华工研究生入学考试 化工原理 传热大题
(2012) （20分）水以1.2m/s的流速通过内径为25mm长5m的串联换热器，管内表面的温度维持在320K。水的入口温度为290K。问水的出口温度为多少？若将5m的管子均分为4根制成列管换热器，水的流量和其他条件不变，出口水温是否还能达到原要求？ （提示：管壁对水的传热分系数可用下式计算：式中T为水进出口绝对温度的算术平均值）
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(2011) （20 分）在一垂直放置的套管换热器内（内管直径为38×3mm,换热管有效长度为3m），用冷水来冷凝环隙间的90℃有机蒸汽。夏天操作时，冷水进口温度为28℃， 出口温度为48℃。冬天时冷水进口温度降为15℃，其流率仍和夏天相同。假设两种情况下物料所有的物性常数和总传热系数均相同，忽略热损失。求：
（1）冬天操作时冷水出口温度为多少？
（2）冬天操作时有机蒸汽的冷凝量将比夏天时的增大百分之几？
（3）若将换热器改为水平放置，其它条件均不变，试定性判断有机蒸汽冷凝量将如何变化？
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（2010）3．（20 分）选择一冷凝器用冷却水将酒精精馏塔的塔顶产品蒸气冷凝成饱和液体，塔顶蒸气量为 0.4kg/s，其平均潜热为 1048kJ/kg，饱和温度约为 78℃，蒸气走管外，其冷凝传热系数为 3000W/m2.℃。设计冷却水的进出口温度分别为 25℃，35℃，其平均比热容为 4.174kJ/kg.℃，密度为 996kg/m3，粘度为 8×10- 4Pas，导热系数 0.62W/m.℃。①求冷却水的用量；②某厂提供参数相同但管程不同的两种列管冷凝器，一种型号为单管程，另一种为双管程，列管数 100 根，管长 1.2m,管径Φ23×1.5，计算确定是否两种型号冷凝器均能完成冷凝任务。（注：管壁热阻及污垢热阻均可忽略不计）
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（2009）四．（18 分）一单壳程单管程列管换热器，管束由长 3m，直径为φ25×2.5mm的钢管组成。苯在换热器管内流动，流量为 1.5kg?s-1，由 80℃冷却到 30℃。冷却水在管外和苯呈逆流流动。水进口温度为 20℃，出口温度为 50℃。已知水侧和苯侧的对流表面传热系数分别为 1700W?m-2?℃-1和 900 W?m-2?℃-1，苯的平均比定压热容为1.9kJ?kg-1?℃-1，钢的热传导系数为 45 W?m-1?℃-1，污垢热阻和换热器的热损失忽略不计。试求： 1） 所需的传热速率多大？ 2） 传热平均温差多大？
3） 该操作条件下换热器的总传热系数多大？ 4） 该列管换热器换热管子数为多少？
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（2008）. 五、（25 分）某生产过程需要将 440kg/h 的常压空气从 20℃加热到 95℃，为完成该传热任务，现选用一台单程列管式换热器，所用的换热器尺寸如下：管子规格为φ25mm×2.5mm 的钢管，管长为 1.5m，管子数为 38 根。壳程采用 115℃的饱和水蒸汽加热。 已知空气的物性数据为：Cp=1kJ/（kg·K）;λ=0.029W/（m·K）; μ=0.02cp 试求：
（1） 通过计算说明该换热器是否能满足生产要求? （2） 如使用此换热器时空气的实际出口温度为多少？
（3） 若要求空气的出口温度能达到 95℃，则该换热器在结构和操作上应采取什么措施？(用计算等说明)（受锅炉压力所限，蒸汽温度不能再提高） 注：①计算中可忽略管壁及污垢热阻，热损失也忽略不计，
②可忽略空气物性随温度的变化。
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（2007）三、（20分）某酒精精馏厂，塔顶馏出液冷凝器中有?25×2.5的管50根，长2m，管内通冷却水，流速为1.0m/s，其进、出口温度分别为20℃和40℃，管外为饱和蒸气冷凝，试求：
（1） 管壁对冷却水的对流传热系数hi。
（2） 该厂仓库有一台与上述传热面积相同，管径相同，但管数为60根的换热器拟作备用品，若保持冷却水进出口温度不变，问该备用品是否合用(用计算等说明)？
（3） 若不合用，为完成原来的冷凝任务，试说明用该备用换热器如何调整操作条件使之满足生产要求？
水物性数据可取为：Cp=4.174kJ/（kg·K）,ρ=995.7kg/m3;λ=0.617W/（m·K）,μ=0.8cp
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（2006）3、（20分） 流量为9.17kg/s和温度为20℃的水在面积50m2列管换热器中逆流将110℃的醋酸冷却到40℃，冷却水的出口温度为45℃。但换热器投入运行一段时间后，冷、热流体的流量和进口温度均不变，但测得冷却水的出口温度降为38℃，求（1）前后总传热系数改变多少？（2）换热器的污垢热阻为多少？（3）若冷、热流体的对流传热分系数的比值为1：3 ，为了提高传热总系数，你认为提高哪一种流体的传热分系数更有效，为什么？
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（2005）五、（23分）用一套管换热器将2000kg/h的甲苯饱和蒸气（110oC）冷凝为饱和液体，甲苯的气化热为363KJ/kg。冷却水于16 oC及5000kg/h的流量进入套管内管（内径50mm）作强制湍流流动，其传热膜系数为1740w/(m 2 K)。水的比热可取为4.19KJ/(kg oC)，假设甲苯侧热阻和管壁热阻远小于水侧热阻。 （1）求冷却水的出口温度及套管管长。
（2）由于气候变化，冷却水的进口温度升高到25 oC，试计算换热器的热负荷变化（以%表示）。忽略物性参数的变化。
（3）冷却水温度升高后，有人建议将冷却水流率加倍，问此时的热负荷及冷却水出
口温度与未升高时相比如何，计算出热负荷增加或减少的百分数。
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（2004）五、（18分）有一列管式换热器，由100根?25?2.5mm钢管组成，空气走管
程被加热，并作湍流流动，对流传热系数为?空；水蒸气在壳程冷凝，放出冷凝热，冷凝对流传热系数为?水气。管壁和污垢热阻不计，在此工况下， 1）试证明列管式换热器的总传热系数K约为多大？2）其他条件不变，只将该换热器改成2管程，此时总传热系数K增大多少？3）其他条件不变，只将原换热器管子的直径减小一倍，总传热系数K增大多少？
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（2003）五、一列管式换热器，壳程120℃的蒸气冷凝放热，将管中20℃的空气加热到80℃，若将该换热器改为双管程，其它条件不变，设空气作完全湍流，物性随温度的变化可忽略，此时空气的出口温度为多少？
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（2002）2.锅炉的蒸发量为9080kg/h，要求进入锅炉的水温为65℃，但原水温为21℃，故需要一卧式列管换热器将水加热到所需温度，加热蒸汽为108℃的饱和水蒸气，冷凝传热系数为10400kcal/m2·h·℃.列管采用φ25×1mm的黄铜管（导热系数为85.48w/m·℃），设水在管内流动，流速为0.3m/s。求： （1） 换热器面积；
（2） 若因空间限制，管长不能超过25m，换热器如何设置？
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（2001）三、（15分）油以1m/s的流速通过一管壳式换热器的管内，由300K加热到344K。377K的蒸汽在管外冷凝。管外直径和管内直径分别为48和41mm，但由于污垢，内径现减为38mm，基于此内径的管壁加上垢层热阻为0.0009m2·K/W。在同样条件下（油进出口温度和蒸汽温度不变）测得油的流速为1m/s时，基于38mm内径的油侧传热膜系数αi随油温的变化如下：
油温(K) 油侧α
2
i
300 74
311 80
322 97
333 114
344 120
（W/m·K）
油的比热和密度分别取为1.9KJ/kg·K和900kg/m3，蒸汽侧的热阻可忽略。 求所需的管长，根据所得的结果（如管子太长或太短），应采取什么措施使工业应用可行。
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（2001）六、（8分）外半径为r1、长为L的圆管敷设一绝热层，若绝热层（绝热层外半径为r2，导热系数为λ）内壁温度为tW1，温度为tf的流体与温度为tW2的绝热层外壁相接触，绝热层外的对流传热膜系数为α，根据圆管壁的导热和对流传热计算式，试推导出稳态通过绝热层的热损失速率Q（用α、λ、r1、、r2 、L、tW1、tf表示Q）。若α、λ、r1、、L、tW1、tf均为定值，试问若绝热层加厚，即r2增加，是否热损失Q总是减少，若不是，求出热损失最大时的绝热层外半径r2？并讨论r2在何范围，Q将增加或减少。
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（2000）六﹑有一套管换热器，饱和蒸汽走管外，其冷凝膜系数为10000W/(m2·K)，空气走管内，其传热膜系数为50W/(m2·K)。已测得空气的进出口温度分别为t1=30℃，t2=80℃，蒸汽在饱和温度下120℃冷凝为饱和水并及时排走。忽略管壁和污垢热阻﹑空气温度改变引起的物性变化和热损失(假定空气在管内流动为完全湍流)。为了强化热过程，提出如下两方案:
1. 将内管的光滑表面改为强化表面，但传热面积保持相等，经测定，空
气传热膜系数增加一倍(并维持空气进口温度﹑加热蒸汽温度及空气流量不变)。求:
(1) 空气的出口温度t21为多少? (2) 蒸汽冷凝量增加多少? 2. 空气流量增加一倍，试问:
(1) 蒸汽冷凝量和空气出口温度是否变化，变为多少? (2) 两种方案的强化方法有何相同和不同点?
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