化工原理（上册）答案(9)

冷流体（水）：t1=15℃ → t2=？

开始： Q= WhCph（T1 - T2 ）=50 WhCph =WcCpc（t2-t1）=25WcCpc=K0S0Δtm Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=（135-60）/ln（135/60）=92.49

改变后： Q，=WhCph（T1 - T2 ）=700 WhCph =WcCpc（t2，-t1）=（t2，-15）WcCpc=K0S0，

Δtm，

∴25/（t2，-15）=50/70 ∴t2，=50℃ Δtm， =（Δt1- Δt2，）/ln（Δt1/Δt2，）=69.81

∴Q/Q*= K0SΔtm / K0S，Δtm，= LΔtm / L，Δtm，=50/70 ∴ L，=1.85L=1.85m 7.重油和原由在单程套换热器中呈并流流动，粮站油的初温分别为243℃和128℃；终温

分别为167℃和157 ℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及他们的终温。假设在两种流动情况下，流体的无性和总传热系数均不变，换热器的热损失可以忽略。

解：由题意得：并流时：热流体（重油）：T1=243℃ → T2=167℃冷流体（原油）：t1=128℃

→ t2=157℃

∴ Q =WhCph（T1 - T2 ）=76 WhCph =WcCpc（t2-t1）=29WcCpc=K0S0Δtm Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=43

改为逆流后：热流体（重油）：T1=243℃ → T2，=？ 冷流体（原油）：t2，=？ ←

t1=128℃

同理：Q ，=WhCph（T1 - T2， ）=（243- T2，）WhCph =WcCpc（t2，-t1）=（t2，-128）

WcCpc=K0S0，Δtm，

∴29/（t2，-128）=76/（243- T2，） ∴T2，=578.45-2.62 t2， --------（1） Δtm，=[（243- t2，）-（T2，-128）]/ln[（243- t2，）/（T2，-128）] -------（2） 又 Q/Q*= Δtm / Δtm，=29/（t2，-128） ---------（3）

由（1）（2）（3）解得 t2，=161.41℃ T2，=155.443℃ Δtm，=49.5℃ 8.在下列各种管式换热器中，某溶液在管内流动并由20℃加热到50℃。加热介质在壳方

流动，其进出口温度分别为100℃和60℃，试求下面各种情况下的平均温度差。(1)壳方和管方均为单程的换热器。设两流体为逆流流动。(2)壳方和管方分别为单程和四程的换热器。(3)壳方和管方分别为二程和四程的换热器。

解：（1）热流体：T1=243℃ → T2=60℃ 冷流体：t2=50℃ ← t1=128℃

Δt1=50℃ Δt2=40℃ ∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=44.8℃ （2）壳方和管方分别为单程和四程，则需计算平均温度差校正系数ψΔt， 由已知条件计算得ψΔt=0.891 ∴Δtm，=ψΔtΔtm=0.891×44.8=39.9℃ （3）查图得，ψΔt=0.97 ∴Δtm，=ψΔtΔtm=0.97×44.8=43.5℃

9.在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/kg?℃，密

度为850kg/m），由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为ф252.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 W/（m2?℃）和1.70 W/（m2?℃）。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求换热器的传热面积。

解：热流体：T1=80℃ → T2=30℃ 冷流体：t2=50℃ ← t1=20℃

Δt1=30℃ Δt2=100℃ ∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=18.205℃ Q =WhCph（T1 - T2 ）=1.9×103×1.25×50=118.75W

又Q= K0S0Δtm，其中 1/ K0 = d0/αidi+1/α0 解得K0=0.486×103m2?℃/W ∴0.486×103×18.205 S0=118.75×103 ∴S0=13.4m3

10.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为ф192mm的列管内流动。已知管内水侧

对流传热系数为3490 W/（m2?℃），管外油侧对流传热系数为258 W/（m2?℃）。换热器用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2?℃/W，油侧污垢热阻0.000176m2?℃/W。管壁导热系数λ为45 W/（m?℃），试求：（1）基于管外表面的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分比。

解：（1）1/K0 =d0/αidi+1/α0+Rsid0/di+Rs0+bd0/λdm

=19/（3490×15）+0.00026×19/15+0.000176+（0.002×19）/（45×16.9）

+1/258

∴K0 =208 m2?℃/W

（2）产生污垢后增加的总热阻：

d0/αidi + Rs0=19/（3490×15）+0.000176=0.00050533 产生污垢前的总热阻：

d0/αidi+1/α0+ bd0/λdm=19/（3490×15）+（0.002×19）/（45×16.9）+1/258

=0.0043

∴增加的百分比为：0.00050533/0.00429=11.8%

11.在一传热面积为50m2的单程列管式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流

动。冷水的流量为33000kg/h，温度由20℃升至38℃。溶液的温度由110℃降至60℃。若换热器清洗后，在两流体的流量和进出口温度不变的情况下，冷水出口温度增至45℃。试估算换热器清洗前后传热面两侧的总污垢热阻。假设（1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的比热容可取4.187kJ/（kg?℃）；（2）可按平壁处理，两种工况下αi和α0分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。

解：换洗前：热流体：T1=110℃ → T2=60℃ 冷流体：t2=38℃ ← t1=20℃ Δt1=72℃ Δt2=40℃ ∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=54.4℃ Q= WhCph（T1 - T2 ）=50WhCph =WcCpc（t2-t1）=18WcCpc=K0S0Δtm =54.4K0S0 代入数据计算得K0=254 W/（m2?℃）

换洗后：：热流体：T1=110℃ → T2=60℃ 冷流体：t2=38℃ ← t1=20℃ Δt1=72℃ Δt2=40℃ ∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=54.4℃ Q= WhCph（T1 - T2 ）=（100-T2）WhCph =WcCpc（t2-t1）=25WcCpc=K0，S0Δtm， ∴50/（100-T2）=18/25 →T2=40.56℃

∴Δtm， =（Δt1，- Δt2，）/ln（Δt1，/Δt2，）=35℃

Q= =WcCpc（t2-t1）= K0，S0Δtm， 代入数据计算得K0，=548.3 W/（m2?℃） ∴总污垢热阻为：1/ K0-1/ K0，=1/245-1/548.3 =2.1×10-3 m2?℃/W

12.在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160℃饱和蒸汽在壳程冷凝

（排出时为饱和液体），原料油在管程流动，并由20℃加热到106℃，列管换热器尺寸为：列管直径为ф19×2mm，管长为4m ，共25根管子。若换热器的传热量为125Kw，蒸汽冷凝传热系数为7000 W/（m2?℃），油侧污垢热阻可去为0.0005 m2?℃/W，管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略，试求管内油侧对流传热系数。又若有的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍，试求油的出口温度。假设油的物性不变。

解：1/K0 =d0/αidi+1/αi+Rsid0/di，又K0=Q/S0Δtm

其中S=25×3.14×19×103×4=5.97 Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）

=90.27℃

∴K0=125×103/（5.97×90.27）=232.1 W/（m2?℃） 可以解得 αi =359.5 W/（m2?℃）

改变流速后：K0，= 1.75K0=406.2 W/（m2?℃）

Q*=2Q（t2，-t1）/（t2-t1）=125×103（t2，-20）/86

又Δtm， =[（T- t1）-（T- t2，）]/ln[（T- t1）/（T- t2，）]=Q，/K0S 可以解得 t2，=99.2℃

13.90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50℃。换热器的传热面积为6m2，总传热系数

为230 W/（m2?℃）。若正丁醇的流量为1930kg/h，冷却介质为18℃的水。试求：（1）冷却水的出口温度；（2）冷却水的消耗量，以m3/h表示。

解：由传热方程式Q =K …… 此处隐藏：4049字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……