各大名牌高校化工原理考研真题之传热1.docVIP

【2005，中国石油大学（华东），计算题3】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φ57×3.5mm钢管组成，壳程为170℃的饱和水蒸气冷凝（冷凝潜热为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。（该传热过程的控制热阻在空气侧）。 （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，此时空气的对流传热系数为38W/(m2·K)，求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量为多少？ （2）若两台换热器串联使用，问此时空气的出口温度t2′及水蒸气的总冷凝量为多少？ 假设空气的物性不随温度及压力而变化，视为常数，cp=1kJ/(kg·K)。忽略热损失。 解：（1）由题意，两台换热器并联使用时，； 传热过程的控制热阻在空气侧，则； 由， 列式得， 代数计算得到， ℃ 由得， （2）由题意，两台换热器串联联使用时，； 本题涉及到换热器选用的串并联问题，需要注意，串并联时传热面积和流速发生的变化，以及对传热结果带来的影响。另外，热流体只放出冷凝潜热时，温度恒定为T，这也是解题的一个突破口。 由得， ℃ 由得， 【2006，中国石油大学（华东），计算题3】某车间需将流率为30m3/h、浓度为10％的NaOH水溶液由20℃预热至60℃，溶液走管程，然后加热压强为19.62kPa（表压）的反应器内，其流程如图所示。加热介质为127℃的饱和蒸汽。碱液管全部采用直径为φ76×3mm的钢管。当阀门全开时，管路、换热器及所有局部阻力的当量长度之和为330m。摩擦阻力系数可取为定值0.02。 该车间库存一台两管程列管换热器，其规格为：列管尺寸：φ25×2mm 长度： 3m 总管数： 72根 操作条件下，NaOH水溶液的物性常数为：密度ρ=1100kg/m3，导热系数λ=0.58W/(m·℃)，比热Cp=3.77kJ/(kg·℃)，粘度μ=1.5cP。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃)，该测污垢热阻为0.0003m2·℃/W，忽略管壁和热损失。 试求：（1）库存换热器能否满足传热任务； （2）若离心泵的特性曲线方程为：H = 41.17-0.007Q2，H的单位为m，Q的单位为m3/h，当碱液在上述管路中达到最大输送量时，求碱液的出口温度。（计算时总传热系数K、流体物性可视为不变） 本题是泵和换热器的综合性考题，在解题过程中要注意各公式的适用条件，选择合适的公式进行计算。另外，题中给出的是两管程列管式换热器，在运算中很容易被当作单管程换热器而出错。 解：（1）由题意有： 流速 由 得 故，能够满足换热任务。 【2007，中国石油大学（华东），计算题四】有一列管换热器，装有Φ25×2.5mm的钢管200根，管长为2m。要求将质量流量2700kg/h的常压空气于管程由20℃加热至90℃；选用108℃的饱和水蒸气于壳程饱和冷凝加热空气。若水蒸气的冷凝传热系数为10000W/(m2·K)，管壁及两侧污垢热阻、换热器的热损失均可忽略不计。试求： （1）空气侧的对流传热系数，W/(m2·K)； （2）换热器的总传热系数（以管外表面为基准），W/(m2·K)； （3）通过计算说明该换热器能否满足要求？ （4）计算说明管壁温度接近哪一侧流体的温度； （5）讨论强化该传热过程的主要途径，并举例计算说明。 已知空气的物性数据为：比热Cp=1kJ/kg·℃，粘度μ=0.02cP，导热系数λ=0.028 W/(m·K)。 解：（1）由题意： （2）以管外表面为基准，管壁及两侧污垢热阻忽略不计， 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。在第5小题中考察了强化传热的主要途径，有一定的开放性。 （3）由， 故，该换热器可以满足需要。 （4）由（3）知，常压空气经换热后的出口温度大于90℃，设实际出口温度为t2’,则有：