250.000176?0.00026?205.01?10?4 ??23.63% （3分）
0.00252525110.002121700?45?22.5?850?20（20分）现有一列管式换热器，内有φ25×2.5 mm钢管300根，管的有效长度为2m，要求
将8000Kg/h空气于管程内由20℃加热到85℃，采用108℃的饱和蒸汽于壳程冷凝加热，冷凝热在饱和温度下排出，蒸汽冷凝传热系数1×10 w/(m·℃)，空气对流传热系数为90 w/(m·℃)，管壁及两侧污垢热阻可忽略，不计热损失，空气在平均温度下比热为1KJ/(Kg·℃)。
1． 求基于管外表面的总传热系数K0 2. 核算该换热器是否满足要求。
2． 用一段时间后管内产生了污垢，使空气出口温度变为50℃，求此时管内污垢热阻。 1．
2
4
2
111d011252???????0.014m??CW K0?0?idi1?1049020K0?71.49Wm2??C （3分）
2．?tm?(T?t1)?(T?t2)(108?20)?(108?85)??48.44?C （3分）
T?t1108?20lnln108?85T?t28000?1000?(85?20)?144.44?103W/m2 （3分） 3600
Q?WcCpc(t2?t1)?Q144.44?103 S0? ??41.71m2 （2分）
K?tm71.49?48.44该换热器合用。（2分） S实际?n?d0l?300???0.025?2?47.1m2 S0?S实际 所以，3．Q''?WcCpc(t2?t1)?8000?1000?(50?20)?66.67?103W/m2 （2分） 3600'(T?t1)?(T?t2)(108?20)?(108?50)?t???72?C （2分）
T?t1108?20lnln'108?50T?t2'md0111d0Q'66.67?103' '????Rsi K0???19.66W/m2??C （1'K0?0?ididiS?tm47.1?72分）
Rsi?di111d0201('???)?(?0.014)?0.0295m2??C/W （2d0K0?0?idi2519.66分）
3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为1.25kg/s，由80oC 被冷却至30oC。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温度为20oC，出口温度为50oC。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(m2K)、1700W/(m2K)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若列管为φ25×2.5mm的钢管，长3米，其导热系数为45W/(m2K)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求：
（1）传热速率为多少？ （3）总传热系数K为多少？ （2）所需换热器的列管数为多少？
3解：Q?KS?tm?Kn?d0L?tm
3
其中，Q?WhCph(T1?T2)=1.5*1.9*10*（80-30）=142.5（kW） K?112
==490.5[W/(m.K)] ?31d0bd01252.5?10?251?????idi?dm?0900?2045?22.51700??t1??t230?10==18.2(?C)
30?t1lnln10?t2 ?tmQ142.5?103 故 n???67.7（根） ?3?Kd0L?tm3.14?490.5?25?10?3?18.2 五、（20分）
有一逆流套管换热器，由φ57×3.5mm与φ89×4.5mm钢管组成。甲醇在管内流动，流
2
量为5000kg/h，由60℃冷却到30℃，甲醇侧的对流传热系数为1512W/m·℃，冷却水在环隙流过，入口温度20℃，出口温度35℃，忽略热损失、管壁及污垢热阻，且已知甲醇平均
2
比热为2.6kJ/kg·℃，定性温度下水的黏度为0.84cp，导热系数为0.61W/m·℃，比热为
3
4.174kJ/kg·℃，密度为1000Kg/m,冷却水在环隙中流动的对流传热系数可由下式计算：
?Cp0.4?o?0.023R()，求：
de??0.8e1． 冷却水用量。 2． 总传热系数K。 3． 所需套管长度。
五、（20分）
1． 冷热流体均无相变，且无热损失，所以：
3分） Q?WCCpc(t2?t1)?WhCph(T1?T2)?5000/3600?2.6?103?(60?30)?1.083?105W （
Q1.083?105 WC???1.73Kg/s （2分）
Cpc(t2?t1)4.174?103?(35?20)2．环隙当量直径：de ?Di?do?(0.089?2?0.0045)?0.057?0.023m （2分）
1.73VS1000 u???0.7m/s （2分）22220.785?(Di?do)0.785?(0.08?0.057)Re??ude1000?0.7?0.023??0.7m/s 22?0.785?(0.08?0.057)?Cp0.84?10?3?4.174?103??5.75 ?0.610.610.8?Cp0.4则?o?0.023?Re ()?0.023??(1.92?104)0.8?5.750.4?3279.7W/m2??C （2分）
de?0.023K0?11??944.4W/m2??C （3分）
115711d0???0?idi3279.71512503．60 30 35 20
25 10
?tm??t1??t225?10??16.4?C （3分） ?t125lnln10?t2Q?KS?tm?K?d0l?tm
Q1.083?105l???39.1m （3分）
K?d0?tm944.4?3.14?0.057?16.4六、(20分) 在一台新套管换热器中，冷却水在φ25×2.5mm
的内管中流动，以冷凝环隙间的某饱和
蒸汽。当冷却水的流速为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1200W/m2?K和1700W/m2?K。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/m?K。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变，试求：
（1）当水的流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？ （2）管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少？
（3）若操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，试分析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。
六、（20分）解：
对于新换热器，可忽略污垢热阻，有
1dbd1K?o??od? idi?m?o其中
di?(0.025?0.0025?2)?0.02m
do?0.025m d.025?0.020.005m?0ln0.025?0.223?0.0224m
0.02冷却水流速为0.4m/s时
10.0250.0025?01200??.02?.02545?0.0224?1? i?0o8.33?10?4?1.25??0.620?10?4?1i?
o7.71?10?4?1.251?? i? o流速为0.8m/s时 u??2u
?i??20.8?i?1.74?i
11700?0.0251.74??0.0025?0.025?1i?0.0245?0.0224?o5.88?10?4?0.718?4??0.620?10?1i?
o5.26?10?4?0.7181?? i? o（1）求水的流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数
式(1)-式(2) ，得
1.83?10?4?0.532?
i?2i?2907W/m?K （2）求管外蒸汽冷凝的对流传热系数
（1）（5分）2）（5分）
（3分）
（
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