传热例题

1K不变QK：Q：不变、21排除法无相变的冷、热流体在套管式换热器中进行并流换热，今若冷流体的进口温度t1下降，而其它操作参数不变，试定性分析K、Q、T2、tm的变化趋势。假设Q不变，Δtm不变，t2变大，Q增大,矛盾假设Q变小，Δtm变小(1)，T2增大(2)，t2增大，Q增大，矛盾(1)mQKAt1112(2)spQmcTT2221(3)spQmcttT1T2t1t2【例题1】22TT2：mtmt(1)mQKAt1112(2)spQmcTT2221(3)spQmctt（1）（2）Q增大3拟用150℃的饱和水蒸气将流量为90000kg/h的某溶液产品由25℃升温到35℃。现有一台单管程列管式换热器，换热管规格为Ф25mm×2.5mm，传热面积为15m2。已知蒸汽在其壳程冷凝，传热系数为12000W／(m2.K)；溶液走管程，其对流传热系数估计为330W／(m2.K)，比热为1.9kJ/(kg·K)。壳程污垢热阻和管壁热阻忽略不计,管程污垢热阻估计为0.0001m2K/W。试问这台换热器是否能够满足上述换热要求？如不能满足换热要求，采用加隔板的方式将该换热器变为双管程换热器．问能否满足换热要求?(注：由于粘度较大，溶液在管程流动为层流，其对流传热系数与流速的1／3次方成正比)【例题2】4该换热器的KA值为：KA＝15×250＝3750W／K。该换热器所具有的KA值小于完成换热任务所需要的KA值，故这一单管程换热器不合用。21213525==120150-25lnln150-35mttttt222190000)=190035-25=4750003600pQttmC(（）W475000===3958/120mQKAWKt需要（）211212221125251/1/0.0001250W(m.K)120002033020SAAKRAA／5现将原换热器由单管程改造成为双管程，则在换热面积和溶液流量不变的情况下溶液流速变为原来的2倍，其对流传热系数变为：则该双管程换热器的KA值为：K’A＝15×311＝4665W／K，其值大于完成换热任务所需要的KA值，故改造为双管程换热器方案可行。结论：KA值是换热器工作能力的综合反映'2112'12221125251/1/0.0001311W(m.K)120002041620SAAKRAA／1/3222'21.26330=416W(m.K)／66的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50℃，出口温度80℃，流量为542mm1164mm4000/Kgh2168.1/KJKg211630/WmK3880/kgm1.86/pcKJKg320.3910/Nsm0.134/WmK20.000265/mKW有一套管换热器，内管为，套管为。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，，冷凝传热膜系数为苯在50～80℃之间的物性参数平均值为密度比热℃，粘度导热系数，管内壁垢阻为管壁及管外侧热阻不计。试求：（1）加热蒸汽消耗量；汽化热为（2）所需的传热面积（以内管外表面计）。（3）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？例题37712221()pmrmctt112168.140001.86(8050)103/mmkgh2222/4000/36000.643/0.7858800.7850.05mumsd4230.050.6438807.245100.3910eduR330.80.42240.80.4201.86100.39105.410.1340.0230.1340.023(7.25410)(5.41)937/0.05prercPRPdWmC解：（1）加热蒸汽消耗量：（2）内管中苯的流速：湍流88211122211154540.000265116309375050sddRKdd2656/KWmC2112805067.2133.350lnln133.380mtttTtTt222113121()4000()1.8610(8050)65667.236001.41pmmcttKAtAAm则以内管外表面计的传热系数为：℃990.822'1.51.38322'1.3839371296/Wm（3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，℃11222211''ddKdKd1122221115454()''65612965093750ddKKdd2'830/KWm℃（以内管外表面计）1010222111.5()''pmmcttKAt21222111'21.5()''lnpttmcttKATtTt12212'1.5ln''pTtmcKATt34000'501.5()1.8610ln8301.413600'80TT'145.2T即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。℃114.有一套管换热器，用热水加热空气。内管为φ34×2mm的铜管，走空气，其流量为W2（单位kg/s），比热为CP2，从20℃加热到50℃。热水走环隙，流量为W1（单位为kg/s），比热为CP1，温度由100℃冷却到70℃，逆流操作，假定流体在管内和环隙中的流动均为湍流流动。(1)在下列方程中，四个温度差Δt1、Δt2、Δt3、Δtm是否相等？各为多少？mPPtKAtAtCWtCWQ3222111Δt1=T1-T2=100-70=30℃为热流体出口、入口温差；Δt2=t2-t1=50-20=30℃为冷流体出口、入口温差；Δt3=T-Tw或tw-tα1α2，壁温接近于水侧的主体温度。122121lntttttmΔt1=T1-t2=100-50=50℃;Δt2=T2-t1=70-20=50℃Δtm=Δt1=Δt2=50℃。13(2)如改为并流操作，其平均温度差为多少？欲达到同样的出口温度哪种方式需要的管子短？Δt1=T1-t1=100-20=80℃;Δt2=T2-t2=70-50=20℃℃℃，逆，并5028.432080ln2080ln2121mmtttttt并流方式所需要的传热面积大，换热管较长。14(3)已知水的对流传热系数为α1，空气的对流传热系数为α2，总传热系数为K，问：①α1、α2、K是否相等？为什么？②若管内空气改为冷水，α1、α2、K是否相等？为什么？①由于一侧为空气强制湍流，一侧为水的强制湍流，因此可以认为α1α2，控制热阻在空气一侧，K≈α2。②若管内空气改为水，则管内外流体的对流传热系数α1与α2在数量级上应该相差不远，所以可以认为α1≈α2，而12111K，则K小于α1与α2中的任何一个。15（4）当空气流量增加一倍时，要达到同样的出口空气温度，提出以下方案：①管长增加一倍；②管子直径减小一倍。那种方案可行？哪种方案最好？QttCWQP2'122'2℃40''2'2111122'2TTTCWttCWQPP℃74.32204050100ln204050100ln2121'tttttm空气流量增加一倍，空气出口温度不变，由热衡算方程知：即传热量增加一倍。此时需要考虑水侧的出口温度：此时，平均传热温差变为：1674.12ReRe'8.08.02'274.1'2'2KK228.25074.32274.1''''KAAKtKAtAKQQmm方案一：由热衡算方程知，Q’=2Q空气流量增加一倍，管径不变，则管内流速加倍。Re’=2Re则空气侧对流传热系数变为：由于空气侧α2α1，所以可以认为K≈α2，则：管长增加一倍，管径不变，则传热面积增加一倍，即：A’=2A核算一下传热速率，看能否达到2Q：采用方案一时，核算的传热速率大于2Q，因此方案一可行。17方案二：由于管径减小一倍，可知传热面积A’’=0.5A管径改变后，管内流速改变，因此Re也随之改变，把Re的计算公式变为：dWdu4Re4''''Re'Re'dWdW06.642Re'Re'''8.08.02''2dd06.6''2''2KK298.15074.325.006.6'''''''KAAKtKAtAKQQmm可知，管径改变后：因此，方案二不可行。18(按管外径计，下同)。今拟用于使80℃的饱和苯蒸气冷凝、冷却到45℃。苯走管外，流量为逆流，其进口温度为10℃，流量为5kg/s。已估算出苯冷凝、冷却时的对流传热系数分别为1500W/（m2K）、870W/（m2K）一列管式换热器（管径为25×2.5），传热面积为12m21kg/s；冷却水走管内与苯水的对流传热系数为2400（m20.26×10-3m2K/W，并忽略苯侧的污垢热阻及管壁热阻。问此换热器是否合用？已知水、苯（液体）的比热容分别为4.18kJ/（kgK）、1.76kJ/(kgK)；苯蒸汽的冷凝潜热K）。取水侧的污垢热阻为例题5r=395kJ/kg。191A需A2需11mQr需p1mcQ1122需（T-T)解：本题可分为冷凝段和冷却段，分别计算所需的传热面积和，再比较与现有传热面积的大小。Q1需Q2需解得：=395kW=61.6kW设t’为冷凝段与冷却段交界处的水温，12p221mmctt'Qr需（）2p2p1mct'tmcQ11122需（-）=（T-T)20m8031.98013.0t57.1ln8031.98013.0（）（）解得：t’=13.0℃，t2=31.9℃对冷凝段：℃311s2112221111125250.2610150024002020ddRKdd21661(m)KWK321m111t3951066157.110.5mAQK需需m28013.04510t49.3ln8013.04510（）对冷却段：311s2212221111125250.2610'87024002020ddRKdd2122501(m)KWK322m2t61.61050149.32.5mAQK2需2需221210.52.513m12mAAAA需需需该换热器面积稍小，不合用。22T=150℃11.5m1cp1m10.5m1t1=30℃t2t’2m2=2000kg/hT’’2T2T26.如图所示，两个完全相同的单管程列管式换热器，内各有180根191.5mm的管子，每根长3米，管内走流量为2000kg/h的冷流体，与热流体分别进行单程逆、并流换热，其进口温度为30℃。已知(m2Cp2)/(m1Cp1)=0.5（下标2代表冷流体，下标1代表热流体）。冷流体的Cp2=1.05kJ/(kg℃)，2=210-2cP，2=0.0289W/(m℃)，热流体的进口温度为T1=150℃，热流体侧、管壁及垢层的热阻可忽略。试求热流体的出口温度T2。23对第一个换热器（逆流），有：44522222221010229.1016.01021803600200044RedNqdum7.0727.00289.01021050Pr52222pc4.028.02222PrRe023.0dKmW235.68121122111mbRsRsKAAA