、几个准数:Nu、Pr公式:1、牛顿冷却定律2、管内湍流时:w=(t-t)QA0.8=0.023RePrnNu0.80.2ud被加热n=0.4被冷却n=0.3适用条件化工原理11辐射概念:黑体、灰体、吸收率、黑度、角系数公式:4400T==5.669()100ET0=EE=A44121-21-2=-100100TTQCA----斯蒂芬-波尔兹曼定律----克希霍夫定律化工原理12传热过程计算=mQKtA111121222d111=++++dssmbddRRKdd1112=(T-T)mpQqC2221=(t-t)mpQqC=mQqr2121-=ln/mttttt换热器传热的三个环节列管式换热器的结构、热补偿方法流程选择原则、强化传热措施圆筒壁错、并流、及相变的情况操作型和设计型计算类型化工原理13对流传热系数的影响因素例:水在一定流量下通过某列管换热器的管程,利用壳程水蒸汽冷凝可以将水的温度从25℃升至75℃,现场测得此时水在管程的对流传热系数为1100W/(m2·K),且已知水在管内的流动已达到湍流。试求(1)与水质量相同的空气通过此换热器时的对流传热系数是多少?已知该股空气的定性温度为140℃。(2)若与水质量流量相同的苯以同样的初始温度通过此换热器管程,问此时苯通过管程的对流传热系数是多少?已知苯的定性温度为60℃。(3)在水质量流量一定的情况下,现拟采用一个传热面积与原换热器相同的新换热器,新换热器中换热管长度与原换热器相同,但其内径只有原换热管的1/2。试问水在该换热器管程的对流传热系数是多少?假设水的定性温度不变。(4)若水在原换热器管程中流动时的雷诺数为10000,现欲提高水的出口温度,拟采用一换热面积为原换热器5倍的列管换热器,该换热器换热管的长度和内、外径均与原换热器相同(长径比达200),问采用该换热器能将水的出口温度提高吗?化工原理14解:(1)查水和空气在各自定性温度下的物性参数:ρ,λ,μ,Cp,同样质量流量下空气在换热管内的雷诺数大于水的值,其流动也未湍流,则0.80.40.80.40.60.20.40.0230.023ppuccdudd空气与水的对流传热系数之比为0.40.40.611110.345ppcc则空气的对流传热系数为380W/(m2·K)(2)同理,可以计算出苯的对流传热系数为368.5W/(m2·K)化工原理15(3)两换热器中换热面积相同,即nπdl=n’πd’l’,由此可得两换热器换热管根数之比'2'ndnd22'2''undund0.80.2''2'ududΑ‘=2200W/(m2·K)(3)换热面积为原来5倍,换热管尺寸不变,换热管根数应为原来5倍,流通截面积为原来5倍,流速只有原来的1/5,雷诺数也只有原来1/5为2000,层流,此时传热系数计算公式发生了变化,计算结果为传热系数只有原来的1/10。传热面积增加5倍,传热系数(该换热器取决于管程)减小为1/10,新换热器不仅不能使水的出口温度提高,反而会使其降低。化工原理φ25mm×2.5mm的钢管,外包有热导率为0.4W/(m.k)的保温材料,以减少热损失。已知钢管外壁温度t1=320℃,环境温度t0=20℃。求保温层厚度分别为10mm、20mm、27.5mm、40mm、50mm、60mm、70mm时,每米管长的热损失及保温层外表面温度t2。保温层外表面与环境的对流传热系数为100W/(m2.k),保温层与钢管接触良好。通过圆筒壁的热传导速率:1221/ln2rrttlQ保温层外表面与环境的自然对流传热速率0220222ttlrttAQ热传导16化工原理当热损失达到定态时,每米管长的热损失为21201202122121ln2121ln21rrrttrttrrttlQ保温层厚102027.540506070半径22.532.54052.562.572.582.5热阻0.9410.870.8610.8740.8950.9190.944热损失318.8344.8348.4343.2335.2326.4317.8外表面温度2453.188.7158.6123.9105.391.681.217化工原理保温层的热传导+保温层外表面的自然对流导热热阻↑12ln21rr自然对流热阻↓221r保温层厚度↑r2保温层并不总是越厚越好,当其半径在小于临界值的范围内变化时,保温层越厚保温效果越差。011212222rrdrRdmmrc4018化工原理191.在通过三层平壁的定态热传导过程中,各层平壁厚度相同,接触良好。若第一层两侧温度分别为150℃和100℃,第三层外表面温度为50℃,则这三层平壁的热导率λ1、λ2、λ3之间的关系为()。2.一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后,其保温效果应(),原因是()。3.由多层等厚平壁构成的保温层中,如果某层材料的热导率越大,则该层的热阻就越(),其两侧的温差就越()。化工原理204.在厚度一定的圆筒壁定态热传导过程中,由内向外通过各等温面的传热速率Q将(),由内向外通过各等温面的热通量q将()。5.蒸汽冷凝现象有()冷凝和()冷凝之分;工业冷凝器都是按()冷凝来设计的;大容积沸腾现象有()沸腾和()沸腾之分,工业上沸腾传热装置一般是按()沸腾来设计的。6.在对流传热系数的无量纲特征数关联式中,()代表了流动类型和湍动程度对对流传热的影响;()代表了流体的物性对对流传热的影响;()代表了自然对流对对流传热的影响。化工原理217.在开发和使用传热系数的时,需要确定的特征物理量是()、()和()。8.水在管内做湍流流动,若使流速提高至原来的2倍,则其对流传热系数约为原来的()倍;若管径改为原来的1/2,则其对流传热系数约为原来的()。9.在无相变强制传热过程中,热阻主要集中在();在蒸汽冷凝传热过程中,热阻主要集中在()。10.饱和蒸汽冷凝时,壁温与饱和蒸汽的温差越大,则冷凝传热系数越();液体核状沸腾时,壁温与饱和液体的温差越大,则沸腾传热系数越()。化工原理2211.计算冷凝传热系数时,关联式中的Δt是指();蒸汽冷凝相变焓按()温度取,其余物性按()温度取。12.通常,蒸汽在水平管外的冷凝传热系数()垂直管外的冷凝传热系数,其原因是();蒸汽冷凝于水平管束时的传热系数()冷凝于单根水平管式,其原因是()。13.工业上为提供冷凝器冷凝传热效果,在操作时需要及时排放冷凝器内积存的()和()。14.克希霍夫定律的物理含义可以从两方面理解:一是灰体的()与()之比等于();二是灰体的()与()在数值上相等。化工原理2315.两灰体表面间的辐射传热速率与()、()、()、()有关。16.在高温物体附近设置隔热板是消弱()散热的有效方法。挡板材的()越低,散热量越小。17.通过一换热器,用饱和水蒸汽加热水,可使水的温度有20℃升高到80℃,现发现水的出口温度降低了,经检查水的入口温度和流量均无变化,则引起出口水温下降的原因可能有:(),(),(),()。化工原理2418.比较下列不同情况下列管式换热器平均传热推动力的大小a:逆流与并流:两流体均发生温度变化,两种流型下两流体进口温度相同,出口温度也相同,则Δtm并()Δtm逆b:逆流与并流:一次流体恒温,另一侧流体温度发生变化,两种流型下两流体进口温度相同,出口温度也相同,则Δtm并()Δtm逆;c:逆流与1-2折流:两流体均发生温度变化,两种流型下两流体进口温度相同,出口温度也相同,则Δtm1-2折()Δtm逆;d:逆流与1-2折流:一次流体恒温,另一侧流体温度发生变化,两种流型下两流体进口温度相同,出口温度也相同,则Δtm1-2折()Δtm逆化工原理2519、利用水在逆流操作的套管式换热器中冷却某物料,要求热流体的进、出口温度保持一定。现由于冷却水进口温
本文标题:化工原理传热复习
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