5计算题题目9修订版供参习Word格式文档下载.docx

1、 4 j05b10071 方型窑炉的炉壁由两层砖砌成，内层为 240mm耐火砖=0.9W/（mK），外层为 240mm红砖=0.6W/（mK），炉膛内壁面温度为 700，外壁面温度为60，试求单位面积（2）的散热速率及两层交界面的温度。 上题中若炉气向壁面的对流给热系数1为30W/（m2K），壁面向外界空气的对流辐射联合给热系数2为20W/（m2K）, 求炉膛内炉气温度和外界空气温度。 6 j05b10074 有一段管径为1084mm的蒸汽管道，裸露于气温为20的环境中，管内通以100的饱和水蒸气。测得每米管长的冷凝水量为0.70kg/h ，钢的导热率为45W/（ mK）,蒸汽冷凝潜热为225

2、8kJ/kg，取蒸汽冷凝给热系数为104 W/（ m2 K）。试计算： A）管外壁温度tw ； B）辐射散热量占总热量损失的百分率,已知管外壁面黑度为0.8 。 12 j05b10108 一套管换热器,由483mm和252.5mm的钢管组成,两种流体在内管和环隙流过，分别测得对流给热系数为1和2，若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。 求:将内管改为322.5mm后,管内对流给热系数有何变化?（假设流动状态皆为湍流） 17 j05b10193 在管长为1m的冷却器中,用水冷却油。已知两流体作并流流动,油由420K冷却到370K,冷却水由285K加热到310K。欲用加长冷

3、却管子的办法,使油出口温度降至350K。若在两种情况下油、水的流量,物性常数,进口温度均不变,冷却器除管长外,其他尺寸也均不变。试求管长。 20 j05b10212 在逆流换热器中,将油从25加热到50,热水的进口温度为80,出口温度为35,求该换热器的效率。21 j05b10213 某列管换热器，用100水蒸气将物料由20加热至80，传热系数100W（2K）。经半年运转后，由于污垢的影响，在相同操作条件下物料出口温度仅为70，现欲使物料出口温度仍维持80，问加热蒸汽温度应取何值？ 24 j05b10246 用175的油将300kg/h的水由25加热至90, 水的比热取4.2kJ/（kg已知油

4、的比热为2.1kJ/（kg）,其流量为400kg/h,今有以下两个传热面积均为0.72m2的换热器可供选用。 （1）换热器1:K1=625W/（m2）,单壳程,双管程,=0.7; （2）换热器2:K2=500W/（m2）,单壳程,单管程,tm按逆流计。 为保证满足所需换热量应选用那一个换热器。 26 j05b15075某平壁炉炉壁由耐火砖、保温砖和建筑砖三种材料组成，相邻材料之间接触密切，各层材料的厚度和导热率依次为b1=250mm,1=1.4W/（mK）, b2=130mm,2=0.15W/（mK）,b3=200mm,3=0.8W/（mK）。已测得耐火砖与保温砖接触面上的温度 t2=820

5、，保温砖与建筑砖接触面上的温度t3=260，试求： （A）各种材料层的单位面积计的热阻； （B）通过炉壁的热量通量； （C）炉壁导热总温差及其在各材料层的分配。27 j05b15078 炉壁由绝热砖和普通砖两层平壁组成。已知（绝热）=0.2W/（mK） ，厚b（绝热）=200mm,（普通）=0.7W/（mK）,普通砖外侧壁温t3=50,两砖交界面温度t2=200, 外界空气温度t =10, 炉外壁对大气的联合给热系数为10W/（m2K）。 （A）求单位面积炉壁热损失Q/A; （B）假如t1,t及联合给热系数不变, 两层砖位置互换, 热损失（Q/A）如何变化? 两砖交界面温度t2及保温层外侧温度

6、t3如何变化? 由计算结果得出什么结论? 30 j05b15083 车间内有一高和宽各为1m的炉门, 其黑度为0.78, 炉门的辐射散热量为20kW。若车间内温度为25, 则炉门的温度为多少?黑体的辐射系数C0=5.67W/（m2K4） 有一套管换热器, 长10m,管间用饱和蒸汽加热, 空气在一定流量下由内管流过, 温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一倍（即Wc=2Wc）,并近似认为加热面的壁温不变,要使空气出口温度仍达到原指定温度, 则套管加热器的长度应为原来的几倍? 32 j05b15087 一单壳程单管程列管换热器, 由多根252.5mm 的钢管组成管束, 管程走某有机溶液, 流速为

7、0.5m/s，流量为15T/h,比热为1.76kJ/（kgK）,密度为858kg/m3,温度由20加热至50。壳程为130的饱和水蒸气冷凝。管程、壳程的对流给热系数分别为700W/（m2K）和10000W/（m2K）。钢导热率为45W/（mK）。垢层热阻忽略不计。 （A）总传热系数; （B）管子根数及管长; （C）在冷流体进口温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要采取什么措施？33 j05b15088 在传热面积为20m2的某换热器中, 用温度为20, 流量为13200kg/h 的冷却水,冷却进口温度为110的醋酸, 两流体逆流流动。换热器刚投入使用时,冷却水出口温度为45, 醋

8、酸出口温度为40, 运转一段时间后, 冷热流体流量不变, 进口温度不变, 而冷却水的出口温度降至38, 试求传热系数下降的百分率。水的比热cp=4.2kJ/（kg）,热损失可忽略。 35 j05b15103 某车间有一台换热面积（以外表面积计）为2.5m2的单程列管换热器。用180的热废气预热轻油,轻油走管外,其流量为200kg/h,比热为2kJ/（kg）, 温度由30升至80。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为70。 （A）换热器的热负荷和传热系数。 （B）若由于长期运转,轻油在管外结垢,已知污垢热阻为总热阻的10%,若仍要求轻油出口温度不变，试估算在其他条件基本不变的情况下,轻油处理

9、量如何变化?（略去热气出口温度的变化）36 j05b15109 90的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到50，换热器的换热面积为62，传热系数K=230W/（m2），正丁醇的流量为1930kg/h。冷却介质为18水,热损失可以忽略。 求：（A）冷却水出口温度； （B）冷却水消耗量。 正丁醇cp12.98kJ/（kg） 水 cp24.187kJ/（kg 38 j05b15187 在一列管换热器内，用110的饱和水蒸气加热管内湍流流动的空气，使其从30升至45，若将空气的流量增加一倍而入口温度不变，试求加热蒸汽用量为原用量的倍数。 忽略管壁热阻、垢层热阻及热损失，并忽略因空气出口温度变化所引起的物性变

10、化。39 j05b15190 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150降至80;壳程冷却用软水,进口温度为15,出口温度为65,与气体作逆流流动。两者均处于湍流。已知气体侧的对流给热系数远小于冷却水侧的对流给热系数。 1.冷却水用量; 2.如进口水温上升为20,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度?冷却水用量为多少?管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。气体的平均比热为1.02kJ/（kgK）,水的比热为4.17kJ/（kgK）,不计温度变化对比热的影响。解:（1）冷却水用量 Q=W1cp1（T1-T2）=W2cp2（t2-t1） Q=200

11、01.02（150-80）=W24.17（65-15） =14.3104kJ/h W2=14.3104/（4.17（65-15）=685kg/h （2）由题知 io 原情况 Q=KiAitm=iAitm （1） 新情况 Q=KiAitm=i （2） 因气体的冷却任务没有变化 Q=Q 气体的流量及管子尺寸没有变化 i=i 两种情况都用同一设备 Ai=Ai 比较式1及式2 得: tm=tm 原情况 t1=150-65=85 t2=80-15=65 t1/t2=85/65=1.32 tm=（85+65）/2=75 新情况 t1=150-t2 t2=80-20=60 tm=（150-t2）+60/2=

12、75 解得 t2=60 t1=150-60=90 t1/t2 =90/60=1.5 故tm用算术平均值计算是可以的. 新情况的热衡算: W24.17（60-20）=20001.02（150-80） W2=856kg/h 需将水量调至856kg/h。43 j05b15201 有一台套管换热器,内管为382.5mm钢管,外管为573mm钢管,换热管总长36m,逆流操作,管内走水,将管间4200kg/h的苯液从65冷却到35,水温从25升到35,现已知苯侧对流给热系数为2030W/（m2K）,水侧对流给热系数为6610W/（m2K）,苯侧垢层热阻为0.18（m2K）/kW,苯液比热cP1=1.80k

13、J/（kgK）,钢导热率=45W/（mK）。试计算 （1）该换热器传热系数K （2）水侧垢层热阻Ra2 Q=W1cp1（T1-T2） =（4200/3600）1.81000（65-35）=63000W A1=d1L=3.140.03836=4.295m2 tm=（t1-t2）/Ln（t1/t2） =（65-35）-（35-25）/Ln（30/10）=18.2 K1=Q/（A1tm）=63000/（4.29518.2） =805.95W/（m2K）（2） Rs2=1/K-（1/1+bA1/（Am）+Rs1+A1/（2A2） =1/805.95-（1/2030+0.002538/（4535.5）+

14、0.18/1000+38/（661033） =0.000334（m2K）/W44 j05b15214 拟在单程逆流列管换热器中用35的冷水将流量为1kg/s、温度为150的热油冷却至65,油走管内,软水走壳程,水的出口温度为75,已知油与水均处在湍流,并知此条件下对流给热系数分别为水:2000W/（m2）,油1000W/（m2）, 油的平均比热为4kJ/kg,若换热器传热面积为11m2 ,热损失、垢层及管壁热阻均可不计,试求: 1.该换热器是否可用? 2.若油的流量增至1.2kg/s,油、水出口温度及其他条件均不变,仅将流程改为双程并知双程时温差校正系数为0.85,该换热器能否用? 略去水侧对

15、流给热系数的变化。 47 j05b20089 用一传热面积为3m2由252.5mm的管子组成的单管程单壳程列管式换热器, 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, 其比热分别为4.18kJ/（ kgK） 和2.0kJ（kgK）;水侧和油侧的对流给热系数分别为2000W/（m2K） 和250W/（m2K）, 两流体呈逆流流动, 忽略管壁和污垢热阻。（A）计算说明该换热器是否合用?（B）夏天当水的初温达到30, 而油的流量及冷却程度不变时, 水流量亦不变，该换热器是否合用? 如何解决? （假设传热系数不变）

16、 tm=（132.6-90）/Ln（123.6/90）=110 1/K1=1/ 1+d1/（ 2d 2）=1/250+25/（200020） K1=216.2W/（m2K） A1=Q1/（Ktm）= 2.40108/（216.23600110）=2.8m23m2 不适用 解决办法是调大水量, 使t2,tm,并使, K48 j05b20092 有一列管式换热器, 装有252.5mm 钢管300 根, 管长为2m。要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20加热到85, 选用108 饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸气的冷凝给热系数为1104W/（m2K）, 管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计

17、, 而且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为cp=1kJ/（kgK）, =2.8510-2W/（mK）,=1.9810-5（PaS）, Pr=0.7。 （A）空气在管内的对流给热系数; （B）求换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）; （C）通过计算说明该换器能否满足需要? （D）计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。49 j05b20098有一列管换热器,由252.5mm长为2m的26根钢管组成。用120饱和水蒸气加热某冷液体,该液体走管内,进口温度为25,比热为1.76kJ/（kg）,流量为18600kg/h。管外蒸汽的冷凝给热系数为1.1104W/（m2）, 管内对流给热热阻

18、为管外蒸汽冷凝给热热阻的6倍。求冷液体的出口温度。（设换热器的热损失、管壁及两侧污垢热阻均可略去不计） 51 j05b20100 有一换热器由252mm钢管组成,管外为常压下的苯饱和蒸汽冷凝,苯的沸点为80,管内走冷却水,温度由10升高到30。已知,苯的冷凝给热系数为 600W/（m2K）, 水的对流给热系数为400W/（m2K）,钢的导热率为50W/（mK）, 忽略垢层的热阻。 （A）热流体一侧的平均壁温; （B）冷流体一侧的平均壁温。（热、冷侧壁温各自为恒值）52 j05b20101 16的盐水以3840kg/h的流率通过套管换热器的内管而被加热。内管为382.5mm的钢管，每段长6m。1

19、05的热水以4m3 /h的流率在环隙内流过，而被冷却至48。两流体作逆流流动。热水对管壁的对流给热系数o 为 5000W/（m2），已知盐水物性（平均温度下）=1200kg/m3 ，cp =3.3kJ/（kg），=0.9510 3 Pas,=0.56W/（m），管内外污垢热阻分别为Rs1 =1/3788 （m2）/W，Rs o =1/3846 （m2）/W。求盐水出口温度和所需套管的段数。忽略管壁热阻及热损失。（热水在平均温度下的cp=4.18kJ/（kg） ,=1000 kg/m3） 55 j05b20145 某厂用120饱和水蒸气, 通过252.5mm,长3m的单管程列管式换热器,将列管内

20、的17.2m3/h水溶液从 20加热到 75,冷凝水于饱和温度下排出。 已知:管侧水溶液1=2500W/（m2）,壳侧蒸汽0=10000W/（m2）, 溶液在管内呈湍流,试问换热器的管数为若干?水溶液密度=1050kg/m3,比热为4.17kJ/（kg热损失及管壁、垢层热阻均可忽略。检修时发现该换热器有三根管子已坏, 拟将坏管堵塞再继续使用, 试问此方案是否可行?（通过计算或推导说明）。56 j05b20194 有一单程列管式冷凝器,安装有252.5mm,长2m的钢管60根。水蒸气在管间冷凝,冷凝温度为100。冷却水走管内,流量为50m3/h,其进、出温度分别为20和40,试计算此冷凝器的总传

21、热系数K值。 在保持原来冷凝量的前提下,为节约水,要求冷却水量减少一半。今拟将水侧由单程改为3程。设管壁两侧的污垢热阻及管外蒸汽冷凝热阻均忽略不计,换热器热损失不计,试通过计算说明该方案从传热原理上是否可行。 计算中取水的平均物性为:cp =4.187kJ/（kg）,=996kg/m3 ,黏度=1cP。57 j05b20196 有一套管换热器由573.5mm与894.5mm钢管组成,5000kg/h的甲醇在内管中流动,其温度由60冷却至30,甲醇对内管壁的对流给热系数为1=1500W/（m2K）。冷却水在环隙内流动,其进、出口温度分别为20和35,甲醇和冷却水逆流操作,忽略热损失及垢层热阻,试

22、求: （1）冷却水用量（kg/h） （2）所需套管长度 甲醇物性数据为:cp1=2.6kJ/（kgK）, 冷却水物性数据为:cp2=4.18kJ/（kgK），=996.3kg/m3, 2=0.603W/（mK）,=0.84510-3PaS 钢导热率:=45W/（mK） 58 j05b20202 采用传热面积为4.48m2 单程管壳式换热器,进行溶剂和某水溶液间的逆流传热,溶剂为苯,流量为3600kg/h, 比热为1.88kJ/（kg）的苯, 80冷却至50, 水溶液由20被加热到30。忽略热损失。 （1）传热系数K （2）因前工段的生产情况有变动,水溶液进口温度降到10, 但由于工艺的要求,水

23、溶液出口温度不能低于30。若两流体的流量及苯的进口温度不变, 原换热器是否能保证水溶液的出口温度不低于30? 两种情况下两流体的物性常数可视为不变。C 2 j05c10220 某蒸汽管外包有两层厚度相等的绝热材料，已知第二层的平均直径相当于第一层的平均直径的两倍，而第二层的导热率为第一层的二分之一。如将两层材料的位置调换，调换后第一、二层的平均直径与原来第一、二层的相同，则每米管长的热损失将如何变化？设钢管外壁温度及最外层绝热材料的外壁温度不变。4 j05c10254 欲将夹套加热器中的某溶液进行加热,使其从30加热至60,溶液量为6000kg, 传热面积为6m2,容器内有搅拌器,因此器内液体

24、各处的温度可视为均匀的, 加热蒸汽为0.1MPa的饱和水蒸气,传热系数为800W/（m2）,求将溶液由30加热至60所需要的时间? 已知溶液比热为5kJ/（kg）,热损失忽略不计。5 j05c15096 有一列管式换热器，列管由薄壁钢管制成。壳程通入温度为120的饱和水蒸汽。管内走空气，空气流量为2.5104kg/h，呈湍流流动，进口温度为30，出口温度为80，现将空气流量提高50%，进口温度不变。问此时的换热量为多少？空气比热Cp=1005J/kgK，假设空气的物性保持不变。6 j05c15117 拟设计由252mm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

25、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的饱和水蒸气在壳层冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流给热系数i= 520W/（m2）,蒸汽冷凝时的对流给热系数0=1.16104W/（m2）,不锈钢管的导热率=17W/（m）,忽略垢层热阻和热损失。 （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）。 9 j05c15200 某厂精馏塔顶冷凝器中有252.5mm的管50根,长2m,管内通冷却水,流速为1.0m/s,其进、出口温度分别为20和40,管外为蒸汽冷凝,试求: （1）管壁对冷却水的对流给热系数; （

26、2）该厂仓库有一台与上述传热面积相同,管径相同,但管数为60根的换热器拟作备品。若要求维持原有的加热任务,加热蒸汽温度也不变, 问该换热器是否合用? 水物性数据可取为: cp=4.174kJ/（kgK）,=995.7kg/m3, =0.617W/（mK）,=0.8cP 11 j05c15247 现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m2的列管式空气加热器,每台加热器均由64根573.5mm钢管组成,壳程为170的饱和水蒸气冷凝（冷凝潜热r=2054kJ/kg）,空气入口温度t1=30,流量为2.5kg/s,以湍流方式通过管内。 （1）若两台换热器并联使用,通过每台换热器的空气流量均等,此时空气的对流给热系数为38W/（m2）,求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量w0为多少? （2）若二台换热器改为串联使用,问此时空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量w0为多少? 假定空气的物性不随温度压力而变化,视为常量，cp=1kJ/（kg 16 j05c20093 有一套管换热器, 内管为542mm,外管为116