T
t
80 50 65 ℃ 2
15 35 25 ℃ 2
查得苯的比热容为cp2 = 1.86kJ/(kg· ℃) 查得水的比热容为cp1 = 4.178kJ/(kg· ℃)
(1) 根据热量衡算：
ws 2c p 2 (T1 T2 ) ws1c p1 (t2 t1 )
代入已知数据： 20001.86 (80 50) w 4.178 (35 15) s1 解得：ws1 = 1335.6kg/h
11. 在一内管为ф180mm×10mm的套管式换热器中，管程中热水流量为 3000kg/h，进、出口温度分别为90℃和60℃。壳程中冷却水的进口温度、出口 温度分别为20℃和50℃，总传热系数为K = 2000W/(m2· ℃)。试求：(1)冷却水用 量；(2)并流流动时的平均温度差及管子的长度；(3)逆流流动时的平均温度差 及管子的长度。(忽略热损失）
Tm
t1 t 2 30 20 25 ℃ 2 2
由此查得：cp2 = 4.179kJ/(kg· K)，
(T t1 ) (T t 2 ) 54.85 ℃ T t1 ln T t2
Q wc c p 2 (t 2 t1 ) KATm
K 115.4W /(m2 K )
解：已知d1 = 0.18m，d2 = 0.16m，ws,2 = 3000kg/h，T1 = 90℃，T2 = 60℃，t1 = 20℃， t2 = 50℃；K = 2000W/(m2· ℃)
冷却水定性温度： t 热水定性温度 (1)
T
20 50 35 ℃ 2
90 60 75 2
代入数据，可得： K = 471.5 W/(m2· ℃)， 逆流传热，对数平均温差算得： Tm 18.2 ℃
ws1c p1 (T2 T1 ) KATm
求得：A = 13.8m2
13. 某溶液在单壳程双管程的列管换热器中用热水加热，溶液浆走管程，其流量 为500kg/h，比热容为3.66 kJ/(kg· ℃)，从进口温度16℃加热到出口温度75℃。热 水的流量为1000kg/h，进口温度为95℃。换热器的总传热系数为60 W/(m2· ℃ )。 求换热器的传热面积。 解：已知：单壳程双管程，ws2 = 500kg/h，cp2 = 3.66kJ/(kg· ℃)，t1 = 16℃， t2 = 75℃，ws1 = 1000kg/h，cp1 = 4.214kJ/(kg· ℃)，T1 = 95℃，K = 60W/(m2· ℃)
P 0.747
R 0.434
由(R，P)值查图，可得：ε = 0.68
0.68 34 23.1 Tm Tm
A Q 29991 .67 21.64(m2 ) KTm 60 23.1
14. 有一套管式换热器，内管为ф89mm×3.5mm的钢管，苯在内管中流动，其 流量为2000kg/h，温度从80℃冷却至50℃。冷却水在环隙中从15℃升至35℃。 苯的对流传热系数为230W/(m2· ℃)，水侧的对流传热系数为290 W/(m2· ℃)，忽 略污垢热阻。苯的比热容1.86kJ/(kg· ℃)，冷却水的比热容为4.178 kJ/(kg· ℃)。试 求：(1)冷却水的消耗量；(2)并流和逆流操作时所需的传热面积(以外表面积为 基准)。 解：已知d1 = 0.089m，d1 = 0.082m，qm2 = 2000kg/h，T1 = 80℃，T2 = 50℃， t1 = 15℃，t2 = 35℃，α1＝290 W/(m2· ℃)，α2＝230 W/(m2· ℃) 苯的定性温度 水的定性温度
290 320 305 K 32 ℃，由此查得：cp2 = 4.174kJ/(kg· K) 2
ws, 2c p 2 (t2 t1 ) ws,1c p1 (T1 T2 )
ws, 2 4.174 (320 290) 1.251.84 (350 300)
解得：ws,2 = 0.918kg/s
7. 在一套式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水 进口温度、出口温度分别为290K和320K，苯的比热容1.86kJ/(kg· K)。试求冷 却水消耗量(忽略热损失）。
解：已知ws,1 = 1.25kg/s，T1 = 350K，T2 = 300K，t1 = 290K，t2 = 320K； cp1 = 1.86kJ/(kg· K) 冷却水定性温度： t 代入数据，得：
(2) ∵
d1 0.089 2 d 2 0.082
∴
dm
d1 d 2 0.089 0.082 0.0855 m 2 2
d 1 1 bd1 1 K 1 d m 2 d 2
1 1 0.0035 0.089 0.089 K 290 45 0.0855 230 0.082
解得：L = 3.0m (3) 逆流流动
两端温差ΔT1 = ΔT2 = 40℃ ∴ΔTm = 40℃
ws1c p1 (t2 t1 ) KATm
3009 4.174 1000 (50 20) 2000 0.18 L 40 3600
解得：L = 2.31m
12. 在逆流套管换热器中，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/m3],由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为ф25mm×2.5mm，水走管 内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850W/(m2· ℃)和1700W/(m2· ℃)，管壁导热 系数λ=45W/(m· ℃)，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃，求水的流量 和换热器的传热面积。 解：已知：t1 = 20℃，cp2 = 4.183kJ/(kg· ℃)，cp1 = 1.9kJ/(kg· ℃)，ws1 = 5kg/s，ρ1 = 850kg/m3，T1 = 80℃，T2 = 30℃，d1 = 0.025m，d2 = 0.02m，α1 = 1700W/(m2· ℃)， α2 = 850W/(m2· ℃)，t2≤50℃
根据热量衡算，可列出：
ws 2c p 2 (t2 t1 ) ws1c p1 (T2 T1 )
dm d 2 d1 0.025 0.02 0.0224m d2 0.025 ln ln 0.02 d1
令t2 = 50℃，求得：ws2 = 0.946kg/s
d 1 1 bd1 1 K 1 d m 2 d 2
解得：K = 121.1 W/(m2· ℃) 并流
t m
T1 T2 (80 15) (50 35) 34.1 ℃ T1 80 15 ln ln 50 35 T2
ws 2c p 2 (T1 T2 ) KATm
2000 1.86 1000 (80 50) 121 .24 A 34.1 3600
dm d1 d 2 0.019 0.015 0.0169m d1 0.019 ln ln 0.015 d2
在污垢形成前的总热阻：
R bd d d 1 1 Rs1 1 1 Rs 2 1 K 1 d m 2 d 2 d2 1 0.002 0.019 0.019 0.019 0.00026 258 45 0.0169 3490 0.015 0.015 4.29 103 (m 2 ℃) / W
.67W 计算热负荷 Q ws 2c p 2 (t2 t1 ) 29991
根据热量衡算计算热流体出口温度：
ws 2c p 2 (t2 t1 ) ws1c p1 (T1 T2 )
求得：T2 = 69.4℃ 计算对数平均温度差(先按逆流计算)：
34 ℃ Tm
∵是双管程 ∴ Tm Tm
解得：K = 233W/(m2· ℃) 增加污垢后的热阻：
R 1 Rs1 bd1 d d 1 Rs 2 1 d m 2 d 2 d2
1
1 0.002 0.019 0.019 0.019 0.000176 0.00026 258 45 0.0169 3490 0.015 0.015 4.79 103 (m 2 ℃) / W
t m T1 T2 (90 20) (60 50) 30.8 T1 90 20 ln ln 60 50 T2
ws1c p1 (t2 t1 ) KATm
3009 4.174 1000 (50 20) 2000 0.18 L 30.8 3600
1、有一传热面积为20m2换热器，用温度 为20℃，流量为13200kg/h的冷却水，冷 却进口温度为110℃的醋酸，两流体呈逆 流流动。换热器刚投入使用时，冷却水出 口温度为45℃，醋酸出口温度为40℃，运 转一段时间后，冷热流体流量、进口温度 不变，冷却水出口温度降到38℃，水比热 为4.2kJ/kg·℃，忽略管壁及两侧污垢热 阻和热损失。试求：传热系数下降的百分 率。
R R 4.79 103 4.29 103 热阻增加的百分率 100% 100% 11.68% 3 R 4.29 10
9. 某列管换热器的管程走冷却水，有机蒸汽在管外冷凝。在新使用时冷却水 的进、出口温度分别为20℃和30℃。使用一段时间后，在冷却水进口温度与 流量相同的条件下，冷却水出口温度降为26℃。已知换热器的传热面积为 16.5 m2，有机蒸汽的冷凝温度为80℃，冷却水流量为2.5 kg/s，求污垢热阻。 解：已知：t1 = 20℃，t2 = 30℃，T = 80℃，T’ = 80℃ ，S = 16.5m2，wc = 2.5kg/s。 冷却水定性温度： t
56.95 ℃ 当冷却水出口温度降低后，有： Tm
K t1 ) wc c p 2 (t 2 STm 66.71 W /(m 2 K )