各大名牌高校化工原理考研真题之传热2.docx

【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，
其中，

代数得，
（2）由题意，被加热气体量减少50%后，

整理得，
代数解得，
【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。

进口水温度降低时，以上两项保持不变，
即

代数解得
【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：
代数解得，
由于逆流运行，
由解得，
【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，
当改为双管程时，

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，
故
整理得 解得
又因为
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：
湍流流动时，

整理得
解得，

（2）
【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

整理得
由解得
（2）由题意，两台换热器串联使用时，；

由解得

本题考察换热器的串并联。

由得

【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，则

由得

解得

【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90 W/( 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

解得
2、

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：
①
②
由①得，
代入②得，
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1.58 KJ/（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）由得
（2）
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4.174 KJ/（kg·℃）；导热系数为0.62 W/( 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）由代数得

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。

由得
又

解得
（2）
整理解得
由得

【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℃

解得
故

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60 W/( m2·℃)和1500 W/( m2·℃)，水侧的污垢热阻为6×10-4 m2·℃/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

当空气流量增加20%时，

本题是用传热单元计算法比较简单易行。

解得
所以
（2）空气热容量较小，如增加水流量的20%，则不能达到第1小题的变化幅度。