水 38 ← 25 ———————————————— ?t 72 40 ?tm?72?40?C?54.4?C

72ln404.22?105 K?W?m2??C??310.3W?m2??C?

25?54.4

Q4.22?105Wh?K?kgs?5.452kgs?1.963?104kgh3cph?T1?T2?1.72?10??110?65?

8．在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h，

其初始温度为30 ℃，平均比热容为 kJ/（kg·℃）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h，温度由180 ℃降至120 ℃，平均比热容为 kJ/（kg·℃）。设换热器的总传热系数为500

2

W/(m·℃)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。

解： Q?Wcph?T1?T2??14000?1.72??180?120?kJh?1.4448?106kJh?401.3kW 冷却水的出口温度为

?1.4448?106?Q?t2??t1???30?10000?4.174??C?64.61?C Wccpc??逆流时

?tm??180?64.61???120?30??C?ln180?64.61120?3025.39?C?102.2?C 115.39ln90S逆并流时

Q401.3?1032??m?7.854m2 K?tm500?102.2?tm??120?64.61???180?30??C?ln120?64.61180?3094.61?C?94.97?C 55.39ln150S逆Q401.3?1032??m?8.452m2 K?tm500?94.97 9．在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知

3

苯蒸汽的体积流量为1 600 m/h，常压下苯的沸点为 ℃，气化热为394 kJ/kg。冷却水的入口温度为20 ℃，流量为35 000 kg/h，水的平均比热容为 kJ/(kg·℃)。总传热系

2

数为450 W/(m·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。 解：苯蒸气的密度为 ??PM1?78?kgm3?2.692kgm3 RT0.08206??273?80.1? Wh?1600?2.692kgh?4307.2kgh

Q?Wh??4307.2?394kJh?1.697?106kJh?4.71?105W Q?WcCp,c(t2?t1) ?35000?4.17?103(t2?20)?4.71?105 3600解出 t2?31.6℃

求?tm

苯 → 水 20

———————————————— ?t

?tm?60.1?48.5?C?54.1?C 60.1ln48.5Q4.71?1052S??m?19.3m2

K?tm450?54.110．在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30 ℃，出口温度为65 ℃。油在管程流动，进口温度为120 ℃。出口温度为75 ℃，试求其传热平均温度差。

解：先求逆流时平均温度差 油 120 → 75 水 65 30 ?t 55 45 ?t???t2??t1?55?45?C?49.8?C

m?t55lnln245?t1计算P及R P? R?t2?t165?30??0.389 T1?t1120?30T1?T2120?75??1.286 t2?t165?30查图5-11（a）得 ?Δt?0.875

??0.875?49.8?C?43.6?C ?tm??Δt?tm11．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6 000

2

kg/h，水的初温为22 ℃，流量为2 000 kg/h。现有一传热面积为10 m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300 W/(m·℃)；油的平均比热容为 kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为 kJ/(kg·℃)。热损失可忽略。 解：本题采用??NTU法计算 （1）逆流时 Whcph? Wccpc? CR?2

6000?2.9?103W?C?3166.7W?C 36002000?4.17?103W?C?2316.7W?C 3600Cmin2316.7??0.732 Cmax3166.7 (NTU)min?KS300?10??1.295 Cmin2316.7查图得 ??0.622 Q??Cmin(T1?t1)

?0.622?2316.7??105?22?W?1.196?105W

?Q1.196?105? T2?T1???105???C?67.2?C?70?C 能满足要求 Whcph?3166.7? （2）并流时 CR?0.732 (NTU)min?1.295

查图得 ??0.526

Q?0.526?2316.7??105?22?W?1.011?105W

?1.011?105? T2??105???C?73.1?C?70?C 不能满足要求 3166.7??12．在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面

22

积为5 m，总传热系数为1 400 W/(m·℃)；热水的初温为100 ℃，流量为5 000 kg/h；冷水的初温为20 ℃，流量为10 000 kg/h。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为 kJ/(kg·℃)，热损失可忽略不计。 解： Whcph? Wccpc? CR?5000?4.18?103W?C?5806W?C 360010000?4.18?103W?C?11611W?C 3600Cmin5805.6??0.5 Cmax11611 (NTU)min?查图得 ??0.575

KA1400?5??1.21 Cmin5805.6传热量 Q??Cmin(T1?t1)

?0.575?5805.6??100?20?W?2.67?105W ??T1?T2100?T2??0.575 T1?t1100?20解出 T2?54℃ CR?t2?t1t?20?2?0.5

T1?T2100?54解出 t2?43℃

13．水以 m/s的流速在长为3 m、直径为?25mm?2.5mm的管内由20 ℃加热至40 ℃，试求水与管壁之间的对流传热系数。 解：水的定性温度为

tb1?tb220?40??C?30?C 22由附录六查得30°C时水的物性为

tf? ρ＝ kg/m，μ=×10

3－5

Pa·s，λ=W/(m??C)，Pr=

则 Re?diub???0.02?1.5?995.74（湍流） ?3.73?10?580.07?10 L?3?150?60

di0.02Re、Pr及

L值均在式5-59a的应用范围内，故可采用式5-76a近似计算?。 di 水被加热，取n=，于是得

?0.61760.8??0.023Re0.8Pr0.4?0.023???3.73?104??5.420.4W?m2??C??6345W?m2??C?di0.02

14．温度为90 ℃的甲苯以1500 kg/h的流量流过直径为?57mm?3.5mm，弯曲半径为 m的蛇管换热器而被冷却至30 ℃，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。

解：甲苯的定性温度为 tf?tb1?tb290?30??C?60?C 22由附录查得60?C时甲苯的物性为

ρ＝830 kg/m，Cp＝1840 J/(kg·℃)，μ=×10

3

－3

Pa·s，λ=W/(m??C)，