传热
概念：
1、传热的三种基本方式
2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热 计算公式
（1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8） （2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。 （3）实验测K (例4－9)
（4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10） 二 实验题（10）
1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？ 2. 蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？ 3. 为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的?和S？为什么？ 换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？
4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。 （1分）
当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通
常，换热器尽可能采用逆流操作。 （1分）
当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并
流。 （1分）
采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。 （1分）
2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。 （3分）
一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。（3分） 5．灰体的定义及特点 6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？ 三 计算题 （60分）
oo
3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为1.5kg/s，由80C 被冷却至30C。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，
oo22
其进口温度为20C，出口温度为50C。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为900W/(mK)、1700W/(mK)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若
2
列管为φ25×2.5mm的钢管，长3米，其导热系数为45W/(mK)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求： （1）所需换热器的列管数为多少？
（2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，换热器的列管数又为多少？
2. 解：Q?KS?tm?Kn?d0L?tm (3分)
其中，
Q?WhCph(T1?T2)=1.5?1.9?103?（80-30）=142.5（kW） (2分)
=
K?11d0bd01???idi?dm?01=490.5[W/(m2K)] (3分)
?3252.5?10?251??900?2045?22.51700 ?tm??t1??t230?10==18.2(?C) (3分)
30?t1lnln10?t2Q142.5?103 故 n???67.7（根） (2分)
?Kd0L?tm3.14?490.5?25?10?3?3?18.2（2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，则
?'?20.8?1700?2959.87 W/(mK) (2分)
2
0同理可得，K'?11bd01??'?i?dm?0=559.1 [W/(m.K)] (3分)
2
则 n'?Q?59.4（根） (2分)
?K'd0L?tm2、（20分）用一传热面积为3m2（以外表面积为准），由?25?2.5mm管子组成的单程列管式换热器，用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h，其比热容分别为4.18kJ/(kg?K)和2.0kJ/(kg?K)，水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/(m2?K)和250W/(m2?K)，两侧可视为呈逆流流动，如不计算管壁
及污垢热阻：
（1） 试计算说明该换热器是否合用？ （2） 夏天，水的初温达到30℃时，该换热器是否合用？（假设K不改变），如不合用，如何解决？ 四。计算题：.（20分） 解： （1）
Q?WhCph?T?WCCpc?t?K0A0?tm
10001000?1000?4.18?(t2?10)?36003600 [W]
1200?2.0?(200?100)? ∴
t2?67.4℃ （3分）
132.6?90?111.3℃
2 200 → 100
67.4 ← 10 ?tm 132.6 90
?K0?11??216.21W/m2?K （3分）
112511d0??250200020?0?idi?2.0?(200?100)?1000?216.21?111.3?A
3600∴1200 A= 2.77 m2 ＜ 题给3 m2 , 合用. （3分） (2) 水初温30℃
Q?1200?2.0?(200-100)?
10001000?1000?4.18?(t2?30)?36003600
t2?87.4℃
112.6?70?91.3℃ （4）
21000?216.21?91.3?A （3分）
3600 200 → 100
87.4 ← 30 ?tm 112.6 70
?1200?2.0?(200?100)?2
A=3.37 m＞
4.
3 m2 不合用. 可增加换热面积,两台串联使用. （4分）
（15分）某车间有一台运转中的单程列管换热器，热空气走管程，由120?C降至80?C，其对流传热系数?1=50 W/m2??C。壳程的水被加热，水进口温度为15?C，出口升至90?C，其对流传热系数?2= 2000W/m2??C。管壁热阻、壁厚及污垢热阻可不计，换热器系逆流操作，水的流量为2700kg/h，平均比热为4.18kJ/kg?K，试计算换热器的传热面积。
解：（1）K?11?1?tm??1?111?502000?48.8W/m2??C
?2?t1??t2(80?15)?(120?90)??45.3?C
?t180?15lnln120?90?t2
Q?W水Cp水(90?15)?2700?4.18?1000?75/3600?2.35?10W5Q2.35?105A???106.4m2 （10分）
K?tm48.8?45.3六．（20分）逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25Kg/s的液体（比热为1.9KJ/(Kg·℃),密度为850 Kg/ m），由80℃冷却
2
到30℃，换热器列管直径为φ25×2.5 mm，水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85和1.70 kw/(m·℃)，污垢热阻可忽略。
①若水的出口温度不能高于50℃，求换热器的传热面积；②换热器使用一段时间后，管壁两侧均有污垢生成，水侧污垢
22
热阻Rsi=0.00026 m·℃/w，油侧污垢热阻Rs0=0.000176 m·℃/w，求此时基于管外表面的总传热系数K0。③产生污垢后热阻增加的百分数
注：管壁导热系数为λ=45 w/(m·℃)
3
Q?WhCph(T1?T2)?1.25?1.9?(80?30)?119kW （3分） K0?1?01bd01d0???dm???dii?12?472W/m??C （3分）
0.0025252511????17004522.585020?tm?(T2?t1)?(T1?t2)(80?50)?(30?20)??18.2?C （3分）
T2?t180?50lnln30?20T1?t2Q119?103S0???13.9m2 （3分）
K0?tm472?18.22．
K0?
?011d0bd01d0?Rs0???dm????R?sddiiii1?381.53W/m2??C （5分）
?117002525251?0.000176?0.002545?22.5?850?20?0.00026?203． 产生污垢后热阻增加百分数为：
250.000176?0.00026?205.01?10?4??23.63% （3分）
0.0025252511????0.0021217004522.585020（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
42
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
2
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．
111d11252???0????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?103S0???41.71m2 （2分）
K?tm71.49?48.44（2分） S实际?n?d0l?300???0.025?2?47.1m2 S0?S实际 所以，该换热器合用。
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'm
d0111d0Q'66.67?103'????Rsi K0???19.66W/m2??C （1分） ''K0?0?ididiS?tm47.1?72di111d201('???0)?(?0.014)?0.0295m2??C/W （2分） d0K0?0?idi2519.66o
o
Rsi?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80C 被冷却至30C。冷却水在壳程内呈湍流
oo2
流动，且与苯逆流流动，其进口温度为20C，出口温度为50C。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(mK)、
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1700W/(mK)；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/(mK)，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
其中，
Q?WhCph(T1?T2)=1.5*1.9*10*（80-30）=142.5（kW）
3
K?11d0bd01???idi?dm?0=
1=490.5[W/(m.K)]
?3252.5?10?251??900?2045?22.517002
?tm??t1??t230?10==18.2(?C)
30?t1lnln10?t2Q142.5?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，流量为5000kg/h，由60℃冷却到30℃，
2
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，
2
且已知甲醇平均比热为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4.174kJ/kg·℃，密
3
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。
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