17. 现测定套管换热器的总传热系数。数据如下：甲苯在内管中流动，流量为5000kg·h-1，进口温度为80℃，出口温度为50℃；水在环隙中流动，进、出口温度分别为15℃和30℃。逆流流动，冷却面积为2.5m2。问所测得的总传热系数为若干？

18. 用不同的水流速度对某列管式冷凝器作了两次试验，第一次冷凝器是新的，第二次冷凝器已使用过一段时期之后。试验结果如表所示： 试验次数 流速（m·s-1） 传热系数K W·(m2·K) -1第一次 1.0 1200 2.0 1860 第二次 1.0 1100 上表中传热系数均以外表面为基准。管子尺寸?28?2.5mm，导热系数为45W·m-1·K-1。水在管内流动是高度湍流的，饱和蒸汽在管外冷凝，两次实验条件相同。试求：

(1) 第一次实验中，管外给热系数?2, 以及当水流速为2m·s-1时管内给热系数?1；

/

(2) 试分析在相同的水流速下，两次实验的传热系数值不同的原因，并得出定量计算的结果。

19. 热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为?25×2.5mm钢管，导热系数为45W·m-1·K-1。冷水在管内湍流流动，给热系数?1= 2000W·m-2·K-1。热气在环隙中湍流流动，?2 = 50W·m-2·K-1。不计垢层热阻。试求：

(1) 管壁热阻占总热阻的百分数。

(2) 内管中冷水流速提高一倍，总传热系数有何变化？ (3) 环隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？

20. 用热电偶温度计测量管道中的气体温度。温度计读数为300℃，黑度为0.3，气体与热电偶间的给热系数为60 W·m-2·K-1，管壁温度为230℃。求气体的真实温度。

若要减少测温误差，用采取哪些措施？

21. 功率为1kW的封闭式电炉，表面积为0.05m2，表面黑度为0.90，电炉置于温度为20℃的室内，炉壁与室内空气的自然对流给热系数为10 W·m-2·K-1。求炉外壁温度。

22. 两平行的大平板，在空气中相距10mm，一平板的黑度为0.1、温度为400K，另一平板的黑度为0.05、温度为300K。若将第一板加涂层，使其黑度为0.025，试计算由此引起的传热通量改变的百分率。假设两板间对流传热可以忽略。

23. 某一套管换热器的内管为?165?4.5mm的钢管，内管中热水被冷却，热水流量为3000kg·h-1，进、出口温度分别为90℃、60℃， 环隙中冷却水进出口温度分别为20℃和45℃，总传热系数K为1600 W·m-2·K-1。试求：

（1）冷却水用量；

（2）并流流动时所需管子长度； （3）逆流流动时所需管子长度。

24. 有一列管式预热器，202.6kPa（表）的饱和水蒸汽在管间冷凝，用以预热水。水在?25?2.5mm钢管内以0.6m·s-1的流速流过，其进、出口温度为20℃、80℃。取水蒸汽给热系数 ?2=1000W·m-2·K-1，水侧污垢热阻为0.6?10-3m2·K· W-1（忽略管壁热阻）。试求：

(1). 总传热系数；

(2). 操作一年后，由于水垢积累，换热能力下降。如水量不变，进口温度仍为20℃，而出口水温仅能升至27℃。试求此时的总传热系数及污垢热阻。

25. 有一单程列管换热器，其规格如下，管径为?25?2.5mm，管长3m，管数为37根。今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2饱和蒸汽，自饱和温度46℃冷却到10℃。CS2在管外冷凝，流量为300kg·h-1， 冷凝潜热为351.7KJ·kg-1。冷却水在管内流动， 进口温度为5℃，出口为32℃。逆流流动。已知CS2的冷凝和冷却的总传热系数分别为K1=291W·m-2·K-1和

K2=174W·m-2·K-1。试问此换热管是否适用？（传热面积A及总传热系数K1、K2均以外表面计）。

26. 有一套管式换热器，内管为?57?3.5mm，外管为?108?4mm，流量为50kg·h-1的空气在管内流过；从20℃加热到80℃。有效管长为3m。套管中饱和水蒸汽冷凝，对流传热系数为1000W·m-2·K-1，壁阻及垢阻均可不计，试求饱和蒸汽温度。

27. 有一列管式换热器，管束采用?25?2.5mm，长2m的钢管。欲将流量为576kg·h-1的某原料气从27℃加热到77℃,原料气在管内的流速为20m·s-1。现管外用压力为196.1kPa、对流传热系数为8600 W·m-2·K-1的饱和蒸汽加热，管外侧污垢热阻为0.00017m2·K·W-1，管壁热阻及管内侧垢阻均可不计。试计算所需传热面积及管数。原料气在定性温度下的物性数据如下：

? = 0.688kg·m3

Cp,c = 1.03kJ·kg-1·K-1

? = 2.4?10-5Pa·s

? = 0.03W·m-1·K-1

28. 某列管换热器用110℃饱和蒸汽加热甲苯，可使甲苯由30℃加热至100℃。今甲苯流量增加50％。试求：

(1) 甲苯出口温度；

(2) 在不变动设备条件下，采用何种措施以使甲苯出口温度仍维持100℃？作定量计算。 29.有一套管换器，内管为?19?2mm，管长为2m，管隙的油与管内的水流向相反。油的流量为270kg·h-1，进口温度为100℃,水的流量为360kg·h-1,进口温度为10℃。若忽略热损失,以管外表面积为基准的传热系数K = 374 W·m-2·K-1,油的比热Cp,h = 1.88kJ·kg-1·K-1，试求油和水的出口温度分别为多少？

30. 欲用循环水将流量为60m3·h-1的粗苯液体从80℃冷却到35℃。 循环水的初温为 30℃。试设计选择适宜的列管式换热器。

附：苯的污垢热阻为0.172 m2·K·kW-1。 水的污垢热阻为0.343 m2·K·kW-1。

思 考 题

1. 传热有哪几种方式？各有什么特点？每种传热方式在什么情况下起主导作用？ 2. 试说明对流传热过程的机理，并指出在此过程中传热的热阻主要集中在哪里？ 3. 在传热计算中常用以下几个公式，式中三个△t有什么区别？ （1）Q = q Cp△t （2）Q = KA△t （3）Q = ?A△t

4. 传热系数、对流传热系数和导热系数的物理意义是什么？它们之间有什么不同？它们的单位是什么？

5. 以饱和水蒸汽加热空气，空气由t1加热到t2，若把空气流量增加一倍，问空气出口温度t2将会上升还是下降？

6. 为什么有相变时的对流传热系数大于无相变时的对流传热系数？

7. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（GrPr）= 109。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少？

8. 强化传热过程的途径有哪些？

9. 冷、热流体在套管换热器中进行无相变的逆流传热，管内外两侧?的数量级相近，问在如下新条件下，Q、t2、T2将如何变化？（1）T1增加（2）W1增加。

10. 某逆流换热器的四个端点温度已知，试定性作两种流体沿传热面的温度分布线。

思考题 10 附图

11. 已知t1、T1，如图所示，且（qn,h1Cp,h）>（qn,cCp,c）试定性作两种流体沿传热面的温度分布线。

思考题 11 附图

12. 一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃，若现欲增加50%的油处理量，有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油出口温度不低于80℃，这个方案是否可行？

13. 在换热器设计计算时，为什么要限制?大于0.8 ?

14. 每小时有一定量的气体在套管换热器从T1冷却到T2，冷却水进、出口温度分别为t1

和t2。两流体呈逆流流动，并均为湍流。若换热器尺寸已知，气体向管壁的对流传热系数比管壁向水的对流传热系数小得多，污垢热阻和管壁热阻均可以忽略不计。试讨论以下各项：

（1）若气体的生产能力加大10％，如仍用原换热器，但要求维持原有的冷却程度和冷水进口温度不变，试问应采取什么措施？并说明理由。

（2）若因气候变化，冷水进口温度下降至t'1，现仍用原换热器并维持原有的冷却程度，则应采取什么措施。

（3）在原换热器中，若将两流体改为并流流动，如要求维持原有冷却程度和加热程度，是否可能？为什么？如不可能。试说明应采取什么措施？（设T2>t2）。

第三章 吸 收

例1. 用清水吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含NH3 6％（体积％，下同），吸收后气体出口中含NH3 0.4%，溶液出口浓度为0.012kmol NH3/kmol H2O。系统的平衡关系YA* = 2.52XA，气液逆流流动，试求塔顶、塔底气相推动力各为多少？

解：（1）塔底 ：

YA,1?

yA,11?yA,1?0.06?0.06381?0.06

X A,1= 0.012

Y A,1* = 2.52 X A,1 = 2.52?0.012 = 0.0302 △Y A,1= Y A,1-Y A,1* = 0.0638 - 0.0302 = 0.0336

附：∵Y A,1 > Y A,1*，∴发生吸收过程。 （2）塔顶:

YA,2?

yA,21?yA,2?0.004?4.188?10?31?0.004

Y A,2* = 2.52X A,2 = 0

△Y A,2 = Y A,2-Y A,2* = 4.88×10-3

例2. 已知在0.1MPa（绝压）、温度为30℃时用清水吸收空气中的SO2，其平衡关系为yA*= 26.7xA。如果在吸收塔内某截面测得气相中SO2的分压4133Pa， 液相中SO2浓度为CA = 0.05kmol·m-3，气相传质分系数为kg = 4.11×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1，液相传质分系数kL=1.08×10-4m·s-1，且溶液的密度等于水的密度。试求在塔内该截面上：（1）气－液相界面上的浓度CA,i和pA,i; （2）KG和KL及相应的推动力；（3）本题计算方法的基础是什么？

解：（1）求pA,i和CA,i

查 30℃, ?= 995.7kg·m-3

水

E = mP = 26.7 ? 101325 = 2.71 ? 106Pa

H?

?HO2

MH2OE?995.7?5?3?1?2.04?10kmol?m?Pa18?2.71?106

对定常吸收过程，

kg(pA - p A,i) = kL(C A,i- CA) 以 C A,i = p A,i H 代入解得： pA,i = 3546.38Pa

CA,i = pA,iH = 3546.38 ? 2.04 × 10-5 = 0.0724kmol·m-3 （2）求KG、KL及相应的推动力。

= + = +

KG = 1.43×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1

p*A?CA0.05??2450.98PaH2.04?10?5

*.98?1682.02Pa pA?pA?4133?2450

*?5?3 CA?pAH?4133?2.04?10?0.084kmol?m

CA* - CA = 0.084 -0.05 = 0.034kmol·m-3

（3）本题计算方法的基础是双膜理论。

例3. 在填料层高为6m的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmol·(m2·h)-1,其初始苯体积含量为2％，入口洗油中不含苯，流量为40kmol·(m2·h)-1。操作条件下相平衡关系为YA*=0.13XA，气相体积传质系数KYa近似与液量无关，为0.05kmol·(m3·s)-1。若希望苯的吸收率不低于95％，问能否满足要求？

解: 要核算一个填料塔能否完成吸收任务，只要求出完成该任务所需的填料层高H，与

需

现有的填料层高度h比较，若H< H，则该塔能满足要求。

需

解：

YA,1?0.02?0.02041?0.02

YA,2 = 0.0204 ? (1 - 0.95) = 1.02 ? 10-3 qn,B/S = 200 ? (1-0.2) =196kmol·(m2·h)-1