化工原理练习题

K值增加的百分

K??K??100%K?37.7?37.5?100%?37.50.53%

（3）α2增大一倍，即α2 =100W/m2·K时的传热系数 K???0.0142m?K/W

K???K70.4?37.5 ?100%?K值增加的百分??100%K 37.5 例：在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却水将热流体由100℃冷却至40℃，冷却水进口温度15℃，出口温度30℃，试求在这种温度条件下，逆流和并流的平均温度差。 逆流时：100-30=70 40-15=25

1?0.0004?0.00058?0.000062?0.000625?0.0125K??22

K???70.4W/m?K?87.8%??tm,逆??t1??t2?t1ln?t2?70?2570ln25?43.70C

并流时：100-15=85 40-30=10

?tm,并

可见：在冷、热流体初、终温度相同的条件下，逆流的平均温度差大。

例：通过一单壳程双管程的列管式换热器，用冷却水冷却热流体。两流体进出口温度与上例相同，问此时的传热平均温差为多少?又为了节约用水，将冷却水的出口温度提高到35℃，平均温差又为多少? 解：

0

?t1??t2?85?10?350C?85?t1lnln10?t2逆流时 ? tm，逆?43.7C30?15?100?15t2?t1P?T1?t1?0.176T1?T2?100?40R?30?15t2?t1?4.0

查校正系数

??t???t

m?tm,逆

又冷却水终温提到350C，逆流时：

??t?0.92?40.20C?0.92?43.7

100?4035?156525P??tm,逆?65?2565ln25R?100?4035?15?41.90C

35?25?0.235100?15?3.0

?查图得： ?t?0.860?31.6C?tm?0.86?41.9

Q?Wc(T?T)?Wc(t?t)【例】 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的

苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh=230W/（m2·K），水的对流传热系数αc=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。 解: ①苯的平均温度 80 ? 50 ℃，比热容cph=1.86×103J/

T??65 215?35t ?25（kg·K）苯的流量Wh=2000kg/h，水的平均温度 ? ℃，比

2

热容cpc=4.178×103J/（kg·K）。热量衡算式为

（忽略热损失）

hph12cpc21

2000热负荷 Q ? ? 1 . 86 ? 10 3 ? (80 ? 50 ) ? 3 . 1 ? 10 4 W

3600

4 kg/h 冷却水消耗量 Q 3 . 1 ? 10 ?3600W???1335 c3cpc(t2?t1)4.178?10?(35?15)

②以内表面积Ai为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数=45W/（m·K）

d11bdi10.0035?0.0820.082???i???

Ki?h?dm?cdo23045?0.0855290?0.089

=4.35×10 －3 +7.46×10－5 +3.18×10－3 =7.54×10－3 m2·K/W

Ki?133W/(m2.K) 65?15?34.2并流操作 80-15=65 50-35=15 ?tm并?65ln

154 ?tm并??tm逆,故Ai并?Q3.1?10Ai并???6.81

Ai并?tm逆Ki?tm并133?34.2 ??1.17Ai逆?tm并逆流操作 80-35=45 50-35=15

Q3.1?104Ai逆?tm逆

45?35??402Ai逆?Ki?tm逆?133?40?5.83m2