发布时间 : 星期日 文章青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之传热更新完毕开始阅读e90de10290c69ec3d5bb75b2
传热
概念：
1、传热的三种基本方式
2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热 计算公式
（1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8） （2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。 （3）实验测K (例4－9)
（4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10） 二 实验题（10）
1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？ 2. 蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？ 3. 为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的?和S？为什么？ 换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？
4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。 （1分）
当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通
常，换热器尽可能采用逆流操作。 （1分）
当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并
流。 （1分）
采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。 （1分）
2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。 （3分）
一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。（3分） 5．灰体的定义及特点 6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？ 三 计算题 （60分）
oo
3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为1.5kg/s，由80C 被冷却至30C。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，
oo22
其进口温度为20C，出口温度为50C。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为900W/(mK)、1700W/(mK)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若
2
列管为φ25×2.5mm的钢管，长3米，其导热系数为45W/(mK)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求： （1）所需换热器的列管数为多少？
（2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，换热器的列管数又为多少？
2. 解：Q?KS?tm?Kn?d0L?tm (3分)
其中，
Q?WhCph(T1?T2)=1.5?1.9?103?（80-30）=142.5（kW） (2分)
=
K?11d0bd01???idi?dm?01=490.5[W/(m2K)] (3分)
?3252.5?10?251??900?2045?22.51700 ?tm??t1??t230?10==18.2(?C) (3分)
30?t1lnln10?t2Q142.5?103 故 n???67.7（根） (2分)
?Kd0L?tm3.14?490.5?25?10?3?3?18.2（2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，则
?'?20.8?1700?2959.87 W/(mK) (2分)
2
0同理可得，K'?11bd01??'?i?dm?0=559.1 [W/(m.K)] (3分)
2
则 n'?Q?59.4（根） (2分)
?K'd0L?tm2、（20分）用一传热面积为3m2（以外表面积为准），由?25?2.5mm管子组成的单程列管式换热器，用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h，其比热容分别为4.18kJ/(kg?K)和2.0kJ/(kg?K)，水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/(m2?K)和250W/(m2?K)，两侧可视为呈逆流流动，如不计算管壁
及污垢热阻：
（1） 试计算说明该换热器是否合用？ （2） 夏天，水的初温达到30℃时，该换热器是否合用？（假设K不改变），如不合用，如何解决？ 四。计算题：.（20分） 解： （1）
Q?WhCph?T?WCCpc?t?K0A0?tm
10001000?1000?4.18?(t2?10)?36003600 [W]
1200?2.0?(200?100)? ∴
t2?67.4℃ （3分）
132.6?90?111.3℃
2 200 → 100
67.4 ← 10 ?tm 132.6 90
?K0?11??216.21W/m2?K （3分）
112511d0??250200020?0?idi?2.0?(200?100)?1000?216.21?111.3?A
3600∴1200 A= 2.77 m2 ＜ 题给3 m2 , 合用. （3分） (2) 水初温30℃
Q?1200?2.0?(200-100)?
10001000?1000?4.18?(t2?30)?36003600
t2?87.4℃
112.6?70?91.3℃ （4）
21000?216.21?91.3?A （3分）
3600 200 → 100
87.4 ← 30 ?tm 112.6 70
?1200?2.0?(200?100)?2
A=3.37 m＞
4.
3 m2 不合用. 可增加换热面积,两台串联使用. （4分）
（15分）某车间有一台运转中的单程列管换热器，热空气走管程，由120?C降至80?C，其对流传热系数?1=50 W/m2??C。壳程的水被加热，水进口温度为15?C，出口升至90?C，其对流传热系数?2= 2000W/m2??C。管壁热阻、壁厚及污垢热阻可不计，换热器系逆流操作，水的流量为2700kg/h，平均比热为4.18kJ/kg?K，试计算换热器的传热面积。
解：（1）K?11?1?tm??1?111?502000?48.8W/m2??C
?2?t1??t2(80?15)?(120?90)??45.3?C
?t180?15lnln120?90?t2
Q?W水Cp水(90?15)?2700?4.18?1000?75/3600?2.35?10W5Q2.35?105A???106.4m2 （10分）
K?tm48.8?45.3六．（20分）逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25Kg/s的液体（比热为1.9KJ/(Kg·℃),密度为850 Kg/ m），由80℃冷却
2
到30℃，换热器列管直径为φ25×2.5 mm，水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85和1.70 kw/(m·℃)，污垢热阻可忽略。
①若水的出口温度不能高于50℃，求换热器的传热面积；②换热器使用一段时间后，管壁两侧均有污垢生成，水侧污垢
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热阻Rsi=0.00026 m·℃/w，油侧污垢热阻Rs0=0.000176 m·℃/w，求此时基于管外表面的总传热系数K0。③产生污垢后热阻增加的百分数
注：管壁导热系数为λ=45 w/(m·℃)
3
Q?WhCph(T1?T2)?1.25?1.9?(80?30)?119kW （3分） K0?1?01bd01d0???dm???dii?12?472W/m??C （3分）
0.0025252511????17004522.585020?tm?(T2?t1)?(T1?t2)(80?50)?(30?20)??18.2?C （3分）
T2?t180?50lnln30?20T1?t2Q119?103S0???13.9m2 （3分）
K0?tm472?18.22．
K0?
?011d0bd01d0?Rs0???dm????R?sddiiii1?381.53W/m2??C （5分）
?117002525251?0.000176?0.002545?22.5?850?20?0.00026?203． 产生污垢后热阻增加百分数为：
250.000176?0.00026?205.01?10?4??23.63% （3分）
0.0025252511????0.0021217004522.585020（20分）现有一列管式换热器，内有φ25×2.5 mm钢管300根，管的有效长度为2m，要求将8000Kg/h空气于管程内由20℃加
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热到85℃，采用108℃的饱和蒸汽于壳程冷凝加热，冷凝热在饱和温度下排出，蒸汽冷凝传热系数1×10 w/(m·℃)，空
2
气对流传热系数为90 w/(m·℃)，管壁及两侧污垢热阻可忽略，不计热损失，空气在平均温度下比热为1KJ/(Kg·℃)。 1． 求基于管外表面的总传热系数K0 2. 核算该换热器是否满足要求。
2． 用一段时间后管内产生了污垢，使空气出口温度变为50℃，求此时管内污垢热阻。
1．
111d11252???0????0.014m??CW K0?0?idi1?1049020K0?71.49Wm2??C （3分）
2．?tm?(T?t1)?(T?t2)(108?20)?(108?85)??48.44?C （3分）
T?t1108?20lnln108?85T?t28000?1000?(85?20)?144.44?103W/m2 （3分）
3600
Q?WcCpc(t2?t1)?
Q144.44?103S0???41.71m2 （2分）
K?tm71.49?48.44（2分） S实际?n?d0l?300???0.025?2?47.1m2 S0?S实际 所以，该换热器合用。
3．Q''?WcCpc(t2?t1)?8000?1000?(50?20)?66.67?103W/m2 （2分）
3600'(T?t1)?(T?t2)(108?20)?(108?50)?t???72?C （2分）
T?t1108?20lnln'108?50T?t2'm
d0111d0Q'66.67?103'????Rsi K0???19.66W/m2??C （1分） ''K0?0?ididiS?tm47.1?72di111d201('???0)?(?0.014)?0.0295m2??C/W （2分） d0K0?0?idi2519.66o
o
Rsi?3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为1.25kg/s，由80C 被冷却至30C。冷却水在壳程内呈湍流
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流动，且与苯逆流流动，其进口温度为20C，出口温度为50C。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(mK)、
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1700W/(mK)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若列管为φ25×2.5mm的钢管，长3米，其导热系数为45W/(mK)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求： （1）传热速率为多少？ （3）总传热系数K为多少？
（2）所需换热器的列管数为多少？ 3解：Q?KS?tm?Kn?d0L?tm
其中，
Q?WhCph(T1?T2)=1.5*1.9*10*（80-30）=142.5（kW）
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K?11d0bd01???idi?dm?0=
1=490.5[W/(m.K)]
?3252.5?10?251??900?2045?22.517002
?tm??t1??t230?10==18.2(?C)
30?t1lnln10?t2Q142.5?103 故 n???67.7（根）
?3?Kd0L?tm3.14?490.5?25?10?3?18.2五、（20分）
有一逆流套管换热器，由φ57×3.5mm与φ89×4.5mm钢管组成。甲醇在管内流动，流量为5000kg/h，由60℃冷却到30℃，
2
甲醇侧的对流传热系数为1512W/m·℃，冷却水在环隙流过，入口温度20℃，出口温度35℃，忽略热损失、管壁及污垢热阻，
2
且已知甲醇平均比热为2.6kJ/kg·℃，定性温度下水的黏度为0.84cp，导热系数为0.61W/m·℃，比热为4.174kJ/kg·℃，密
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度为1000Kg/m,冷却水在环隙中流动的对流传热系数可由下式计算：
?Cp0.4?o?0.023R()，求：
de??0.8e1． 冷却水用量。 2． 总传热系数K。 3． 所需套管长度。