② 隔板将管子分成若干组，构成多程换热器, 增大流速, 以提高管程?。
7、现场有一列管式加热器，管程有φd×δmm钢管n根，每根长L米,内通水。壳程为压力等于PPa(绝)的饱和水蒸气冷凝。今欲实测此换热器传热系数K，试问 ① 需要测取哪些数据?说出所用仪表。
② 根据测得的数据列出计算K值的有关公式及计算方法。 （4分）
答： ① 需要测水的进、出口温度t1和t2，可使用温度计测量;需要的加热蒸汽温度,可使用热电偶测量, 需要测水的流量, 可使用转子流量计测量。
② Q?W水Cp(t2?t1)
水换热器面积 A0?n?d0L 平均推动力 ?tm?
?t1??t2 ?t2?T?t1 ?t1?T?t2
?tln(1?t2?V水Cp水（t2?t1)Q基于外表面的总传热系数 K0? ?A0?tmn?d0L??tm五、计算题
1、某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100 mm，其导热系数分别为0.9 W/（ｍ·℃）及0.7 W/（ｍ·℃）。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为700℃, 外表面温度为130℃。为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40 mm, 导热系数为0.06 W/（ｍ·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃, 外表面温度为90℃。设两层材料的导热系数不变。计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？ （10分）
解：设单位面积炉壁的热损失为q（q?QS），加保温层前，是双层平壁的热传导
q1?t1?t3700?130??2240w/m2 （4分）
b1b20.10.1???1?20.90.7t1?t4740?90??707w/m2 （4分） 0.10.10.04b1b2b3?????1?2?30.90.70.06q1?q22240?707??68.4% （2分） q12240加保温层后，是三层平壁的热传导
q2?热损失减少的百分数
2、外径为426 mm的蒸气管道, 其外包扎一层厚度为426 mm的保温层, 保温材料的导热系
数可取为0.615 W／(ｍ·℃)。若蒸汽管道的外表面温度为177℃, 保温层的外表面温度为38℃, 求每米管长的热损失。 （10分）
解：由已知 r2 = 0.426/2 = 0.213 m， r3 = 0.213 + 0.426 = 0.639 m （5分）
每米管长的热损失
Q2??(t2?t3)2??(177?38)???489w/m （5分）
r0.639Llnln30.213r23、在一套管换热器中，用水蒸气加热空气，已知空气侧的对流给热系数为 40W/(m2?℃),蒸
汽冷凝侧的对流给热系数为5000W／(m2?℃)，现欲提高此传热过程的总传热系数,应从何着手解决？试用具体数据说明理由。（注：管壁热阻及污垢热阻可忽略,空气湍流） （15分） 解： 当忽略管壁及污垢热阻时
11111???? K?1?2500040K?39.7 W/(m2?℃) (4分)
由于?1>>?2,故应设法增大?2之值
在管程允许的压力降范围内增大空气的流量,设将空气流量提高2.4倍,则
℃) ?2??2.40.8?2?2.40.8?40?80 W/(m2·
K??11?1?1?111?500080?78.7 W/(m2·℃) (5分)
?2K?78.7???1.98 若将?1增大一倍?1?10000 W/(m?℃) (3分) K39.7K?39.8??1.98 (3分) K??39.8 W/(m?℃)
K39.7
4、某厂精馏塔顶,采用列管式冷凝器,共有φ25×2.5mm的管子60根, 管长为2m,蒸汽走管间,冷却水走管内,水的流速为1m/s 。进、出口温度分别为20℃和60℃,在定性温度下水的物性数据为:ρ=992.2kg/m3 λ=0.6338W/(m·℃) μ=6.56×10-4Pa.s Pr=4.31 ① 求管内水的对流给热系数
② 如使总管数减为50根,水量和水的物性视为不变,此时管内水的对流给热系数又为多大? (15分)
解: Re??du0.02?1?992.2??3.025?104?1000 ?4?6.56?10d?20.02?100?50 (3分)
0.8 0.6?Pr?160 L∴可采用下式计算对流给热系数 Nu?0.023RePrn
流体被加热 n=0.4 ∴Nu?158.5 (2分)
???d?Nu?0.6338℃) (2分) ?158.5?502 4W/(m2·
0.02 (2) 当管子根数减少时,流速变大 u??(n)u?(60)?1?1.2m/s (4分) ?n50???(u?)0.8 (2分) ?u????(u?u)0.8?5024?1.20.8?5813W/(m2?℃） (2分)
5、一套管换热器,由φ48×3mm和φ25×2.5mm的钢管组成,两种流体在内管和环隙流过，分别测得对流给热系数为?1和?2，若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。 求将内管改φ32×2.5mm后,管内对流给热系数有何变化?(假设流动状态皆为湍流) (10分) 解: 原内管外径d1?25mm 内径 d2 ?25-2.5?2?20mm
?? 32mm 内径d2??32-2.5?2?27mm 新内管外径 d1? 设 改用φ32×2.5钢管后,内管对流给热系数?14Vρ0.81)?1.8 (5分)
dd?dμ?'20??()1.8?0.583 (5分) ?27α?(6、一套管换热器用 133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从 33℃加热到 73℃，氯苯流量为
5500Kg/h。现因某种原因，氯苯流量减少到 3300Kg/h，但其进出口温度维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求？此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？（设两种工况下的蒸汽冷凝热阻，管壁热阻，垢层热阻及热损失均可略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化） (15分)
WCCPC?t2?t1??KS?tm(1)解： (3分)
?CPC?t2?t1??K?S?tm?(2)WC?3300?K????K?0.66K
5500??T??t1?1?得:5500?KT??t2 (5分) ?2?3300K?lnT?t1T?t2lnnT??t15500133?33??0.66ln?0.567
T??t23300133?73T??t1?1.76 (3分) ?T?t20.8T??1.76t2?t11.76?73?33??125.9??C?
0.760.76K?tm?0.6 (4分) ?K?tmWh?/Wh?7、重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为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它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。
解： 以下标“′”表示并流的情况。由传热速率和热量衡算式知：
??WhCph(T1?T2?)?WcCpc(t2??t1) Q??K0?tmQ?K0?tm?WhCph(T1?T2)?WcCpc(t2?t1) (3分)