11年化工原理试题及答案.doc

二 2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为?25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数?0=800W/(m2·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg·℃)] 解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1； 由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。 两流体交换的热量为： 又 ， ， 则 单管内水的流量为： 每程所需管子数为： 取每程管子数为20， 则每程所能提供的传热外表面积为： (2) 换热管的总根数； 由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。 由题给数据， 则任务所需的传热外表面积为： 换热管总根数为： 取 换热器的管程数。 由题意管程数为： 3 在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（?水?空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 解： 使用初期 使用一年后 110℃ 40℃ 110℃ 45℃ 20℃ 38℃ 20℃ （1）空气出口温度 题意可得：使用初期 （1） 使用一年后 （2） 两式相比（2）/（1），得 则：=59.6℃ （2）总传热系数 方程(2)式/(1)式，得： 故 （3）冷热流体的出口温度 一年后 （3） （4） 方程（4）式/（3），得： 整理前半式的方程 （5） 又因 ，， 故 由等比定理 则 整理得， （6） 联立（5）和（6），可得： ， （4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 则 5有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数为1100，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数为5800。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005 解：忽略管壁热阻，并假设壁温为 当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得： 则 同理 则 由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。 6 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由150℃降至80℃；壳程冷却用水，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膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数，管壁热阻、1.02kJ/kg·℃，水的比热为4.17kJ/kg·℃，不计温度变化对比热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为20℃