传热过程计算.doc

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1、知识点4－4传热过程计算【学习指导】1．学习目的通过本知识点的学习，掌握换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算。在传热计算的两种方法中，重点掌握平均温度差法，了解传热单元数法及应用场合。2．本知识点的重点换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差法进行传热计算。3．本知识点的难点传热单元数法。4．应完成的习题4-4在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为φ25×2.5mm的钢管，其导热系数为45W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2600W/(m2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52W/(m2·℃)。试求基于管外表面积

2、的总传热系数以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。4-5在一传热面积为40m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30000kg/h，其温度由22℃升高到36℃。溶液温度由115℃降至55℃。若换热器清洗后，在冷、热流体量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，αi、αo分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。4-6在套管换热器中用水冷却油，油和水呈并流流动。已知油的进、出

3、口温度分别为140℃和90℃，冷却水的进、出口温度分别为20℃和32℃。现因工艺条件变动，要求油的出口温度降至70℃，而油和水的流量、进口的温度均不变。若原换热器的管长为1m，试求将此换热器管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可忽略，在本题所涉及的温度范围内油和水的比热容为常数。4-7冷、热流体在一管壳式换热器中呈并流流动，其初温分别为32℃和130℃，终温分别为48℃和65℃。若维持冷、热流体的初温和流量不变，而将流动改为逆流，试求此时平均温度差及冷、热流体的终温。设换热器的热损失可忽略，在本题所涉及的温度范围内冷、热流体的比热容为常数。4-8在一管壳式换热器中，用冷

4、水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1600m3/h，常压下苯的沸点为80.1℃，气化潜热为394kJ/kg。冷却水的入口温度为20℃，流量为35000kg/h，水的平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。总传热系数为450W/(m2·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。4-9在一传热面积为25m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机物。冷却水的流量为28000kg/h，其温度由25℃升至38℃，平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。有机物的温度由110℃降至65℃，平均比热容为1.72kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换

5、热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机物的处理量。4-10某生产过程中需用冷却水将油从105℃冷却至70℃。已知油的流量为6000kg/h，水的初温为22℃，流量为2000kg/h。现有一传热面积为10m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求：（1）两流体呈逆流流动；（2）两流体呈并流流动。设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300W/(m2·℃)；油的平均比热容为1.9kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。热损失可忽略。换热器的传热计算包括两类：一类是设计型计算，即根据工艺提出的条件，确定换热器传热面积；另

6、一类是校核型计算，即对已知换热面积的换热器，核算其传热量、流体的流量或温度。但是，无论那种类型的计算，都是以热量衡算和总传热速率方程为基础的。一、能量衡算对于间壁式换热器做能量衡算，以小时为基准，因系统中无外功加入，且一般位能和动能项均可忽略，故实质上为焓衡算。假设换热器绝热良好，热损失可以忽略时，则在单位时间内换热器中热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量，即对于微元面积，其热量衡算式为(4-30)式中──流体的质量流量，kg/h或kg/s；──流体的焓，kJ/kg。对于整个换热器，其热量衡算式为(4-30a)式中──换热器的热负荷，kJ/h或kW。下标h和c分别表示热流体和冷流

7、体。下标1和2分别表示换热器的进口和出口。若换热器中两流体均无相变，且流体的比热容不随温度变化或可取流体平均温度下的比热容时，式4-30、式4-30a可分别表示为(4-31)(4-31a)式中──流体的定压比热容，kJ/(kg·℃)；──冷流体的温度，℃；──热流体的温度，℃。若换热器中流体有相变，例如饱和蒸汽冷凝时，则式4-31a可表示为(4-32)式中──饱和蒸汽的冷凝速率，kg/h或kg/s；──饱和蒸汽的汽化热，kJ/kg。式4-32的应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热