内容发布更新时间 : 2024/11/17 15:54:29星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
电热丝直径为０．５ｍｍ，全长２．５ｍ，表面黑度ε＝０．９，周围反射器的温度 为１５℃，电热器的功耗为０．４ｋｗ。 不计对流传热。 有一水平列管式换热器，管径为φ２５×２．５ｍｍ，管长ｌ＝３．５ｍ，根数ｎ ＝３７根，今用此换热器将流量为每小时１５吨的苯从３０℃加热到７０℃，并用温度 为Ｔ＝１１９．６℃的蒸汽做载热体，问该热交换器是否合用？如不合用可采取哪些措 施？从结构上及操作上加以定量说明。已知 污垢热阻Ｒ＝１／１２００ｍ℃／Ｗ；苯的密度ρ＝９００ｋｇ／ｍ； 粘度μ＝０．４７ｃｐ；比热ｃ＝１．８ｋＪ／ｋｇ·℃ 导热系数λ＝０．１４５ｗ／ｍ·ｋ，管壁的导热系数λ＝４０ｗ／ｍ·ｋ。 在一新的套管式换热器中，冷却水在φ２５×２．５的内管中流动，以冷凝环隙间 的某蒸汽。当冷却水流速为０．４ｍ／ｓ和０．８ｍ／ｓ时，测得基于内管外表面的总 传热系数分别为Ｋ=１２００ｗ／ｍ℃和Ｋ＝１７００ｗ／ｍ℃。水在管内为 湍流，管壁的导热系数λ＝４５ｗ／ｍ℃，水流速改变后，可认为环隙间蒸汽冷凝的传 热系数不变。试求： １．当水流速为０．４ｍ／ｓ时，管壁对水的对流传热系数为多少？ ２．某蒸汽冷凝的对流传热系数为多少？ ３．若操作一时期后，水流速仍保持为０．４ｍ／ｓ，但测得的Ｋ值比操作初期下 降１０％，试分析原因。并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降１０％？ 流量为１０００ｋｇ／ｈ的某气体通过列管换热器的管程，由１５０℃降至８０℃。 壳程软水的初温为１５℃，出口温度６５℃，两流体作逆流流动。已知气体对管壁的对流 传热系数远小于管壁对水的对流传热系数。试求： （１）冷却水用量； （２）如气体处理量增大５０％，冷却水初温不变，仍用原换热器达到原要求的气 体冷却程度，此时出口水温将为多少度？冷却水的用量为多少？ 设管壁热阻、污垢热阻、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。气体均作湍流流动。 用两个相同结构尺寸的列管换热器按并联方式加热某料液，换热器的管束由 ３２ 根 长 ３ｍ的 φ２５×２．５ｍｍ钢管构成，壳程为 １２０℃ 的饱和蒸汽，料液总流量为 ２０ｍ／ｈ，按相等流量分配在两个换热器管程中作湍流流动。由２５℃加热到８０℃ 蒸汽冷凝对流传热系数为８ｋｗ／ｍ·℃，管壁及污垢热阻可不计。热损失也可 不计。料液比热为４．１ｋＪ／ｋｇ℃，密度为１０００ｋｇ／ｍ。 试求： （１）管壁对料液的对流传热系数； （２）料液总流量不变，将两换热器改为串联，料液加热程度有何变化？ 两种情况下蒸汽侧对流传热系数和流体物性视为不变。 在单程列管换热器内，用１１０℃饱和水蒸汽将管内的水从３０℃加热到５０℃， 列管直径为φ２５×２ｍｍ，长６ｍ，水流经换热管因摩擦引起的压降为３０００Ｐａ， 换热器的热负荷为２５００ｋｗ。试计算： （１）换热器的管数ｎ； （２）基于管子外表面积的总传热系数Ｋ。 已知：①摩擦系数按λ＝０．３１６４／Ｒｅ计算；②操作条件下水的平 均物性：ρ＝９９２ｋｇ／ｍ，ｃ＝４．１７４ｋＪ／ｋｇ·℃，μ＝０．６５６cp
判断下列说法是否妥当，如不妥，请写出正确说法 （１）蒸汽在管外冷凝时，“冷凝负荷越大，冷凝传热系数越高”； （２）用饱和蒸汽加热容器内的液体，使之沸腾时，“饱和蒸汽的压力越高，越 有利于强化传热”。 现有一套测定对流传热系数的装置(如图), 拟测空气在管内作强制湍流时的对流传热 系数α，该装置的管子外壁绕有电阻丝，以加热管壁，热电偶丝外面包有保温层。问： １．在实验中需要测定哪些参数 ２．在图上标出欲测参数的测试位置，并注明所采用的测试仪表 ３．写出通过实验计算传热膜系数α的计算步骤。 用 １２０℃的饱和水蒸汽将流量为 ３６ｍ／ｈ的某稀溶液在双程列管换热器中从 ８０℃加热至９５℃。若每程有直径为φ２５×２５mm的管子３０根，且以管外表面积为 基准的传热系数 Ｋ＝２８００ｗ／ｍ·℃。 蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计， 试求： （１）换热器所需的管长； （２）当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为0.00009ｍ·℃／ｗ， 若维持溶液的原流量及进口温度，其出口温度为多少？又若必须保证溶液原出口温度，可 以采取什么措施？ 注：溶液的密度及比热与水近似：ρ＝１０００ｋｇ／ｍ；ｃ＝4.2kJ/kg·℃ 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＝ ２．８ｍ，甲苯的流量Ｗ＝２０００ｋｇ／ｈ，由８０℃冷却到４０℃，甲苯的平均 比热ｃ＝１．８４ｋＪ／ｋｇ·℃。冷却水从２０℃升高到３０℃，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ｃ＝４．１８ｋＪ／ｋｇ·℃， 问水的流量为多少？ 某平壁炉的炉壁由耐火砖、绝热砖和钢板组成，如图所示。其导热系数λ和厚度ｂ数 据如下: 耐火砖：λ＝１．０５ｗ／ｍ·℃，ｂ＝２００ｍｍ； 绝热砖：λ＝０．１５１ｗ／ｍ·℃，ｂ＝１００ｍｍ； 钢 板：λ＝４５ｗ／ｍ·℃，ｂ＝６ｍｍ。 耐火砖内侧温度ｔ＝１１５０℃，钢板的外侧温度ｔ＝３０℃。试求： （１）单位面积的热损失ｑ； （２）绝热砖和钢板的界面温度ｔ。 假设各层间接触良好. 举例说明下列各图的物理意义，并写出Δｔ的数学表达式： 用１７５℃的油将３００ｋｇ／ｈ的水由２５℃加热至９０℃，已知油的比热为 ２．１ｋＪ／ｋｇ℃，其流量为４００ｋｇ／ｈ，水的比热取４．２ｋＪ／ｋｇ℃，今 有以下两个传热面积均为０．７２ｍ的换热器可供选用。 （１）换热器１：Ｋ＝６２５ｗ／ｍ℃，单壳程，双管程，ψ＝０．７； （２）换热器２：Ｋ＝５００ｗ／ｍ℃，单壳程，单管程，Δｔ按逆流计。 为保证满足所需换热量应选用那一个换热器。 现有两台单壳程单管程的传热面积均为２０ｍ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℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜 热ｒ＝２０５４ｋＪ／ｋｇ），空气入口温度ｔ＝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 传热系数为３８ｗ／ｍ·℃，求空气的出口温度ｔ及水蒸汽的总冷凝量ｗ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ｔ及水蒸汽的总冷凝
量ｗ为多少？ 假定空气的物性不随温度压力而变化，视为常量ｃ＝１kJ/kg.℃。忽略热损失。 有一单壳程单管程列管式冷凝器,由60根φ25×2.5mm的钢管组成,管长1.3ｍ，某种有 机蒸汽在管间冷凝,冷凝温度为90℃,冷却水走管内，流量为34ｍ／ｈ，水在管内的流型 为湍流，其进出口温度分别为２０℃和４０℃，试计算此冷凝器的传热系数。 为了节约冷却用水，拟将单管程列管冷凝器改为四管程，试问在保证原来的冷凝负荷 （即每小时的冷凝量）下，能否使用水量减少一半。 假设两侧污垢热阻，管壁热阻和蒸汽冷凝的热阻以及热损失均可忽略不计。 在套管换热器中，用１１７ ℃ 的饱和水蒸汽在环隙间冷凝以加热管内湍流流动 （Ｒｅ＞１０）的水溶液（ρ＝１０５０ｋｇ／ｍ，ｃ＝４．１ｋＪ／ｋｇ℃） 当溶流流量为0.637ｍ／ｈ时，可从20℃加热至102℃，而当流量增加到1.2m/h时, 只 能从２０℃加热至９７℃，试求换热器传热面积Ａ和流量为１．２m/h时的传热系数K
值。 计算时可忽略管壁热阻，污垢热阻，并可当平壁处理，两种情况下，蒸汽冷凝系数 α均可取８ｋｗ／（ｍ·℃）。 一球形液氮罐，球内径为０．６ｍ，罐外有一隔热夹层，夹层内装有绝热材料，其 导热系数为２×１０ｗ／（ｍ·℃），厚度为２５ｍｍ，液氮温度维持－１９６℃， 在此温度下蒸发潜热为１９０ｋＪ／ｋｇ，环境温度为２１℃，假设绝热层外表面温度 亦为２１℃。设绝热材料与夹层壁紧密接触。试计算液氮每天的蒸发量。如果罐外夹层没 装绝热材料，而抽成真空，假设球形夹层相对的两个表面为均黑体，液氮每天的蒸发量为 多少？比较以上两个计算结果，说明什么问题？ 忽略罐内蒸发侧及罐壁的热阻。 通过一列管式换热器，用 120℃的饱和水蒸汽加热列管内的某种气体，使其由20℃升 高到80℃，气体呈湍流状态，若气体流量增加了50％，而入口温度不变，试计算加热蒸汽 用量为原用量的倍数。管壁热阻、污垢热阻及热损失可忽略，且可将气体物性视为常量， 加热蒸汽温度不变。 流体在圆形直管内作强制湍流流动(为完全湍流)。若减小管径，使对流传热系数增加 至原来的ｎ倍，问在下列情况下输送流体所消耗的功率如何变化？ （１）流体的平均流速保持不变； （２）流体的流量保持不变。 流体物性视为常量。 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６ｍ，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 ０．１ＭＰａ的饱和水蒸汽，传热系数为８００ｗ／ｍ·℃， 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。 为减少两个高低温固体平面门间在稳定传热过程中的辐射传热量，在其间加装ｎ片 很薄的平行遮热板（如图所示），试推导加装ｎ片遮热板后传热量减少到原来未装遮热 板时传热量的倍数。遮热板与两固体表面的黑度均相同。 估算套管式换热器金属管内管壁的平均温度ｔ，环隙为０．１ＭＰａ的饱和水蒸 汽冷凝。 若: （１）内管中为气体，由１５℃升至５５℃； （２）内管中为水，由１５℃升至５５℃，水的对流传热系数为4000ｗ／ｍ·℃。
有一单壳程单管程列管换热器，管外用１２０℃饱和蒸汽加热，干空气以１２ｍ／ｓ 的流速在管内流过，管径为φ38×2.5mm, 总管数为200根。已知空气进口温度为２６℃, 要求空气出口温度为８６℃，试求 （１）该换热器的管长应为多少？ （２）若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而管径增大为φ５４×２ｍｍ。 总管数减少２０％，此时的出口温度为多少？（不计出口温度变化对物性的影响，忽略热 损失） 定性温度下空气的物性数据如下： ｃ＝１．００５ｋＪ／ｋｇ·Ｋ ρ＝１．０７ｋｇ／ｍ μ＝０．０１９９ｃｐ λ＝０．０２８７ｗ／ｍ·Ｋ Ｐｒ＝０．６９７ 通过一套管式换热器，用１１０℃的饱和水蒸汽加热某水溶液，水溶液走内管（φ ３８×２．５ｍｍ钢管）。当溶液流量为０．６４ｍ／ｈ时，呈湍流状态，可从２０ ℃加热至９０℃，当流量增加到１．２ｍ／ｈ时，只能从２０℃加热至８５℃，试求 换热器的传热面积Ａ和流量为１．２ｍ／ｈ时的传热系数Ｋ。 水溶液的密度ρ＝１０５０ｋｇ／ｍ，ｃ＝４．１ｋＪ／ｋｇ·℃，蒸汽冷 凝传热系数均取为１０ｗ／ｍ·℃，计算时可忽略管壁热阻、污垢热阻。 某溶液在单效蒸发器中进行蒸浓, 用流量为 2100kg/h 温度为１２０℃, 汽化潜热为 2100kg/h的饱和蒸汽加热。已知蒸发器内二次蒸汽温度为81℃，各项温差损失共为 9℃。 取饱和蒸汽冷凝的传热系数α为8000W/mk，沸腾溶液的传热系数α为3500W/mk。
求该蒸发器的传热面积。假定该蒸发器是新造的, 且管壁较薄, 因此垢层热阻和管壁热阻 均可忽略不考虑，且热损失可以忽略不计。 某单效蒸发器每小时将1000kg的 15%(质量百分数，下同)的NaOH溶液浓缩到 50%。 已知：加热蒸汽温度为 120℃，进入冷凝器的二次蒸汽温度为60℃，总温度差损失为45℃ ，蒸发器的总传热系数为1000W/m℃ ，溶液预热至沸点进入蒸发器，蒸发器的热损失和 稀释热可忽略，加热蒸汽与二次蒸汽的汽化潜热可取相等，为2200kJ/kg。 试求：蒸发器的传热面积及加热蒸汽消耗量。 某车间用单效蒸发装置对硝酸铵水溶液进行蒸发，进料量为 １０ kg/h，用温度为 164.2℃ 的饱和蒸汽将溶液由68% (质量百分数，下同)浓缩至90% 。操作条件下二次蒸汽 的温度为59.7℃, 溶液的沸点为100 ℃，蒸发器的传热系数为1200W/m℃ ，沸点进料。 试求：不计热损失时的加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积。 已查得： 饱和水蒸汽温度为164.2℃时 ，汽化热为 2073kJ/kg; 温度为59.7℃时汽化热 为2356kJ/kg。 在真空度为91.3kPa下,将12000kg的饱和水急速送至真空度为93.3kPa的蒸发罐内。忽 略热损失。试定量说明将发生什么变化。水的平均比热为 4.18kJ/(kg℃)。当地大气压为 101.3kPa饱和水的性质为 真空度, kPa 温度, ℃ 汽化热, kJ/kg 蒸汽密度, kg/m 91.3 45.3 2390 0.06798 93.3 41.3 2398 0.05514 利用三效并流蒸发器处理某一定浓度的水溶液,用300kPa(绝)的饱和水蒸汽加热,已知 各效因溶液蒸气压下降与液柱静压强所致的温度差损失分别为8.14及22℃若忽略因管道流
体阻力所致的温度差损失。求冷凝内真空度的极限值。 饱和蒸汽的性质为: 压强 kPa (绝) 50 60 70 80 100 200 300 温度 ℃ 81.2 85.6 89.9 98.2 99.6 120.2 133.3
在一单效蒸发装置中将某原料液进行浓缩，完成液的浓度为28%(质量%)，操作条件下 沸点为98℃。为了减少生蒸汽的消耗量，用二次蒸汽四分之一的冷凝潜热把原料液从20℃ 预热至 70℃。原料液的流量为 1000 kg/h。二次蒸汽的温度为 90℃。相应的冷凝潜热为 2283kJ/kg。原料液的比热为3.8kJ/kg℃。忽略热损失。 试求：1.溶液的沸点升高； 2.原料液的浓度x。 在传热面积为50m的单效蒸发器内将20％的CaCl水溶液浓缩到40％(均为质量百分
数) 生蒸汽的温度为120℃ ，冷凝潜热为2210kJ/kg ，其消耗量D=2400kg/h，冷凝器内二 二次蒸汽温度为60℃(该温度下汽化潜热 2360kJ/kg) ，原料液的温度t为20℃，流量为 3600kg/h，比热 Cp为3.5kJ/kg℃。 该溶液蒸汽压下降和液柱静压强引起的沸点升高为 23℃, 试计算： ⑴蒸发器的热损Q为总热量的百分数; ⑵蒸发器的传热系数Ｋ。 在双效并流蒸发器浓缩某种水溶液, 传热系数分别为K=2790W/m℃, K=2093W/m℃,第一效的饱和加热蒸汽的绝对压强为130kPa,冷凝器的真空度为88.5kPa 两效的传热面积及传热速率各自相等, 即A=A及Q=Q。若忽略热损失及各种温度差
损失, 试求各效溶液的沸点t及t。 饱和水蒸汽性质为： 压强 kPa 10 15 101.3 120 140 温度 ℃ 45.3 53.5 100 104.5 109.2 在单效蒸发器中, 将10%(质量百分数, 下同)的某水溶液浓缩到30%,原料液流量为900 KJ/h, 温度为30℃, 蒸发室的绝对压强为4.91×10Pa, 原料液的比热为3.77KJ/Kg℃,二次 蒸汽的汽化潜热为2332KJ/Kg, 蒸发器的传热面积为10m,总传热系数为1000W/m℃ 。 已知数据如下: 蒸汽压强: Pa 10.13×10 4.91×10 2.94×10 溶液的沸点: ℃ 107 74.4 纯水的沸点: ℃ 100 80.9 68.7 ⑴因溶液的沸点蒸汽压下降引起的温度差损失; (忽略静压强引起的温度差损失) ⑵设加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出, 并忽略热损失和浓缩热时, 完成上述蒸发任务所 需加热蒸汽温度。 每小时将30℃, 5000Kg, 10% (质量百分数,下同) 的某水溶液在单效蒸发器内蒸浓至 40%。已知蒸发器的操作压强为90kPa(绝), 饱和加热蒸汽的绝对压强为300kPa。蒸发器内 液体深度为2m, 40%溶液的密度为1152kg/m,常压下因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失 △a'=11℃。操作条件下传热系数为1100W/m℃。若热利用系数为0.95, 试求加热蒸汽消 耗量及蒸发器的传热面积。水的平均比热为4.18kJ/kg ℃。 饱和水蒸汽的性质为: 压强:kPa 90 101.3 300 温度:℃ 96.4 100 133.3 汽化热 kJ/kg 2267.4 2258.4 2168.1 将21℃、8%(质量百分数, 下同)的NaOH水溶液在单效蒸发器内浓缩至18%。进料量为