1、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，而第二层的导热系数为第一层的二分之一。如将两层材料的位置调换，则每米管长的热损失将如何变化？（不计钢管热阻, 并设两层材料对换位置后, 外侧壁温相同, 均为t 3 ）
解：由多层圆筒导热关系,
ｑl =（t 1－t 3）/（ln （r 2/r1）/（2πλ1）＋ln （r 3/r2）/（2πλ2））
ｑl ’=（t 1－t 3）/（ln （r 2/r1）/（2πλ2）＋ln （r 3/r2）/（2πλ1））
按题意：r m2=2rm1和 λ2=（1/2）λ1 ……①
故由 rm2=（r 3－r 2）／ln （r 3／r 2）=2rm1
=2×（r 2－r 1）／ln （r 2／r 1）
而 r3－r 2=r2－r 1，故 ln（r 2／r 1）=2ln（r 3／r 2） ……②
由①、②代入下式： ql /ql ’=(ln(r2/r1)/ 2πλ1) ＋ln(r3/r2)/(2πλ2))/(ln(r2/r1)/(2πλ2) ＋ln(r3/r2)/(2πλ1))=4/5，
即对换后，热损失减少20%
2、一单壳程单管程列管换热器，由多根φ25mm×2.5mm 的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m/s，流量为15000kg/h，比热为1.76kJ/（kg·K），密度为858kg/m，温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/（m ·K）和10000 W/（m ·K）。钢的导热系数为45 W/（m·K）。垢层热阻忽略不计。求：（1）总传热系数；（2）管子根数及管长；（3）在冷流体温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要采取什么措施。
解：（1）Q=WCp △t=15×10×1.76×10×（50－20）/3600=2.20×10W
△tm =[(130－20)+(130－50) ]/2=95℃
以外表面为基准的传热系数：
K o =1/[1/10000＋(0.0025×0.025)/(45×0.0225) ＋0.025/(700×0.02)]=513w/（m ·K）
（2）V=W/ρ=15×10/(3600×858)=0.0049m/s
S 截=V/u=0.0049/0.5=9.8×10m
2-32 332335232S 截=πd n / 4 22n=4S截 /（πd ）=4×0.0098/（3.14×0.02）=31根
S o =Q/（K o ·△tm ）=220000/（513×95）=4.5m
S o =nπd o l l= So /（n πd o ）=4.5/（31×3.14×0.025）=1.85m 取2m
（3）因管程流速小，α也小，故应强化管程，可改为双管程。
3、某厂只能用120℃饱和水蒸汽， 通过φ25×2.5mm，长3m 的单管程列管式换热器，将列管内的17.2m /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αi ＝2500W/m.℃，壳侧蒸汽α0＝10000W/m.℃，溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？水溶液密度ρ=1050kg/m, 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）。
解：Q ＝W·Cp·Δt ＝17.2×1050/3600×4.17×10×(75-20) =1151kW
K 0＝1/（25/(2500×20) + 1/10000）＝1666.67W/m.℃
Δtm =(100-45)/ln(100/45)= 68.88 ℃
A 0=1151×10/(1666.67×68.88)= 10.02m
n ＝10.02/(π×0.025×3 )= 42.55 ≈43 [根]
αi '=(n/n')αi =(43/40)0.8 0.8322332232×2500 = 2650 W/m.℃
22Ko' ＝1/（1.25/2650 +1/10000）＝1750 W/m.℃
Ao' ＝π×0.025×3×40≈9.425 m
Q' ＝K'Ao' Δtm =1750×9.425×68.88= 1136kW 由于 Q' ＜ Q，故不能完成换热任务。
4、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为 520W/m℃, 蒸汽冷凝时的对流传热系数为1.16×10W/m℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m.℃, 忽略污垢层热阻和热损失。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）。
解：（1）Q ＝W C Cp C (t2 -t 1 )=15000/3600×4.187×(100-15) ＝1.483×10W
１／K o ＝（1／αo + b／λ×do ／dm + do ／(αi di )）
K o =1/(1/11600 + 0.002×25/(17×23) + 25/(520×21))=1/(2.503×10 )= 399.5W/(m.℃)
Δtm = (95-10)／ln(95/10)= 37.8℃
So=nπdo L=Q／（K o Δtm ）=1.483×10/(399.5×37.8)=98.2 m
l = So／(nπdo )= 98.2/(136×0.025π)= 9.20 m
（2）．管方改四程时：αi ' = 4αi= 1576 W/(m.℃)
Ko'=1/(1/11600+0.002×25/(17×23)+25/(21×1576))=1031 W/(m.℃) 同理： l' = 3.56 m
5、有一列管式换热器, 装有φ25×2.5mm 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20℃加热到85℃, 选用108℃ 饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热系数为1×10W/m.K, 管壁、两侧污垢热阻及热损失均忽略。空气在平均温度下的物性常数为Cp=1kJ/kg·K, λ=2.85×10W/（m ·K ），μ=1.98×10Pa ·S ， Pr=0.7。试求: A)空气在管内的对流传热系数; B)求换热器的总传热系数(以管-2 -54 220.822-3264222
子外表面为基准); C)通过计算说明该换器能否满足需要？
解：（1）Re =d·G/μ=0.02×8000/(3600×0.785×0.02×300)/(1.98×10) =2.3828×10>10
Pr=0.7 l/d=2/0.025=80
∴αi =0.023(λ/di )Re i Pr = 0.023×(2.85×10/0.02)×23828
40.80.4-20.8 2-544 ×0.7= 90.2W/m·℃ 0.4(2) 1/K0=1/α0+ do/(αi ·di )=1/10 + 25/(90.2×20)= 0.013958m·℃/W
∴ Ko=71.64W/m·℃
(3) Q1= m2Cp 2(t2-t 1)=(8000/3600)×10×(85-20)=144 KW
△ tm=[(108-20)-(108-85)]/ln[(108-20)/(108-85)]=48.4℃ 322
A o =n· π· do · l = 300×3.14×0.025×2 = 47.12m
Q 2= Ko A o △tm=71.64×47.12×48.4 = 163 kW ∴Q 2>Q1 满足要求
6、16℃的盐水以3840kg/h的流量通过套管换热器的内管被加热。内管为φ38×2.5mm 的钢管。每段长6米，105℃的过热水以4m /h的流量在环隙内流过，冷却至48℃，两流体作逆流流动。热水对管壁的对流传热系数为5000W/m℃，已知盐水物理性质(平均温度下) ρ=1200Kg/m, Ｃp =3.3kJ/kg ℃, μ=0.95mPa s，λ=0.56W/m ℃, 热水在平均温度下的Ｃp=4.18kJ/kg℃, ρ=1000 kg/m，管内外污垢热阻分别为R si = 1/3788m·℃/w, Rso = 1/3846m·℃/w。求盐水出口温度和所需钢管的段数。忽略热损失和管壁热阻。
解：由两流体的热衡算得: 4×1000×4.18×(105-48)=3840×3.3(t2-16)
解得 t2= 91.2℃
传热速率方程式为: Q=Ko.π.do.L.△tm
其中: △tm=[(48-16)-(105-91.2)]/ln[(48-16)/(105-91.2)]= 21.6℃
Q=3840/3600×3300×(91.2-16)= 264700 W
Ko=1/(1/αo+do/di/αi+Ro+Ri do/di) (忽略管壁热阻)
Re=di.G/μ=[0.033×3840/(3600×π/4×0.033)]/(0.95×10)=43340>10000
Pr=Cp.μ/λ＝3.3×10×0.95×10/0.56 = 5.6
αi =0.023(λ/di)Re0.8 3-32-3232233Pr =0.023×(0.56/0.033)×43340×5.6 ＝3983W/m.℃
20.40.80.42Ko=1/[1/5000+38/(33×3983)+1/3846+38/(33×3788)]=950W/m.℃
∴264700=950×π×0.038L×21.6 解得: L=108m 108/6=18段
8、有一套管换热器, 内管为φ54×2mm,外管为φ116×4mm的钢管, 内管中苯被加热, 苯 进口温度为50℃, 出口温度为80℃, 流量为4000Kg/h。环隙为133.3℃的饱和水蒸汽冷凝, 汽化热为2168.1kJ/kg, 冷凝对流传热系数为11630W/m.K 。苯的物性参数平均值为，ρ=880kg/m, Cp=1.86kJ/kg.K， μ=0.39mPa.S, λ=0.134W/m.K, 管内壁垢阻为0.000265K.m /W,管壁及管外侧垢阻不计。试求:
A) 加热蒸汽消耗量; B)所需的传热面积(以内管外表面计) 。
C) 当苯的流量增加50%,要求苯的进出口温度不变, 加热蒸汽的温度应为多少?
解：(1) Q=G1 γ=W2Cp 2(t2-t1)=4000×1.86(80-50)=223200kJ/h=62000W
G 1=223200/2168.1=103kg/h=0.029kg/s
(2) 1/Ko= do/di ·1/αi+Rsi·do/di +1/αo
u=4000/(3600×0.785×0.05×880)=0.643m/s
Re=(0.05×0.643×880)/(0.39×10)=7.25×10>10
Pr=1.86×10×0.39×10/0.134=5.41
αi=0.023(0.134/0.05)(7.25×10) (5.41) =936.3W/m.K
Ko=1/(1/936.3·do/di +0.000265·do/di +1/11630)=655.5W/m.K
△tm=(83.3+53.3)/2=68.3℃
A=Q/(K△tm)=(223200×10)/(655.5×68.3×3600)=1.38m
(3) W'=1.5W=1.5×4000=6000Kg/h
Q'=1.5Q=223200×1.5=334800kJ/h=93kw
αi'=(1.5)
αi=936.3×1.383=1295W/m.K
Ko'=1/(1/11630+0.000265·do/di +1/1295·do/di)=829.1W/m.K
△tm'=Q'/(AK')=(334800×10)/(829.1×1.38×3600)=81.3℃
△tm'=[(T-50)+(T-80)]/2=81.3℃
∴T=146.3℃
9、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 2=1200w/m·℃和K 2’＝1700 w/m·℃。水在管内为湍流，管壁的导热系数λ＝45 w/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？ 2223220.832240.80.423-3-3442223
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%?
解：1． 令管内水的传热系数在流速为0.4，0.8时分别为α1、α1’，并令冷凝传热系数为α2，总传热系数分别为K 2及K 2’
∴1/k2＝d 2/（α1d 1）＋bd 2/（λdm ）＋1/α2 …1
1/k2’＝d 2/（α1’d 1）＋bd 2/（λdm ）＋1/α2 …2
将(1)－(2)得：1/k2－1/k2’＝（1/α1－1/α2）×（d 2/d1） …3
在管内不同流速时传热系数之比：
（α1’/α1）=（0.8/0.4）＝2 ∴ α1’=1.74α1
1/k2－1/k2’＝（1/α1－1/1.74α1）×（d 2/d1）＝（0.74/（1.74α1））×（d 2/d1）
1/1200－1/1700＝（0.74/（1.74α1））×（25/20）
α1＝2169ｗ／ｍ·Ｋ
2. 由式1可求得：
-320.80.81/1200=25/（2169×20）＋0.0025×0.025/(45×(25＋20)/2×10) ＋1/α2
α2＝5120ｗ／ｍ·Ｋ
3. 主要原因为污垢沉积所致。由Ｑ＝ＫＡΔｔm 可知，当Ｋ降低10%时，则冷却水出口温度随之下降，故Δｔm 略有升高，故冷凝量下降低于10%。
10、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。(取水的ρ＝1000kg/m，Cp ＝4.18kJ/kg.℃ ) 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。
解：（1）求传热系数：
冷凝负荷(传热速率)Q=(34×1000/3600)×4.18×（40－20）=789.6kw
K 0＝Q/（A 0Δt m ） 其中A 0＝πd 0ln ＝π×0.025×1.3×60＝6.126m (实际)
Δt m =（50＋70）/2＝60℃
∴K 0＝789.6/（6.126×60）＝2.148kw/m·K
(1) 改为四程时：按水用量减半计：
0.822332W'/W×n/n'=(1/2×4)=2 ，此时水流速为原来的2倍，故α水从原来的α变为α’ α’/α＝2
∴ K0’=K0×2=2.148×2=3.74kw/m·K
若传热速率同前，则出口水温为t 2' ℃
因Q=789.6×10=34×1000/(2×3600) ×4.18×10×(t2'-20) 解得 t2'=60℃
Δｔm ’＝（（90－20）－（90－60））/ln（90－20）/(90-60)＝47.2℃
Q’＝K 0’×A 0×Δｔm ’=3.74×6.126×47.2＝1081.6kw
Q ’＞Q ，故改为四管程用水量可以减少到原来的50%以下。
或者计算A 0’=4.47 m(需要) 2330.80.82
1、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，而第二层的导热系数为第一层的二分之一。如将两层材料的位置调换，则每米管长的热损失将如何变化？（不计钢管热阻, 并设两层材料对换位置后, 外侧壁温相同, 均为t 3 ）
解：由多层圆筒导热关系,
ｑl =（t 1－t 3）/（ln （r 2/r1）/（2πλ1）＋ln （r 3/r2）/（2πλ2））
ｑl ’=（t 1－t 3）/（ln （r 2/r1）/（2πλ2）＋ln （r 3/r2）/（2πλ1））
按题意：r m2=2rm1和 λ2=（1/2）λ1 ……①
故由 rm2=（r 3－r 2）／ln （r 3／r 2）=2rm1
=2×（r 2－r 1）／ln （r 2／r 1）
而 r3－r 2=r2－r 1，故 ln（r 2／r 1）=2ln（r 3／r 2） ……②
由①、②代入下式： ql /ql ’=(ln(r2/r1)/ 2πλ1) ＋ln(r3/r2)/(2πλ2))/(ln(r2/r1)/(2πλ2) ＋ln(r3/r2)/(2πλ1))=4/5，
即对换后，热损失减少20%
2、一单壳程单管程列管换热器，由多根φ25mm×2.5mm 的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m/s，流量为15000kg/h，比热为1.76kJ/（kg·K），密度为858kg/m，温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/（m ·K）和10000 W/（m ·K）。钢的导热系数为45 W/（m·K）。垢层热阻忽略不计。求：（1）总传热系数；（2）管子根数及管长；（3）在冷流体温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要采取什么措施。
解：（1）Q=WCp △t=15×10×1.76×10×（50－20）/3600=2.20×10W
△tm =[(130－20)+(130－50) ]/2=95℃
以外表面为基准的传热系数：
K o =1/[1/10000＋(0.0025×0.025)/(45×0.0225) ＋0.025/(700×0.02)]=513w/（m ·K）
（2）V=W/ρ=15×10/(3600×858)=0.0049m/s
S 截=V/u=0.0049/0.5=9.8×10m
2-32 332335232S 截=πd n / 4 22n=4S截 /（πd ）=4×0.0098/（3.14×0.02）=31根
S o =Q/（K o ·△tm ）=220000/（513×95）=4.5m
S o =nπd o l l= So /（n πd o ）=4.5/（31×3.14×0.025）=1.85m 取2m
（3）因管程流速小，α也小，故应强化管程，可改为双管程。
3、某厂只能用120℃饱和水蒸汽， 通过φ25×2.5mm，长3m 的单管程列管式换热器，将列管内的17.2m /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αi ＝2500W/m.℃，壳侧蒸汽α0＝10000W/m.℃，溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？水溶液密度ρ=1050kg/m, 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）。
解：Q ＝W·Cp·Δt ＝17.2×1050/3600×4.17×10×(75-20) =1151kW
K 0＝1/（25/(2500×20) + 1/10000）＝1666.67W/m.℃
Δtm =(100-45)/ln(100/45)= 68.88 ℃
A 0=1151×10/(1666.67×68.88)= 10.02m
n ＝10.02/(π×0.025×3 )= 42.55 ≈43 [根]
αi '=(n/n')αi =(43/40)0.8 0.8322332232×2500 = 2650 W/m.℃
22Ko' ＝1/（1.25/2650 +1/10000）＝1750 W/m.℃
Ao' ＝π×0.025×3×40≈9.425 m
Q' ＝K'Ao' Δtm =1750×9.425×68.88= 1136kW 由于 Q' ＜ Q，故不能完成换热任务。
4、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为 520W/m℃, 蒸汽冷凝时的对流传热系数为1.16×10W/m℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m.℃, 忽略污垢层热阻和热损失。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）。
解：（1）Q ＝W C Cp C (t2 -t 1 )=15000/3600×4.187×(100-15) ＝1.483×10W
１／K o ＝（1／αo + b／λ×do ／dm + do ／(αi di )）
K o =1/(1/11600 + 0.002×25/(17×23) + 25/(520×21))=1/(2.503×10 )= 399.5W/(m.℃)
Δtm = (95-10)／ln(95/10)= 37.8℃
So=nπdo L=Q／（K o Δtm ）=1.483×10/(399.5×37.8)=98.2 m
l = So／(nπdo )= 98.2/(136×0.025π)= 9.20 m
（2）．管方改四程时：αi ' = 4αi= 1576 W/(m.℃)
Ko'=1/(1/11600+0.002×25/(17×23)+25/(21×1576))=1031 W/(m.℃) 同理： l' = 3.56 m
5、有一列管式换热器, 装有φ25×2.5mm 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20℃加热到85℃, 选用108℃ 饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热系数为1×10W/m.K, 管壁、两侧污垢热阻及热损失均忽略。空气在平均温度下的物性常数为Cp=1kJ/kg·K, λ=2.85×10W/（m ·K ），μ=1.98×10Pa ·S ， Pr=0.7。试求: A)空气在管内的对流传热系数; B)求换热器的总传热系数(以管-2 -54 220.822-3264222
子外表面为基准); C)通过计算说明该换器能否满足需要？
解：（1）Re =d·G/μ=0.02×8000/(3600×0.785×0.02×300)/(1.98×10) =2.3828×10>10
Pr=0.7 l/d=2/0.025=80
∴αi =0.023(λ/di )Re i Pr = 0.023×(2.85×10/0.02)×23828
40.80.4-20.8 2-544 ×0.7= 90.2W/m·℃ 0.4(2) 1/K0=1/α0+ do/(αi ·di )=1/10 + 25/(90.2×20)= 0.013958m·℃/W
∴ Ko=71.64W/m·℃
(3) Q1= m2Cp 2(t2-t 1)=(8000/3600)×10×(85-20)=144 KW
△ tm=[(108-20)-(108-85)]/ln[(108-20)/(108-85)]=48.4℃ 322
A o =n· π· do · l = 300×3.14×0.025×2 = 47.12m
Q 2= Ko A o △tm=71.64×47.12×48.4 = 163 kW ∴Q 2>Q1 满足要求
6、16℃的盐水以3840kg/h的流量通过套管换热器的内管被加热。内管为φ38×2.5mm 的钢管。每段长6米，105℃的过热水以4m /h的流量在环隙内流过，冷却至48℃，两流体作逆流流动。热水对管壁的对流传热系数为5000W/m℃，已知盐水物理性质(平均温度下) ρ=1200Kg/m, Ｃp =3.3kJ/kg ℃, μ=0.95mPa s，λ=0.56W/m ℃, 热水在平均温度下的Ｃp=4.18kJ/kg℃, ρ=1000 kg/m，管内外污垢热阻分别为R si = 1/3788m·℃/w, Rso = 1/3846m·℃/w。求盐水出口温度和所需钢管的段数。忽略热损失和管壁热阻。
解：由两流体的热衡算得: 4×1000×4.18×(105-48)=3840×3.3(t2-16)
解得 t2= 91.2℃
传热速率方程式为: Q=Ko.π.do.L.△tm
其中: △tm=[(48-16)-(105-91.2)]/ln[(48-16)/(105-91.2)]= 21.6℃
Q=3840/3600×3300×(91.2-16)= 264700 W
Ko=1/(1/αo+do/di/αi+Ro+Ri do/di) (忽略管壁热阻)
Re=di.G/μ=[0.033×3840/(3600×π/4×0.033)]/(0.95×10)=43340>10000
Pr=Cp.μ/λ＝3.3×10×0.95×10/0.56 = 5.6
αi =0.023(λ/di)Re0.8 3-32-3232233Pr =0.023×(0.56/0.033)×43340×5.6 ＝3983W/m.℃
20.40.80.42Ko=1/[1/5000+38/(33×3983)+1/3846+38/(33×3788)]=950W/m.℃
∴264700=950×π×0.038L×21.6 解得: L=108m 108/6=18段
8、有一套管换热器, 内管为φ54×2mm,外管为φ116×4mm的钢管, 内管中苯被加热, 苯 进口温度为50℃, 出口温度为80℃, 流量为4000Kg/h。环隙为133.3℃的饱和水蒸汽冷凝, 汽化热为2168.1kJ/kg, 冷凝对流传热系数为11630W/m.K 。苯的物性参数平均值为，ρ=880kg/m, Cp=1.86kJ/kg.K， μ=0.39mPa.S, λ=0.134W/m.K, 管内壁垢阻为0.000265K.m /W,管壁及管外侧垢阻不计。试求:
A) 加热蒸汽消耗量; B)所需的传热面积(以内管外表面计) 。
C) 当苯的流量增加50%,要求苯的进出口温度不变, 加热蒸汽的温度应为多少?
解：(1) Q=G1 γ=W2Cp 2(t2-t1)=4000×1.86(80-50)=223200kJ/h=62000W
G 1=223200/2168.1=103kg/h=0.029kg/s
(2) 1/Ko= do/di ·1/αi+Rsi·do/di +1/αo
u=4000/(3600×0.785×0.05×880)=0.643m/s
Re=(0.05×0.643×880)/(0.39×10)=7.25×10>10
Pr=1.86×10×0.39×10/0.134=5.41
αi=0.023(0.134/0.05)(7.25×10) (5.41) =936.3W/m.K
Ko=1/(1/936.3·do/di +0.000265·do/di +1/11630)=655.5W/m.K
△tm=(83.3+53.3)/2=68.3℃
A=Q/(K△tm)=(223200×10)/(655.5×68.3×3600)=1.38m
(3) W'=1.5W=1.5×4000=6000Kg/h
Q'=1.5Q=223200×1.5=334800kJ/h=93kw
αi'=(1.5)
αi=936.3×1.383=1295W/m.K
Ko'=1/(1/11630+0.000265·do/di +1/1295·do/di)=829.1W/m.K
△tm'=Q'/(AK')=(334800×10)/(829.1×1.38×3600)=81.3℃
△tm'=[(T-50)+(T-80)]/2=81.3℃
∴T=146.3℃
9、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 2=1200w/m·℃和K 2’＝1700 w/m·℃。水在管内为湍流，管壁的导热系数λ＝45 w/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？ 2223220.832240.80.423-3-3442223
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%?
解：1． 令管内水的传热系数在流速为0.4，0.8时分别为α1、α1’，并令冷凝传热系数为α2，总传热系数分别为K 2及K 2’
∴1/k2＝d 2/（α1d 1）＋bd 2/（λdm ）＋1/α2 …1
1/k2’＝d 2/（α1’d 1）＋bd 2/（λdm ）＋1/α2 …2
将(1)－(2)得：1/k2－1/k2’＝（1/α1－1/α2）×（d 2/d1） …3
在管内不同流速时传热系数之比：
（α1’/α1）=（0.8/0.4）＝2 ∴ α1’=1.74α1
1/k2－1/k2’＝（1/α1－1/1.74α1）×（d 2/d1）＝（0.74/（1.74α1））×（d 2/d1）
1/1200－1/1700＝（0.74/（1.74α1））×（25/20）
α1＝2169ｗ／ｍ·Ｋ
2. 由式1可求得：
-320.80.81/1200=25/（2169×20）＋0.0025×0.025/(45×(25＋20)/2×10) ＋1/α2
α2＝5120ｗ／ｍ·Ｋ
3. 主要原因为污垢沉积所致。由Ｑ＝ＫＡΔｔm 可知，当Ｋ降低10%时，则冷却水出口温度随之下降，故Δｔm 略有升高，故冷凝量下降低于10%。
10、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。(取水的ρ＝1000kg/m，Cp ＝4.18kJ/kg.℃ ) 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。
解：（1）求传热系数：
冷凝负荷(传热速率)Q=(34×1000/3600)×4.18×（40－20）=789.6kw
K 0＝Q/（A 0Δt m ） 其中A 0＝πd 0ln ＝π×0.025×1.3×60＝6.126m (实际)
Δt m =（50＋70）/2＝60℃
∴K 0＝789.6/（6.126×60）＝2.148kw/m·K
(1) 改为四程时：按水用量减半计：
0.822332W'/W×n/n'=(1/2×4)=2 ，此时水流速为原来的2倍，故α水从原来的α变为α’ α’/α＝2
∴ K0’=K0×2=2.148×2=3.74kw/m·K
若传热速率同前，则出口水温为t 2' ℃
因Q=789.6×10=34×1000/(2×3600) ×4.18×10×(t2'-20) 解得 t2'=60℃
Δｔm ’＝（（90－20）－（90－60））/ln（90－20）/(90-60)＝47.2℃
Q’＝K 0’×A 0×Δｔm ’=3.74×6.126×47.2＝1081.6kw
Q ’＞Q ，故改为四管程用水量可以减少到原来的50%以下。
或者计算A 0’=4.47 m(需要) 2330.80.82