青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之传热.pdf
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1、传热传热概念: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 48)(2)流体在圆形管内作强制湍流流动时 计算式(公式、条件),粘度 对 的影响。(3)实验测 K(例 49)(4)换热器操作型问题(求流体出口温度,例 410)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
2、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
3、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)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 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
4、对流传热系数分别为 900W/(m2K)、1700W/(m2K);苯的平均比热为 1.9kJ/(kg.K)。若列管为 252.5mm 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)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:(3 分)mmtLdKntKSQ0 其中,=1.51.9103(80-30)=142.5(kW)(2 分)(21TTCWQphh=490.5W/(m2K)(3 分)000111miiddbddK170015.224525105.2209002513 =18.2
5、()(3 分)2121lntttttm1030ln1030C 故(根)(2 分)7.672.18310255.49014.3105.142330mtLKdQn(2)若其它条件不变,冷却水的流量变为原来的两倍,则 W/(m2K)(2 分)87.2959170028.00同理可得,=559.1 W/(m2.K)(3 分)K00111middb 则 (根)(2 分)4.590mtLdKQn2、(20 分)用一传热面积为 3m2(以外表面积为准),由252.5mm 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 1000k
6、g/h 和 1200kg/h,其比热容分别为4.18kJ/(kgK)和 2.0kJ/(kgK),水侧和油侧的对流表面传热系数分别为 2000W/(m2K)和 250W/(m2K),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)m00pcCphhtAKtCWTCWQ W36001000)10t(18.4100036001000)100200(0.212002 (3 分)4.67t2 200 100 67.4 10 3.1112906.
7、132tm 132.6 90 (3 分)Km/21W.21620252000125011dd111K2i0i00A3.11121.21636001000)100200(0.21200 A=2.77 m2 题给 3 m2,合用.(3 分)(2)水初温 3036001000)30t(18.4100036001000)100-200(0.21200Q2 4.87t2 200 100 87.4 30 (4)3.912706.112tm 112.6 70 (3 分)A3.9121.21636001000)100200(0.21200 A=3.37 m2 3 m2 不合用.可增加换热面积,两台串联使用.(
8、4 分)4.(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 120C 降至 80C,其对流传热系数1=50 W/m2C。壳程的水被加热,水进口温度为 15C,出口升至 90C,其对流传热系数2=2000W/m2C。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/kgK,试计算换热器的传热面积。解:(1)CmWK 221/8.48200015011111Ctttttm3.45901201580ln)90120()1580(ln2121p5C(90 15)2700 4.18 1000 75/36002.35 10QWW水水
9、 (10 分)254.1063.458.481035.2mtKQAm六六(2020 分)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/m3),由 80冷却到 30,换热器列管直径为 252.5 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/(m2),污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于 50,求换热器的传热面积;换热器使用一段时间后,管壁两侧均有污垢生成,水侧污垢热阻 Rsi=0.00026 m2/w,油侧污垢热阻 Rs0=0.000176 m2/w,求此时基于管外表面的总传热系数 K0
10、。产生污垢后热阻增加的百分数注:管壁导热系数为=45 w/(m)(3 分)12()1.25 1.9(8030)119hphQW CTTkW (3 分)000200.00252525111117004522.58502011472/miiddbddKW mC (3 分)21122112()()(8050)(3020)18.28050lnln3020mTtTttCTtTt (3 分)3200119 1013.9472 18.2mQSmKt2 (5 分)0000001120.00252525251117004522.5850202011381.53/0.0001760.00026imiiidddbs
11、sdddKRRW mC3产生污垢后热阻增加百分数为:(3 分)425200.002525251117004522.5850200.0001760.000265.01 1023.63%0.00212(2020 分)分)现有一列管式换热器,内有 252.5 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 1104 w/(m2),空气对流传热系数为 90 w/(m2),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
12、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。1WCmddKii 24000014.020259011011111 (3 分)CmWK 2049.712 (3 分)CtTtTtTtTtm44.488510820108ln)85108()20108(ln)()(2121 (3 分)2312/1044.144)2085(100036008000)(mWttCWQpcc (2 分)23071.4144.4849.711044.144mtKQSm 所以,该换热器合用。(2 分)201.472025.0300mldnS实际实
13、际SS 03 (2 分)32218000()1000(5020)66.67 10/3600cpcQW CttW m (2 分)1212()()(10820)(10850)7210820lnln10850mTtTttCTtTt (1 分)0000111iiiiddRsKdd32066.67 1019.66/47.1 72mQKW mCS t (2 分)20000111201()(0.014)0.0295/25 19.66iiiiddRsmC WdKd3(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
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