冷、热两种流体通过两台单程列管换热器进行换热，热流体走管程，冷流体走壳程， 画一个管程并联，壳程串联，均为逆流操作的流程图。 在套管换热器中，用冷水冷凝苯蒸汽。冷水在管内作湍流流动。欲通过实验方法测定 苯蒸汽在管外冷凝时的传热系数及水在管内的对流传热系数，设苯的凝液在蒸汽的饱和温 度下排出.试问: A)需要哪些测定仪器？ B)需要测定哪些数据？ C)写出求得α苯、α水 的步骤，并注明计算式中各符号的意义及单位。α苯 为苯 蒸汽冷凝传热膜系数，α水(管壁向水的对流传热系数) ①一厚度相等的双层平壁，其导热系数λ>λ 试定性画出其温度分布图，为什么? (稳定传热) ②如图所示，套管式换热器的冷、热流体进、出口温度，试画出冷、热流体温度沿换热面 积变化关系曲线。 为测定某材料的导热系数，把此材料做成一定厚度的圆形平板，夹在某测定仪器热、 冷两面之间进行试验。假定通过平板传热量Ｑ一定，并已知仪器热、冷面平均温度分别为 t和t。计算材料导热系数时误认为仪器热、冷面与平板之间接触良好没有间隙, 此时所计算的平板导热系数为λ。若实际上仪器热、冷面与平板间因接触不好, 分别出 现b'的空隙, 则实际导热系数λ比λ (A)大, (B)小, (C)相等, (D)不一定。为什么?
某列管换热器，管间通饱和水蒸汽，可将一定流量作湍流流动的空气加热至指定温 度，若须进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、管数、流态及其 它条件均不变），你认为此措施是 （Ａ）不可行的； （Ｂ）可行的； （Ｃ）可能行，也可能不行。 在一列管换热器内，用１１０℃的饱和水蒸汽加热管内湍流流动的空气，使其从３０ ℃升至４５℃，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。 水在Ｐ＝3.3 ＭＰａ下沸腾，通过单位壁面的传热速率为ｑ＝1.75×10ｗ／ｍ， 求以下两种情况的壁面温度。 １．壁面很清净，沸腾传热系数为３×１０ｗ／ｍ℃ ２．壁面复盖一层氧化膜，热阻为７．７５×１０℃·ｍ／ｗ，由于该氧化 膜表面粗糙，使沸腾传热系数增大为清净面的２．５倍。 在Ｐ＝３．３ＭＰａ下，水的沸点为２３９．２℃。 φ１２０×５ｍｍ的蒸汽管外拟包一层保温材料，其导热系数为０．０７ｗ／ｍｋ。 设蒸汽管的内壁温度为１１０℃，管壁导热系数为４５ｗ／ｍｋ。要求保温层外壁温度 不超过２０℃，每米蒸汽管的热损失控制在６０ｗ以下，试计算保温层的最小厚度。 流量为２０００ｋｇ／ｈ的某气体在列管式换热器的管程通过，温度由１５０℃降 至８０℃；壳程冷却用软水，进口温度为１５℃，出口温度为６５℃，与气体作逆流流 动。两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热系数远小于冷却水侧的对流传热系数。 试求： １．冷却水用量； ２．如进口水温上升为２０℃，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。 在并流换热器中，用水冷却油。换热管长１．５ｍ。水的进出口温度为１５℃和４０ ℃；油的进出口温度为１２０℃和９０℃。如油和水的流量及进口温度不变，需要将油 的出口温度降至７０℃，则换热器的换热管应增长为多少米才可达到要求？ （不计热损失及温度变化对物性的影响） 某厂精馏塔顶，采用列管式冷凝器，共有φ２５×２．５〔ｍｍ〕的管子６０根, 管 长为２〔ｍ〕，蒸汽走管间，冷却水走管内，水的流速为１〔ｍ／ｓ〕。进、出口温度分 别为２０〔℃〕和６０〔℃〕，在定性温度下水的物性数据为： ρ＝９９２．２〔Ｋｇ／ｍ〕 λ＝０．６３３８〔ｗ／ｍ℃〕 μ＝０．０００６５６〔Ｐａ·ｓ〕 Ｐｒ＝４．３１ １．求管内水的对流传热系数 ２．如使总管数减为５０根，水量和水的物性视为不变，此时管内水的对流传热系 数又为多大？ 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。 有一单程列管式冷凝器，安有φ２５×２．５，长２ｍ的钢管６０根。水蒸汽在管 间冷凝，冷凝温度为１００℃。冷却水走管内，流量为５０ｍ／ｈ，其进、出温度分 别为２０℃和４０℃，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：Ｃ＝４．１８７ｋＪ／ｋｇ℃，ρ＝９９６ｋｇ／ｍ 粘度μ＝１ｃｐ。 某套管换热器内管为φ３０×３ｍｍ铜管，外管为φ４８×３钢管，长２ｍ，管间通 １１０℃饱和水蒸汽加热管内空气，使空气温度由２０℃加热至８０℃，已知空气流量为 ５０ｋｇ／ｈ，周围环境温度为２０℃，试求： （１）空气侧对流传热系数； （２）套管裸露时的蒸汽用量（ｋｇ／ｈ）。 空气比热可取ｃ＝１．００５ｋＪ／ｋｇ·ｋ 换热器外侧壳壁对周围空气的对流传热系数: α=9.4+0.052(t+t), W/m.℃ 式中:t --换热器外壳温,℃ t --周围空气的温度,℃ 饱和蒸汽汽化热可取ｒ＝２２３２．４ｋＪ／ｋｇ 有一套管换热器由φ５７×３．５mm与φ８９×４．５mm钢管组成，５０００kg/h 的甲醇在内管中流动，其温度由６０℃冷却至３０℃，甲醇对内管壁的对流传热系数为 α＝１５００ｗ／ｍｋ，冷却水在环隙内流动，其进、出口温度分别为20℃和35℃, 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：ｃ＝２．６ｋＪ／ｋｇ·ｋ， 冷却水物性数据为：ｃ＝４．１８ｋＪ／ｋｇ·ｋ，ρ＝996.3ｋｇ／ｍ， λ＝０．６０３ｗ／ｍ·ｋ，μ＝0.845×10Pa.S 钢导热系数：λ＝４５ｗ／ｍ·ｋ 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管内流过， 温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，问套管加 热器须加长几米，气体出口温度可达到原指定温度？假定空气在管内流动处于湍流状态。 冷、热水在传热面积为２ｍ的换热器中进行热交换，进口热水温度为８５℃，流 量为２０００ｋｇ／ｈ，冷水在２５℃下进入，流量为１５００ｋｇ／ｈ。两者按逆流 流动。 已知传热系数Ｋ＝１４００ｗ／ｍ·℃。不计热损失。求传热量及冷、热水的出 口温度。（冷热水物性数据可视为相同，取平均比热为４．１８７ｋＪ／（ｋｇ·ｋ）。 有机液体在一根长度为１００ｍ的保温管道中作湍流流动，测得其进口温度Ｔ＝ １００℃，出口温度Ｔ＝６０℃，周围空气的温度为３０℃。假定传热系数Ｋ及该有 机液体的比热为一定值，试求： （１）该有机液体沿管长的温度分布； （２）列式说明当该有机液体的流量增大一倍时，出口温度Ｔ的变化情况。 某厂精馏塔顶冷凝器中有φ２５×２．５mm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２０℃和４０℃，管外为蒸汽冷凝，试求： （１）管壁对冷却水的对流传热系数α； （２）该厂仓库有一台与上述传热面积相同，管径相同，但管数为６０根的换热 器拟作备品。若要求维持原有的加热任务,加热蒸汽温度也不变, 问该换热器是否合用？ 水物性数据可取为： ｃ＝４．１７４ｋＪ／ｋｇ·ｋ，ρ＝９９５．７ｋｇ／ｍ， λ＝０．６１７ｗ／ｍ·ｋ，μ＝０．８ｃｐ 有一台套管换热器，内管为 φ38×2.5mm钢管，外管为 φ５７×３mm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６５℃冷却到３５ ℃，水温从２５℃升到３５℃，现已知苯侧对流传热系数为２０３０ｗ／ｍ·ｋ，水 侧对流传热系数为６６１０ｗ／ｍ·ｋ，苯侧垢层热阻为０．１８ｍ·ｋ／ｋｗ， 苯液比热ｃ＝１．８０ｋＪ／ｋｇ·ｋ，钢导热系数λ＝４５ｗ／ｍ·ｋ。试计算 （１）该换热器传热系数Ｋ （２）水侧垢层热阻Ｒ。 采用传热面积为４．４８ｍ单程管壳式换热器，进行溶剂和某水溶液间的换热。流 量为3600Kg/h, 比热为1.88KJ/Kg.℃的苯, ８０℃冷却至３０℃，水溶液由20℃被加热到 30℃。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,水熔液进口温度降到10℃, 但由于工艺的需要,出 口温度不能低于30℃。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30℃? 两种情况下两流体的物性常数可视为不变。 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） 在换热器中，热水流量为２０００ｋｇ／ｈ，冷水流量为３０００ｋｇ／ｈ，热水 进口温度Ｔ＝８５℃，冷水进口温度ｔ＝１５℃，如要求将冷水加热到ｔ＝３５
℃，求采用并流和逆流时的平均温度差，冷、热水的平均比热可认为相等。 某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m, 炉墙导热系数λ＝１．０３８ｗ／ｍ·ｋ。其 外用导热系数为 0.7W/m.℃的绝热材料保温。炉内壁温度为９８０℃，绝热层外壁温度为 38℃, 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。 高温气体在废热锅炉中φ38×3mm的钢质列管内流过,进口温度580℃,出口温度470℃, 管外沸腾水温为２２５℃。已知气体一侧的对流传热系数为３００ｗ／ｍ·ｋ，水侧的 对流传热系数为１００００ｗ／ｍｋ。不计污垢热阻，试求总温度差、跨过各个膜层的 温度差以及内、外壁面的平均温度各为多少？（钢的λ＝４５ｗ／ｍ℃） 接触法硫酸生产中用氧化后的高温ＳＯ混合气予热原料气（ＳＯ及空气混合 物），已知：列管换热器的传热面积为９０ｍ，原料气入口温度ｔ＝３００℃，出 口温度 t=430 ℃。SO混合气入口温度T=560 ℃，两种流体的流量均为10000kg/h, 热损失为原料气所得热量的６％，设两种气体的比热均可取为１．０５kJ/kg, 且两流体 可近似作为逆流处理，求： １．ＳＯ混合气的出口温度Ｔ； ２．传热系数Ｋ〔ｗ／ｍ·℃〕。 在内管为φ１８０×１０ｍｍ的套管换热器中，将流量为３５００ｋｇ／ｈ的某液态 烃从１００℃冷却到６０℃，其平均比热ｃ＝２．３８ｋＪ／ｋｇ℃，环隙走冷却水, 其进出口温度分别为４０℃和５０℃，平均比热ｃ＝４．１７４ｋＪ／ｋｇ℃基于传热 外面积的总传热系数K=2000ｗ/ｍ℃, 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。 在一套管换热器中，用水蒸汽加热空气，已知空气侧的对流传热系数为 40w/m℃, 蒸汽冷凝侧的对流传热系数为５０００ｗ／ｍ℃，现欲提高此传热过程的总传热系数, 应从何着手解决？试用具体数据说明理由。（注：管壁热阻及污垢热阻可忽略） 一列管式换热器，用饱和水蒸汽加热某易结垢的悬浮液，此换热器在流程安排上应 使悬浮液走管程还是壳程？若在测试中发现此换热器在拆修清洗前、后蒸汽冷凝量之比 为１：２，则清洗前垢层热阻与总热阻的比例为多少？ 外径５０ ｍｍ的不锈钢管，外包６ｍｍ厚的玻璃纤维保温层，其外再包２０ｍｍ厚 的石棉保温层，管外壁温度为３００℃，保温层外壁温度为３５℃，已知玻璃纤维和石棉 的导热系数分别为０．０７ｗ／ｍ·ｋ和０．３ｗ／ｍ·ｋ，试求： （１）每米管长热损失； （２）玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。 在逆流换热器中，将油从２５℃加热到５０℃，热水的进口温度为８０℃，出口温 度为３５℃，求该换热器的效率。 某列管换热器，用１００℃水蒸汽将物料由２０℃加热至８０℃，传热系数Ｋ＝１００ ｗ／ｍ·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 ７０℃，现欲使物料出口温度仍维持８０℃，问加热蒸汽温度应取何值？ 拟在单程逆流列管换热器中用３５℃的冷水将流量为１ｋｇ／ｓ、温度为１５０℃ 的热油冷却至６５℃，油走管内，软水走壳程，水的出口温度为７５℃，已知油与水均 处在湍流，并知此条件下对流传热系数分别为水：2000w/m℃，油1000w/m℃, 油的平
均比热为４ｋＪ／ｋｇ℃，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，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ε为０．８６，该换热器能否用？ 在套管换热器中用饱和水蒸汽加热苯液，苯在φ５４×２ｍｍ的钢管内流动。１９６ ｋＰａ的饱和水蒸汽在环隙冷凝。已测出苯的进口温度为３０℃，出口温度为６０℃， 流量为４０００ｋｇ／ｈ，苯和水蒸汽的对流传热系数分别为５００ｗ／ｍｋ和１０ ｗ／ｍｋ，管内壁的污垢热阻为０．０００４ｍｋ／ｗ，忽略热损失、管壁及管外污 垢的热阻，试求： １．饱和水蒸汽的消耗量； ２．套管的长度； ３．内管壁外侧的平均温度； ４．现由于某种原因，蒸汽压力减至１３７ｋＰａ，假定苯的流量、进口温度、物性 和蒸汽的对流传热系数不变。求苯液的出口温度。 注：（１）操作条件下苯的比热为１．９ｋＪ／ｋｇ·ｋ （２）１９６ｋＰａ时的蒸汽温度为１２０℃，汽化潜热为２２０４ｋＪ／ｋｇ １３７ｋＰａ时的蒸汽温度为１０９℃。 有一换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为２５℃和７０℃，热液体进出 口温度分别为１５０℃和１００℃。若在两种流体流量和进口温度均不变的条件下，将 并流操作改为逆流操作，试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化？（定量 说明） 计算时可视ｃ和Ｋ为常量。 逆流操作时：ε＝（１－ｅ（－Ｒ））／ （Ｒ－ｅ（１－Ｒ）） ε＝（１－ｅ（１－Ｒ））／ （Ｒ－ｅ（１－Ｒ）） 某列管换热器用１０９．２℃的饱和水蒸汽加热管内空气，使它由２０℃升至８０ ℃，现空气流量须增加一倍，问在传热面积和空气进、出口温度不变情况下，加热蒸汽 温度应改变为多少？ 有一φ５０×４．５ｍｍ的钢管，管内通２２５℃饱和水蒸汽，为了减少热损失， 管外包一层厚度为５０ｍｍ，导热系数为０．１ｗ／ｍ·ｋ的石棉泥，置于温度为２５ ℃的环境中，已知管内蒸汽冷凝对流传热系数为１０ｗ／ｍ·ｋ，保温层外壁对周围 空气对流传热系数为１０ｗ／ｍ·ｋ，钢管导热系数为４０ｗ／ｍ·ｋ，２２５℃饱 和水蒸汽的汽化热为１８８０．３ｋＪ／ｋｇ，试求： （１）估计钢管壁温，计算保温层外壁温度； （２）计算每米管长每小时蒸汽冷凝量ｋｇ／ｍ·ｈ。 某炉墙由厚２５０ｍｍ的耐火砖构成，其导热系数λ＝０．８４（１＋０．６９５ ×１０ｔ）ｗ／ｍ℃。 设炉内气体温度为１２００℃，室温为２５℃。热气体对炉墙的对流传热系数α ＝３０ｗ／ｍ·℃，炉墙对周围大气的对流传热系数α＝１０ｗ／ｍ·℃。 求每平方米壁面的散热量和壁面温度。 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？ 求电热器中电热丝的表面温度。已知