管外水侧热阻 Rs1=0.21?10-3 (m2?K/W) (1)总传热系数（以外表面积计）
d11bd11d1??Rs1??Rs21?K1?1?dmd2?2d2?10.00250.0250.02510.025?0.21?10?3???0.53?10?3??? 3000450.02250.02400.02?3.25?10?2m2?K/WK1?30.7W/(m2?K)（2）管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，即??2=80W/(m2?K)
d11bd11d1??Rs1??Rs21?K1?1?dmd2??2d2 ?10.00250.0250.02510.025?0.21?10?3???0.53?10?3??? 3000450.02250.02800.02?1.69?10?2(m2?K)/WK1?59.2W/(m2?K)??K159.2?30.7K1??100%?92.8% ?K130.7总传热系数增加92.8%
（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，??1=6000W/(m2?K)
d11bd11d1??Rs1??Rs21??K1?1?dmd2?2d2?10.00250.0250.02510.025?0.21?10?3???0.53?10?3??? 6000450.02250.02400.02?3.23?10?2(m2?K)/WK1?30.9W/(m2?K)总传热系数增加0.7%
22、在一内管为?25?2.5mm的套管式换热器中，用水冷却苯，冷却水在管程流动，入口温度为290K，对流传热系数为850W/(m2?℃)。壳程中流量为1.25kg/s的苯与冷却水逆流换热，苯的进、出口温度为350K、300K，苯的对流传热系数为1700W/(m2?℃)。已知管壁的导热系数为45W/(m?℃)，苯的比热为cp=1.9kJ/(kg?℃)，密度为ρ=880kg/m3。忽略污垢热阻。
试求：在水温不超过320K的最少冷却水用量下，所需总管长为多少？（以外表面积计） 解：冷却水的平均温度tm?290?320?305K， 2查得305K时水的比热容为cp?4.174kJ/(kg?oC)
热负荷 Q?ms1?cp1?(T1?T2)?1.25?1.9?103?(350?300)?118.8kW
45
冷却水用量：ms2平均温度差为
?tm逆?Q118.8?103???0.949kg/s cp2(t2?t1)4.174?103?(320?290)?t1??t230?10??18.2oC ?t30ln()ln(1)10?t2350
320 30 300 290 10
基于外表面积的总传热系数K1
11bd11d110.00250.02510.025?????????2.12?10?3(m2?K)/WK1?1?dm?2d21700450.02258500.02K1?471.6W/(m2?K)Q118.8?103总传热面积：A???13.84m2K?tm471.6?18.2总管长：l?A13.84??176.3m?d3.14?0.025
23、一套管式换热器，用饱和水蒸气加热管内湍流的空气，此时的总传热系数近似等于空气的对流传热系数。若要求空气量增加一倍，而空气的进出口温度仍然不变，问该换热器的长度应增加多少？ 解：总传热量：Q?KA?tm?K?tm??dl 空气量增加一倍后：Q??2Q
??20.8??2?1.74?2?1.74K 此时总传热系数K???2???tm ∴空气的进出口温度不变，∵?tmQ?l?2?K???1.149 Ql1.74K则管长要增加15%。
24、有一单管程列管式换热器，该换热器管径为? 25×2.5mm，子数37根，管长3米。今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2和蒸汽，自饱和温度46℃冷却到10℃。CS2在壳程冷凝，其量为300kg/h，冷凝潜热为351.6kJ/kg。冷却水在管程流动，口温度为5℃，出口温度为32℃，逆流流动。已知CS2在冷
2?K)及和冷却时的传热系数分别为K1=291W/(m管饱流进凝
46
2K2=174W/(m?K)。问此换热器是否适用？（传热面积A及传热系数均以外表面积计）
解：已知列管尺寸?25?2.5mm；l?3m；n?37 题中所给的两个K值均以外表面积为基准。 现有传热面积：
A实???d1?l?n?3.14?0.025?3?37?8.71m总传热量Q?Q1?Q2
2
(式中Q1为冷凝段热负荷，Q2为冷却段热负荷) 已知r?351.6kJ/kg 查得
46?10?28℃时 2CS2的比热cp1?0.963kJ/(kg?K)
Q?ms1r?ms1cp1?46?10??29.3?289.?3219.kW其中Q1?29.3kW；Q2为求A1、A2就应求出两段交界处冷却水温度t?
?2.89kW
ms2cp2?32?5??Q
?ms2?Q32.19??0.285kg/s
cp2?32?5?4.187?27t/℃ 46 32
Q1,A1
Q2,A2
对于冷凝段
Q1?ms2cp2?32?t?
?t?32?Q129.3?32??7.45℃
ms2cp24.187?0.285t
46
7.45 38.55 10 5 5
K1
K2
A
10 5
则
?tm1?38.55?14?24.24℃ 38.55ln1438.55?5?16.43℃ 38.55ln546 32 14 46 7.45 38.55
?tm2?A需?A1需?A2需?3Q1Q2?K1?tm1K2?tm23?29.3?102.89?10??4.16?1.01?5.17m2291?24.24174?16.43?A实?A需
?此换热器可满足生产要求。
47
传热面积富裕
8.71?517. ?685%.517.25、由?25?2.5mm的锅炉钢管组成的废热锅炉，壳程为压力2570kPa（表压）的沸腾水。管内为合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气侧?2=300 W/(m2?℃)，水侧?1=104 W/(m2?℃)。忽略污垢热阻，试求平均壁温TW和tW。
解：以外表面积为基准的总传热系数
11bd11d1???K1?1?dm?2d2?10.00250.02510.025?????4.33?10?3(m2?K)/W 10000450.02253000.02K1?231W/(m2?K)平均温度差：
压力2570kPa（表压）下水的饱和温度为：226.4℃ ?tm逆??t1??t2348.6?245.6??297.1oC 22传热量 Q?K1A1?tm?231?297.1?A1?6863A10 管内壁壁温（T取热流体进出口平均温度T?TW575
226.4 348.6 472 226.4 245.6
575?472?523.5oC） 268630???d1?lQ68630?0.025?T??523.5??523.5??237.5oC
?2A2300???d2?l300?0.02管外壁壁温
tW?TW?bQ0.002568630A10.002568630?25?237.5???237.5???233.3oC ?Am45Am4522.526、有一单壳程、双管程列管式换热器。壳程为120℃饱和水蒸气冷凝，常压空气以12m/s的流速在管程内流过。列管为?38?2.5mm钢管，总管数为200根。已知空气进口温度为26℃，要求被加热到86℃。又已知蒸汽侧对流传热系数为104W/(m2?K)，壁阻及垢阻可忽略不计。试求：
(1) 换热器列管每根管长为多少米？
(2) 由于此换热器损坏，重新设计了一台新换热器，其列管尺寸改为?54?2mm，总管数减少20%，但每根管长维持原值。用此新换热器加热上述空气，求空气的出口温度。
解：(1) 由热量衡算式和传热速率方程计算完成任务所需的传热面积，然后在计算出管长。 查t定??26?86?2?56℃时， 空气的物性
cp2?1.005kJ/(kg?K)，
?2?2.861?10?2W/(m?K)
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