5计算题题目9修订版.docx

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5计算题题目9修订版

层次：

[2]j05a10067

如图所示，有一稳定导热的平壁炉墙，墙厚240mm，导热率入=0.2W/（m?

C）,若炉墙外壁温度t3=45C，为测得炉墙内壁温度ti，在墙深100mm处插入温度计，测得该处温度t2=100C，试求炉墙内壁温度ti。

⑸j05a10073

100C的水蒸气在管壳式换热器的管外冷凝，冷凝潜热为2258.4kJ/kg，总传热系数为2039W/（m2?

C）,

传热面积为12.75m2,15C的冷却水以2.25X105kg/h的流量流进管内，水的比热为4.187kJ/（kg?

C）,求水蒸气冷凝量？

[9]j05a10203

常压下338K之甲醇蒸汽经冷凝器冷凝后，送入冷却器中冷却至300K。

冷凝器与冷却器中所用冷却水的初温都是290K,终温都是305K。

试安排两换热器中流体的流程及流向，并计算平均温度差。

（换热器均为

单管程、单壳程）

[11]j05a10205

某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m,耐火砖导热率入=1.038W/（m?

C）。

其外用导热率为0.07W/（m?

）的绝热材料保温。

炉内壁温度为980C,绝热层外壁温度为38C,如允许最大热损失量为

950W/m。

求：

（1）绝热层的厚度；

（2）耐火砖与绝热层的分界处温度。

[13]j05a10208

在内管为0180X10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100C冷却到60C,其平均比热Cp=2.38kJ/（kg?

C）,环隙走冷却水，其进出口温度分别为40C和50C,平均比热Cp=4.174kJ/（kg?

C）。

基

于传热外表面积的总传热系数K=2000W/（mC）,且保持不变。

设热损失可以忽略。

试求：

（1）冷却水用量；

（2）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。

[17]j05a10243

为了测定套管式甲苯冷却器的传热系数，测得实验数据如下：

冷却器传热面积A=2.8m2,甲苯的

流量W=2000kg/h,由80C冷却到40C,甲苯的平均比热Cp1=1.84kJ/（kg•C）。

冷却水从

20C升高到30C,两流体呈逆流流动，求所测得的传热系数K为多少？

若水的比热Cp2=4.18kJ/（kg•C），问

水的流量为多少？

层次：

[4]j05b10071

1方型窑炉的炉壁由两层砖砌成，内层为240mm耐火砖[入=0.9W/（mK）]，外层为240mm红砖[入=0.6W/（m?

<）]，炉膛内壁面温度为700C,外壁面温度为60C，试求单位面积（m2）的散热速率及两层交界面的温度。

2上题中若炉气向壁面的对流给热系数ai为30W/（m2?

K）,壁面向外界空气的对流辐射联合给热系数a

2为20W/（m?

K）,求炉膛内炉气温度和外界空气温度。

⑹j05b10074

有一段管径为0108x4mm的蒸汽管道，裸露于气温为20C的环境中，管内通以100C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/（m?

K）,蒸汽冷凝潜热为2258kJ/kg，取蒸汽冷凝给

热系数为104W/（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048X3mm和025X2.5mm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a1和a2,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032X2.5mm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25C加热到50C,热水的进口温度为80C,出口温度为35C,求该换热器的效率。

[21]j05b10213

某列管换热器，用100C水蒸气将物料由20C加热至80C，传热系数K=100奶（m2?

K）。

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70C，现欲使物料出口温度仍维持80C，问加

热蒸汽温度应取何值？

[24]j05b10246

用175C的油将300kg/h的水由25C加热至90C,水的比热取4.2kJ/（kg•C）。

已知油的比热为2.1kJ/（kg•C）,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:

K=625W/（m?

C）,单壳程，双管程，=0.7;

（2）换热器2:

K2=500W/（m2?

C）,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bi=250mm,入i=1.4W/（m?

<）,b2=130mm,入2=0.15W/（m?

<）,bs=200mm,入3=0.8W/（m?

K）。

已测得耐火

砖与保温砖接触面上的温度12=820C，保温砖与建筑砖接触面上的温度13=260C，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I和普通砖n两层平壁组成。

已知入（绝热）=0.2W/（m•K）,厚b（绝热）=200mm,入（普

通）=0.7W/（m•K）,普通砖外侧壁温t3=50C,两砖交界面温度12=200C,外界空气温度t=10C,炉外壁对大气的联合给热系数为10W/（m2?

K）。

（A）求单位面积炉壁热损失QA

（B）假如t1,t及联合给热系数不变，两层砖位置互换，热损失（QA）'如何变化？

两砖交界面温度t2及保温层外侧温度t3如何变化?

由计算结果得出什么结论？

I匸

[30]j05b15083

1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25C,

则炉门的温度为多少？

黑体的辐射系数C0=5.67W/（m2?

K4）

2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W=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025疋.5mm的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为

0.5m/s，流量为15T/h,比热为1.76kJ/（kg•K）,密度为858kg/m,温度由20C加热至50C。

壳程为130C

的饱和水蒸气冷凝。

管程、壳程的对流给热系数分别为700W/（m?

K）和10000W/（m?

<）。

钢导热率为45W/（m?

K）。

垢层热阻忽略不计。

求：

（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20C,流量为13200kg/h的冷却水，冷却进口温度为

110C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45C,醋酸出口温度为40C,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38C，试求传热系数下降

的百分率。

水的比热Cp=4.2kJ/（kg?

C），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180C的热废气预热轻油，轻油走管外，其流量为200kg/h，比热为2kJ/（kg•C），温度由30C升至80C。

轻油与热气体作逆流流动。

热废气出口温度为70C。

求：

（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，轻油处理量如何变化？

（略去热气出口温度的变化）

[36]j05b15109

90C的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到50C，换热器的换热面积为6m2,传热系数K=230W/（mf?

C）,

正丁醇的流量为1930kg/h。

冷却介质为18C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Cp1=2.98kJ/（kgC）水Cp2=4.187kJ/（kgC）

[38]j05b15187

在一列管换热器内，用110C的饱和水蒸气加热管内湍流流动的空气，使其从30C升至45C，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150C降至80C;壳程冷却用软水，进口

温度为15C,出口温度为65C,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。

试求：

1.冷却水用量；

2.如进口水温上升为20C,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/（kg?

K）,水的比热为

4.17kJ/（kg?

K）,不计温度变化对比热的影响。

解:

（1）冷却水用量

Q=WCp1（T—T?

）=WCp2（t2-t1）

Q=2000X1.02（150-80）=WX4.17（65-15）

=14.3X10kJ/h

W=14.3X104/（4.17X（65-15））=685kg/h

⑵由题知ai<

•••原情况Q=K?

Atn=ai2A?

Atm

（1）

新情况Q=K'?

Atm'=ai'?

Atm⑵

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

两种情况都用同一设备A=A'

比较式1及式2得：

Atm=Atm'

原情况A11=150-65=85CA12=80-15=65CA11/A12=85/65=1.3<2

Atm=（85+65）/2=75C

新情况At1‘=150-t2'

At2'=80-20=60C

Atm'=[（150-12'）+60]/2=75C

解得12'=60C

At1'=150-60=90

At1‘/At2'=90/60=1.5

故Atm'用算术平均值计算是可以的.

新情况的热衡算：

W>4.17*60-20）=2000

X1.02X（150-80）

W=856kg/h

需将水量调至856kg/h。

[43]j05b15201

有一台套管换热器，内管为038疋.5mm钢管，外管为057X3mm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65C冷却到35C,水温从25C升到35C,现已知苯侧对流给热系数为

222

2030W/（m水），水侧对流给热系数为6610W/（m?

K）,苯侧垢层热阻为0.18（m曲/kW,苯液比热CP1=1.80kJ/（kg?

K）,钢导热率入=45W/（m?

K）。

试计算

（1）该换热器传热系数K

（2）水侧垢层热阻％

Q=WCp1（T1-T2）

=（4200/3600）X1.8X1000X（65-35）=63000W

A=nd1L=3.14X0.038X36=4.295m

Atm=（A11-A12）/Ln（A11/A12）

=（（65-35）-（35-25））/Ln（30/10）=18.2C

K1=Q（AAtm）=63000/（4.295X18.2）

=805.95W/（m•K）

（2）R»2=1/K-（1/a计bA/（入A）+R1+A/（a2A））

=1/805.95-（1/2030+0.0025X38/（45X35.5）+0.18/1000+38/（6610X33））

=0.000334（m•K）/W

[44]j05b15214

拟在单程逆流列管换热器中用35C的冷水将流量为1kg/s、温度为150C的热油冷却至65C,油走管

内，软水走壳程，水的出口温度为75C,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

222

水:

2000W/（m?

C）,油1000W/（m?

C）,油的平均比热为4kJ/kgC,若换热器传热面积为11m,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？

略去水侧对流给热系数的变化。

[47]j05b20089

用一传热面积为3mi由025X2.5mm的管子组成的单管程单壳程列管式换热器,用初温为10C的水将机

油由200C冷却至100C,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/（kg?

K）和2.0kJ（kg水）；水侧和油侧的对流给热系数分别为2000W/（m?

K）和

250W/（m?

<）,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30C,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）

QWCp1T1T212002（200100）2.410kJ/h

cp!

（T!

T2）W2Cp2（t2t1）

12002（200100）10004.18（t210）

t267.4C

Atm=（132.6-90）/Ln（123.6/90）=110C

1/K1=1/1+d1/（2d2）=1/250+25/（2000X20）K=216.2W/（m水）

822

A1=Q/（KAtn）=2.40X10/（216.2X3600X110）=2.8m<3m故适用

（2）t1=30C时

12=30+2.40X10/（1000X4.18）=87.4C

Atm=（112.6-70）/Ln（112.6/70）=89.6C

822

A=2.40X10/（3600X89.6X216.2）=3.44m>3m不适用

解决办法是调大水量，使t2j,Atmf,并使af,KT

[48]j05b20092

有一列管式换热器，装有025^2.5mm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20C加热到85C,选用108C饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。

若水蒸气的冷凝给热系数为

1X104W/（m2*）,管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计，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/（kg?

K）,入=2.85X10-W/（mX）,

口=1.98X0-（Pa?

S）,Pr=0.7。

试求:

（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025X2.5mm长为2m的26根钢管组成。

用120C饱和水蒸气加热某冷液体，该液体走管内，进口温度为25C,比热为1.76kJ/（kgC）,流量为18600kg/h。

管外蒸汽的冷凝给热系数为1.1X104W/（m2•C）,管内对流给热热阻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025X2mm钢管组成，管外为常压下的苯饱和蒸汽冷凝，苯的沸点为80C,管内走冷却水，

温度由10C升高到30C。

已知，苯的冷凝给热系数为600W/（m2?

K）,水的对流给热系数为400W/（m2*），钢的导热率为50W/（m?

K）,忽略垢层的热阻。

求

（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

16C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038x2.5mm的钢管，每段长

6m。

105C的热水以4m3/h的流率在环隙内流过，而被冷却至48C。

两流体作逆流流动。

热水对管壁的对

流给热系数ao为5000W/（m2?

C），已知盐水物性（平均温度下）p=1200kg/m3,cp=3.3kJ/（kg?

C）,口=0.95x10「3Pa?

s入=0.56W/（m?

C），管内外污垢热阻分别为Rs1=1/3788（m2?

C）/W,Rso=1/3846（m2?

C）/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?

C）,p=1000

kg/m3）

[55]j05b20145

某厂用120C饱和水蒸气，通过025>2.5mm,长3m的单管程列管式换热器，将列管内的17.2[m3/h]水溶液从20C加热到75C，冷凝水于饱和温度下排出。

已知：

管侧水溶液1=2500[W/（m2C）],壳侧蒸汽a

0=10000[W/（m2C）],溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？

水溶液密度p=1050kg/m3,比热为

4.17kJ/（kgC）。

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025x2.5mm，长2m的钢管60根。

水蒸气在管间冷凝，冷凝温度为

100C。

冷却水走管内，流量为50吊巾，其进、出温度分别为20C和40C,试计算此冷凝器的总传热系数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?

C）,p=996kg/m,黏度口=1cP。

[57]j05b20196

有一套管换热器由057x3.5mm与089x4.5mm钢管组成,5000kg/h的甲醇在内管中流动，其温度由60C冷却至30C,甲醇对内管壁的对流给热系数为a1=1500W/（m2?

K）。

冷却水在环隙内流动，其进、出口温度分别为20C和35C,甲醇和冷却水逆流操作，忽略热损失及垢层热阻，试求：

（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/（kg水），

冷却水物性数据为：

Cp2=4.18kJ/（kg水）,p=996.3kg/m,

入2=0.603W/（m?

K）,卩=0.845X10"Pa?

钢导热率：

入=45W/（m?

<）

[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/（kgC）的苯，80C冷却至50C,水溶液由20C被加热到30C。

忽略热损失。

试求：

（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10C,但由于工艺的要求，水溶液出口温度不能

低于30C。

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30C?

两

种情况下两流体的物性常数可视为不变。

层次：

[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30C加热至60C,溶液量为6000kg,传热面积为6mi,容

器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的，加热蒸汽为O.IMPa的饱和水蒸气，传热系数为

800W/（m2「C），求将溶液由30C加热至60C所需要的时间？

已知溶液比热为5kJ/（kg•C），热损失忽略不计。

⑸j05c15096

有一列管式换热器，列管由薄壁钢管制成。

壳程通入温度为120C的饱和水蒸汽。

管内走空气，空气

流量为2.5X104kg/h，呈湍流流动，进口温度为30C，出口温度为80C，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。

⑹j05c15117

拟设计由025X2mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。

平均比热为4187J/（kgC）的某溶液在管内

作湍流流动，其流量为15000kg/h,并由15C加热到100C。

温度为110C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ai=520W/（m2?

C）,蒸汽冷凝时的对流给热系数a0=1.16X104W/（m2?

C）,

不锈钢管的导热率入=17W/（m?

C）,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）。

[9]

j05c15200

某厂精馏塔顶冷凝器中有025X2.5mm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20C和40C,管外为蒸汽冷凝，试求：

（1）管壁对冷却水的对流给热系数a;

（2）该厂仓库有一台与上述传热面积相

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