中国石油大学化工原理传热习题课及答案.doc

传热****题课
有一套管换热器,用热水加热空气,内管为Φ34×2mm的铜管,管内走空气,其流量为m1kg/h,比热为Cp1,需要从20℃加热到50℃,热水走夹套,流量为m2kg/h,其比热为Cp2,逆流操作,测得温度由100℃降到70℃,假设流体在管内和夹套流动为湍流流动,问
在下列方程中,四个温差△t1,△t2,△t3,△t4是否相等,分别为多少,为什么?
Q = m1 Cp1△t1 = m2 Cp2△t2 = KA△t= αA△t4
如果流动方式改为并流时,若要使得进出口温度不变,其平均温差各为多少?两种流动换热欲达到同样温度,哪一种流动方式需要的管子长?
在传热过程中,水对壁的对流传热系数为α1,壁对空气的对流传热系数为α2,总传热系数为K,问①α1 ,α2 ,K的值是否相等,为什么?②若管内空气改为冷水,α1 ,α2 ,K此时是否相等,为何?
当空气流量增加到时2m1,要达到同样加热温度,而且热水出口温度也不变,提出以下两种方案,你认为哪种可行,哪种较好?①管长增大一倍,②管子直径减小一倍。
解: ⑴△t1 =空气的出口温度-空气的进口温度=50℃-20℃=30℃
△t2 =热水的出口温度-热水的进口温度=100℃-70℃=30℃
△t3 =△tm=(50-50)/ln(50/50);△tm =(50+50)/2=50℃
△t4=T流体-T壁或△t4= t壁- t流
由于K<体α,所以△t3 >△t4
⑵逆流时,△tm=50℃
并流时,△tm=(80-20)/ln(80/20) = ℃
由于 K逆A逆△tm逆=m1Cp1(t2-t1),K并A并△tm并=m1Cp1(t2-t1)
所以 K逆A逆△tm逆= K并A并△tm并
其中,K逆=K并
得
⑶①α1为水的对流传热系数,大约103,α2为空气的对流传热系数大约10~100
所以K≈α2
②若改为冷水,则α1≈α2,K≈α2/2或,K≈α1/2
⑷①当空气的流量提高一倍时,,,根据,
,所以,所以
管长不需要加大一倍,只需要加长15%即可,这个方案较方便。
②管子直径减小一倍时,根据
,所以,即,又根据,所以所需要的K变化为,而>,所以管径无需减小一倍就能完成任务。
管子直径减小多少能完成生产任务:
由,又
即直径要减小16%即可。
讨论:管径减小可以增加管内流速而强化传热,因此,减小管径有利于传热,但其缺点是增加了流动阻力,从而增加能耗。
在某厂一套管是换热器中,将溶液与冷却水进行逆流换热,溶液走管外,流量为1000kg/h,/(kgK),从150℃冷却到80℃,冷却水走管内,从15℃加热到65℃, kJ/(kgK),换热尺寸为Φ25×。
已知溶液的对流传热系数为1163W/(m2K),冷却水的对流传热系数也为1163 W/(m2K),若忽略管壁热阻,试求以外表面为基准的总传热系数和冷却水用量。
该换热器使用6个月后,由于水侧管壁生垢,生产能力降低,如用水量不变,则水的出口温度降为60,试求污垢热阻。
在(2)种情况下,若将冷却水量提高一倍,问能否达到要求,计算冷却水侧对流传热系数的公式为α=A(ρu),其中常数A和密度ρ可认为不随温度而变,u为冷却水在管