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试求每米蒸汽管单位时间所损失的热量。现欲在石棉层外再加一层导热系数为0.07W/m k 的氧化镁保温材料，使热损失为原来的一半，设总温度差保持不变, 试问此保温材料应多 厚？ 在研究污垢对传热的影响时，采用φ２８×１ｍｍ之铜管，水在管内流动，水蒸汽在 管外冷凝。传热系数Ｋ在很宽的水的流速范围内，对清洁管和污垢管可用如下方程表示： １／Ｋ＝0.00020 + 1／（500Ｗ） 清洁管 １／Ｋ＝0.00070 + 1／（500Ｗ） 污垢管 式中：Ｋ－－传热系数，kcal/m.h.℃ Ｗ－－水的流速，m/s α＝f(Ｗ)－－水的对流传热系数，kcal/m.h.℃ 试求污垢热阻和蒸汽冷凝传热系数。已知: 铜的导热系数λ=330kcal/m h℃ 一套管换热器，外管为φ８３×３．５ｍｍ，内管为φ５７×３．５ｍｍ的钢管，有 效长度为 ６０ｍ。 用 １２０℃的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油。 蒸汽冷凝潜热为 2205kJ/kg。已知油的流量为7200kg/h，密度为810kg/m，比热为 2.2KJ/Kg.℃, 粘度为 ５cP，进口温度为３０℃，出口温度为８０℃。试求： A)蒸汽用量； (不计热损) B)传热系数； C)如油的流量及加热程度不变,加热蒸汽压力不变，现将内管直径改为Φ47×3.5mm的钢 管。求管长为多少？已知蒸汽冷凝传热系数为12000W/m.K，管壁及污垢热阻不计, 管内 油的流动类型为湍流。 有一传热实验，在套管换热器中用饱和水蒸汽加热空气，空气走内管，蒸汽在环隙冷 凝。已知αi <<α0 ，两侧均无垢，内管为φ３０×２ｍｍ，长２ｍ的紫铜管。今测得： 空气： 进口温度：２０℃ 出口温度７０℃ 流量：３０ｍ/h （进口状态之值） 粘度：１．９４×１０Pa.s （４５℃下） 蒸汽： 温度：１１０℃ （冷凝潜热：２２５０kJ/kg） 冷凝量：０．８５kg/h A)试求该套管换热器向大气散失的热量占蒸汽放出热量的百分数。 B)估计管内空气的对流传热系数（W/m.℃） C)如空气进口温度不变，流量增到３６ｍ/h （进口状态）， 为了维持其出口温度仍 为７０℃，需要调节蒸汽压力，问此时蒸汽温度应为多少，方可满足要求？ 注：①在实验温度范围内，空气的比热变化很小，可取ＣP＝１．００５KJ/kg.℃ ②空气可视为理想气体，操作压力可取为１０１．３kPa，分子量为２９。 某厂用两台结构完全相同的单程列管换热器（由４４根φ２５×２．５ｍｍ、长２ｍ 的管子构成），按并联方式预热某种料液。122 ℃饱和蒸汽在两换热器列管外冷凝，料液 以等流量在两换热器管内流过。料液的比热为４．０１kJ/kg.℃，密度为1000Kg/m3, 当 料液总流量为１．５６×１０ｍ/s时(料液在管内呈湍流流动), 料液由２２℃被加 热到１０２℃，若蒸汽冷凝传热系数为８kW/m.℃，管壁及污垢热阻均可忽略不计。 试问：A)料液对流传热膜系数为多少？ B)料液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，料液能否由 ２２℃加热到１１２℃。 C)两台换热器由并联改为串联后,在料液总流量不变情况下,流经列管的压力降将增 加多少倍（湍流时可按λ＝0.3164／Ｒe 考虑）。 有一套管换热器，内管为φ５４×２ｍｍ，外管为φ１１６×４ｍｍ的钢管。 现用
120℃的饱和水蒸汽加热苯， 将苯由５０℃加热至８０℃，苯在内管中以４０００kg/h的 流量流动，试求： A)加热蒸汽消耗量； B)所需套管的有效长度； C)由于某种原因，加热蒸汽的温度降为１１０℃，苯的出口温度将变为多少？（假设 α苯 不变） （在５０～８０℃范围内，苯的物性为：ＣP＝１．８６kJ/kg.℃， μ＝３．９×１０Pa.s，λ＝０．１４５W/m.℃，ρ＝８８０kg/m， 钢的导热系数为４５W/m.℃，１２０℃时水蒸汽冷凝潜热ｒ＝２２０５kJ/kg， 蒸 汽侧对流传热系数α汽＝１００００W/m.℃，壁两侧垢层热阻及换热器热损失均可 忽略, 加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出。） 拟设计由φ25×2ｍｍ的136根不锈钢管组成的列管换热器。平均比热为 4187J/kg.℃ 的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由15℃加热到100℃。温度为 110℃ 的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数α= 520W/m℃, 蒸汽冷凝时的对流传热系数α=1.16×10W/m℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m.℃, 忽略垢层热阻和热损失。试求： A)管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）； B)管程为４程时的列管长度（总管数不变，仍为１３６根）。 欲将流量Ｗh ＝0.35kg/s的苯蒸汽在直立单壳程单管程换热器的壳程先冷凝后冷却。 苯蒸汽压力Ｐ=１０１.３kPa，相应的冷凝温度Ｔ＝３５３Ｋ，潜热ｒ为３９４kJ/kg。 液苯的出口温度Ｔ要求低于３００Ｋ。液苯的平均比热Ｃp h 为１．８kJ/kg.K。换热 器内装有φ25×1.5mm，长2m的无缝钢管38根，钢的导热系数λ为45W/m.K。苯蒸汽在管外
冷凝的传热系数α=1.4kW/mK，液苯在管外的对流传热系数α=1.2kW/mK。冷
却水走管内，与管外苯逆流，水的入口温度 t=293K, 出口温度 t=300K, 平均比热为 4.187kJ/kg.℃, 密度为1000kg/m水在管内各处的传热系数α均为: α＝1063(1+0.00293ｔ)×Ｕ／ｄ，W/m.K 式中， Ｕ为水的流速，m/s； ｄ为管内径， ｍ；ｔ为管内进、出口水温的算术平均 值，Ｋ。如果热损失及污垢热阻均可忽略不计，试问：A)冷却水需用量为多少？ B)换热器能否完成苯蒸汽的冷凝、冷却任务？ 在某列管式换热器中,将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动,饱和水蒸汽在管 外冷凝。今因生产任务加大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。如果使新旧两 台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的 条件下操作。 原换热器列管数为ｎ，管内径为ｄ，管长为ｌ，而新换热器管数为ｎ （ｎ＝２ｎ），管内径为ｄ（ｄ＝０．５ｄ）。 试问新换热器管长ｌ为原换热器管长ｌ的几倍。 某厂用套管换热器每小时冷凝甲苯蒸汽１０００kg，冷凝温度为 110℃，冷凝潜热为 363kJ/kg，冷凝传热系数α=2000W/m℃， 冷却水初温为16℃，以 2500kg/h的流量进 入内管内(φ57×3.5ｍｍ)，作湍流流动,膜系数α＝2160W/m.℃, 水的比热取为 ４．１９kJ/kg.℃，忽略壁阻及污垢热阻。 试求：A)冷却水出口温度及管长； B)如在夏季，冷却水入口温度将升至２５℃，使换热器传热能力下降，为此建议将
水流量增加一倍，那么，该换热器的传热能力能否增加？定量地说明。 在列管式换热器中，用饱和水蒸汽将空气由１０℃加热到９０℃，该换热器由３８根 φ２５×２．５ｍｍ、长１．５ｍ的铜管构成，空气在管内作湍流流动，其流量为７４０ Kg/h，比热为１．００５×１０J/Kg.℃，饱和水蒸汽在管间冷凝。 已知操作条件下的 空气对流传热系数为７０W/m℃，水蒸汽的冷凝传热系数为８０００W/m.℃,管壁及垢层 热阻可忽略不计。 A)试确定所需饱和水蒸汽的温度； B)若将空气量增大２５％通过原换热器， 在饱和水蒸汽温度及空气进口温度均不变的 情况下，空气能加热到多少度？（设在本题条件下空气出口温度有所改变时，其物性参数 可视为不变） 某厂在由１７７根φ２５×２ｍｍ,长３ｍ的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内, 用 132.9℃的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。 已知乙 烯气体流量为０．６kg/s，进口温度为２０℃，在操作条件下的密度为１kg/m，比热为 1.84kJ/kg.℃，对流传热系数为53W/m℃，饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000W/m℃, 可忽略管壁及垢层热阻。 A)确定乙烯气体出换热器时的温度； B)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过０．０１kgf/cm， 通过换热器的总长度 （包括局部阻力当量长度）为５．５ｍ，摩擦系数λ＝０．０４，试确定该换热器最 多能允许通过多少kg/s的乙烯气体？ C)当乙烯气体流量增加到最大允许量，且要求进出口温度保持不变时，若锅炉能供给该 换热器的水蒸汽最高压力为３kgf/cm（表压）（即Ｔ＝１４２．９℃），问此蒸汽 能否满足传热要求？ 在如图所示的套管换热器中，空气进口温度t=20℃，出口温度t=80℃，空气的质 量流量 w=50kg/h，定性温度下空气的物性参数: λ=0.0286W/m.K，μ=0.02cP, Pr=0.7, ρ＝１．１kg/m；内管为φ５７×３．５ｍｍ的无缝钢管, 长度为2.0m, 设饱和水蒸汽 的冷凝传热系数α＝１０W/m.℃。忽略管壁及垢层热阻。 试求: A)饱和蒸汽的温度Ｔ（℃）； B)若空气质量流量减少５０％，而物性参数不变，则总传热系数Ｋ值为 多少W/m.℃。 欲设计一列管式换热器，用１１０℃的饱和水蒸汽将１４００kg/h的常压空气由20℃ 预热到９５℃。A)若初步选定采用单管程换热器，空气走管程, 管束由120根φ25×2.5mm 的铜管组成。试确定所需的管束长度。B)若选用双管程浮头式列管换热器。管子总数、管 长及直径同上。则空气的出口温度有无变化？试确定之。 在计算中，冷凝液膜的热阻、管壁及其两侧污垢热阻可忽略不计，其空气平均温度下 的物性可取：粘度μ＝０．０２CP，比热：ＣP ＝１．０kJ/kg.℃，导热系数 λ＝０．０２９W/m.℃，密度ρ＝１．０７６kg/m。 在一传热外表面积为90ｍ的再沸器中，用95℃热水加热某有机液体，使之沸腾以产 生一定量的蒸气。有机液体沸点为４５℃，已知热水在管程流速为０．５m/s(质量流量为 １．２６×１０kg/h)。出口水温为７５℃，再沸器中列管管径为φ２５×２．５mm。 A)计算该再沸器在上述操作情况下的传热系数Ｋ, 热水侧对流传热系数α，沸腾侧对 流传热系数α。 B)若管程中热水流速增为１．５m/s，热水入口温度不变， 试估算上升蒸气量增大的百 分率。（假定热水物性与沸腾侧给热系数可视为不变）
以上计算，热水物性：ρ＝970kg/m，μ＝３．３５×１０Pa.S， ＣP＝４．２kJ/kg.K，λ＝０．６７７W/m.K Ｐr ＝２．０８ 污垢热阻：Ｒ＝Ｒ＝０．２ｍ.K/kW， 管壁热阻可忽略不计并不考虑热损 失。 有一套管换热器，由内管为 φ54×2ｍｍ，套管为φ116×4ｍｍ的钢管组成。内管中 苯自５０℃被加热至８０℃，流量为４０００kg/h。环隙中为２at（绝）的饱和水蒸汽冷 凝。蒸汽冷凝传热系数为10000W/m.℃。 已知：苯在５０～８０℃之间的物性数据平均值为： ρ＝８８０kg/m， ＣP＝１．８６kJ/kg.℃ λ＝０．１３４W/m.℃， μ＝０．３９cP 管内侧污垢热阻 Ｒ＝0.0004m.℃/W 管壁及管外侧污垢热阻不计。 蒸汽温度与压强关系如下表所示 压强 at(绝) 1.0 2.0 3.0 温度 ℃ 99.1 120 133 试求：A)管壁对苯的对流传热系数； B)套管的有效长度； C)若加热蒸汽压力降为１at（绝），问苯出口温度有何变化？应为多少？ 有一套管式换热器,内管为φ１８０×１０的钢管. 用水冷却原油,采用逆流操作，水 在内管中流动，冷却水的进口温度为１５℃，出口温度为５５℃。原油在环隙中流动，流 量为５００kg/h，其平均比热为３．３５kJ/kg.℃，要求从９０℃冷却至４０℃。已知水 侧的对流传热系数为1000W/m.℃，油侧的对流传热系数为299W/m.℃ （管壁热阻及垢
阻忽略不计）。 试求：A)总传热系数； B)套管换热器的有效长度； C)所需冷却水用量（水的比热取４．１８kJ/kg.℃，忽略热损失）； D)在操作中因气温升高，冷却水进口温度变为２０℃，问此时会出现什么情况? 若仍维持原生产任务，应采取什么措施？说明理由，并计算之。（设变化后的总传热系数 Ｋ＝２５５W/m.℃）。 在逆流操作的列管换热器中，把氢氧化钠溶液从70℃冷却到35℃，氢氧化钠走管内， 流量为１．１１kg/s，比热为3770J/kg.K，氢氧化钠对管壁的对流传热系数为930W/m.k 现用１５℃的水作为冷却剂，水走管外，流量为１．６７kg/s，比热为４１８０J/kg.K， 管壁对水的传热系数为1000W/m.K,(管壁热阻及垢阻略计),忽略热损失(可近似按平壁处 理) 试求：A)冷却剂出口温度及所需传热面积； B)操作中若氢氧化钠及水的初始温度不变，而两流体的流量都增大一倍，则流量增 大后的冷、热流体的出口温度变为多大？（假设两流体均为湍流，其物理性质不 变, 传热温度差可取用算术平均值）。 在某套管式换热器中，每小时将1200kg, 比热为2.2kJ/kg.℃的甲流体从120℃冷却到 70℃, 热流体向管壁的对流传热系数 α=260W/m℃。乙流体在内管与甲流体呈逆流流 动, 由20℃被加热到50℃,平均温度下其粘度为0.72×10Pa.s,比热为4.18kJ/kg.℃。 内管尺寸为φ57×3.5mm,管壁向乙流体的对流传热系数α=880W/m℃,内管两端的压强 降△p。由于任务需要,欲将内管两端压强降调至3△p,并要求维持原来的冷却任务,问原换 热器是否适用?
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