四、计算题
1. 有一逆流操作的热交换器，用15℃的水冷却过热氨蒸汽，氨气温度为 95℃，流率为 200kg/h，氨气
在热交换器中冷却。冷凝液在饱和温度（30℃）下派出。在冷却冷凝过程中，热交换器各界面上氨气与水的温度差最小处不允许小于 5℃。求冷却水用量及水最终出口温度？已知 90℃，0氨气的焓分别为 1647,1467KJ/kg,30℃液氨的焓为 323KJ/kg，水平均比热为 4183J/kg℃。
2. 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） 3. 某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m2 （管外面积），均由128
根 Ф25×2.5mm的钢管组成。壳程为 170℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜热为r=2054KJ/kg），凝液不过冷。空气走管程，其入口温度t1 =30℃ ，流量为4500kg/h 假定空气的物性参数不随温度、压力变化，可视为常数，分别为CP=1.005KJ/Kg.K， ρ=1.06Kg/m3 ，μ=20.1×10-3cp ,λ=0.029w/m.k。热损失可略，管内湍流时空气的对流给热系数可用下式计算： Nu=0.02Re0.8 ；
4. 若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，试求空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的
总冷凝量 m1(kg/h)； 若两台改为串联使用，试求此时空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量 m1(kg/h)；试比较并联及串联时传热效率的大小，并求两情况下总传热能力的比值 Q串/ Q并。 5. 有一带夹套的反应釜，釜内盛有某反应液。反应液的初始温度为 20℃。釜内液体由于剧烈地搅拌可
认为温度均一。反应液需加热到 80℃进行反应。若夹套内通以 120℃的蒸汽加热，已知前 10分钟反应液的温升为 60℃，则反应液由初始温度加热至反应温度需要多少时间？若夹套内通以进口温度为 120℃的热流体加热，前 10 分钟反应釜的温升同样为60℃，则反应液由初始温度加热到反应温度需多少时间？（热流体无相变） 6. (非稳态传热)
7. 某单程列管式换热器，其换热管为?25?2 mm的不锈钢管，管长为3m，管数为32根。在该换热器中，
用25℃的水将壳程的110℃的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸汽的冷凝传热系数为
8.2?103 W/(m2·℃)。水的流量为15000 kg/h，平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃)；管壁与水的对流
传热系数为1000W/(m2·℃)；不锈钢的导热系数为17 W/(m·℃)。试求： 总传热系数Ko；水的出口温度。
8. 有一加热器，为了减少热损失，在加热器壁的绝热材料。的外面包一层导热系数为0。16W/m℃，厚
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度为300mm的绝热材料。已测得绝热层外缘温度为此30℃，距加热器外壁250处为75℃，试求加热器外壁面温度为若干？(300℃)
9. 工厂用φ170 ×5mm的无缝钢管输水蒸气。为了减少沿途的损失，在管外包两层绝热材料：第一层为
厚30mm的矿渣棉，其导热系数为0.065 W/m℃；第二层为厚30mm的石棉灰，其导热系数为0.21 W/m℃。管内壁温度为300℃；保温层外面温度为40℃。管道长50m.。试求该管道的散热量。 (1.42×104W)
10. 为100mm的蒸汽管，外包两层厚度皆为15mm的保温材料，外面一层的导热系数位0.15 W/m℃，里面
一层的导热系数为0.5 W/m℃，已知蒸汽管外表面温度为150℃，保温层外表面温度为50℃。求每米管长的热损失为多少？两保温层交界处的温度为多少？ (329 W/m2，122.5℃)
11. 一套管式换热器，外管尺寸为φ38×2.5mm，内管为25×2.5mm的钢管，冷水在管内以0.3m/s的流速
流动。水进口温度20℃，出口40℃，试求管壁对水的对流传热系数。 (1640 W/m℃)
12. 石油厂常用渣油废热以加热原油。若渣油初温为300℃，终温为200℃；原油初温为25℃，终温为175℃。
试分别求两流体作并流流动及逆流流动时的平均温度差，并讨论计算结果。 (104℃，150℃)
13. 200Kg/h的硝基苯由355K冷却至300K，冷却水初温为15℃，终温为30℃，求冷却水用量。又如将冷
却的流量増加到3.5m3/s，求冷却水的终温。 (26℃)
14. 换热器中采用120.85kPa(绝压)的饱和水蒸气加热苯，苯的流量为4500kg/h，从20加热到60。若设
备的热损失估计为所需加热量的7%，试求热负荷及蒸汽用量(设蒸汽凝液在饱和温度时排除)。 (131.24kg/h)
15. 某管壳式换热器中，用水逆流冷却某石油馏分，换热器的总传热系数为233.6。该馏分的流量为
1500kg/h，平均比热为3.35KJ/kg. ℃，要求将它从90℃冷却到40℃。冷却水的初温为15℃，出口温度为55℃。试求：所需传热面积和冷却水用量。 (10m2，1500kg/h)
16. 在管长为1m的冷却器中，用水冷却热油。已知两流体并流流动，油由420K冷却到370K，冷却水由
285K加热到310K。欲用加长冷却器管子的办法，使油出口温度降至350K。若在两种情况下，油、水的流率、物性常数、进口温度均不变；冷却器除管长外，其它尺寸也不变；忽略热损失。试求管长。 (1.66m)
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17. 10．现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为5000 Kg/h，进
口温度为80℃，出口温度为50℃；水在环隙中流动，进口温度为15℃，出口为30℃。逆流流动。冷却面积为2.5m2。问所测得的总传热系数为若干？ (745 W/m2℃
18. 在一套管式换热器中，内管为φ180 ×10mm的钢管，内管中热水被冷却热水流量为300 Kg/h，进口
温度为，出口为60℃。环隙中冷却水进口温度为50℃，总传热系数 2000 W/m2.℃。 试求： 1.冷却水用量；2.并流流动时的平均温度差及所需的管子长度；3.逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。
(3011.5Kg/h；2.32m；3.0m)
19. 在一传热外表面积为300m2的单程列管式换热器中，300℃的某种气体流过壳方并被加热到430℃，
另一种560℃的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为1×104Kg/h,平均比热均为1.05 KJ/kg.℃，求总传热系数。假设换热器的热损失为壳方气体传热量的10%。 (11.3W/m2℃)
20. 某列管换热器由φ25×2.5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆流流动。已知
管内侧空气侧的对流传热系数为50 W/m2?℃，管外水侧的对流传热系数为1000 W/m2?℃，钢的导热系数为45 W/m? ℃。试求基于管外表面积的总传热系数K。若管壁热阻和污垢热阻忽略不计，为提高总传热系数，在其它条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：1.将管内侧空气侧的对流传热系数提高一倍；2.将 管外水侧的对流传热系数提高一倍。分别计算K值。 (37.2W/m2?℃，74W/m2?℃，39W/m2?℃)
21. 在一单壳程、四管程换热器中，用水冷却热油。冷水在管内流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃。
热油在壳方流动，进口温度为120℃，出口温度为40℃。热油的流量为1.25kg/s，平均比热为1.9KJ/kg.。若换热器的总传热系数为470 W/m2?℃，试求换热器的传热面积。 (9.1 m2)
22. 质量流量为7000kg/h的常压空气，要求将其温度由20 ℃加热到85 ℃，选用108 ℃的饱和蒸汽作
加热介质。若水蒸气的冷凝传热系数为1.0×104W/m2?K。定性温度下空气的物性参数：
Cp=1.0kJ/kg? ℃, μ=1.98×10-2cP , λ=2.85×10-2W/m? ℃，普兰特准数为0.7。1.总传热系数。2. 核算此换热器能否完成此换热任务（已知该换热器为单管程、单壳程、管数为200根，管子规格为φ25×2.5mm，管长为2m，管壁及污垢热阻可忽略） (89.04，能)
23. 有一套管式换热器，内管为φ54×2mm，外管为φ116×4mm的列管，内管中苯被加热，其流速为
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0.643m/s，苯的进口温度为50℃，出口温度为80℃，外管中为120℃的饱和水蒸气冷凝，冷凝对流传热系数为1.0×104W/m2.K，管壁热阻及污垢热阻均可忽略不计，试求：套管的有效长度。（K值的计算以内管的外壁为基准；苯在定性温度下的物性：Cp=1.86KJ/kg.℃ ρ=880kg/m3 λ=0.134w/m.℃ μ=0.39cP） (14.3m)
24. 在传热面积为20 m2的列管式换热器中用温度为20℃，流量为13500 kg/h冷水将某油品从110℃冷
却至40℃，冷却水出口温度为50℃。运转一年后，两流体的流量和进口温度均不变，而测得冷却水出口温度降至40℃，经分析是由于污垢积累所至，试计算污垢热阻的增加量。可忽略热损失，水的平均比热4.2KJ/Kg.℃。 (0.002m2℃/W)
25. 套管换热器的内管为φ38×2mm的铜管。今以绝对压强为294Kpa的饱和蒸汽将内管内的5000 kg/h
氯苯由33℃加热到75℃。现某种原因，氯苯流率减小到1350 kg/h，而进、出口温度不变。如仍在原换热器内进行换热，你将采取什么措施？并计算建议改变的项目。两种流率下氯苯在管内流动均为湍流，但氯苯的物性常数可视为不变。已知冷凝传热膜系数比氯苯传热膜系数数值大得多。氯苯侧污垢热阻可忽略不计。(蒸汽压强降为176.5 Kpa)
26. 一卧式列管换热器，钢质换热管长3m，直径为φ25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃
被加热到37℃，流率为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/kg。已测得：蒸汽冷凝系数为800W/ m2℃，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算换热管的总根数及换热器的管程数。计算时可忽略管壁热阻及热损失。 (80，4)
27. 在一油冷却器里，水一单管为100g/s的流量流过得钢管，油以单管为75g/s的流量在管外逆向流动。
若管长为2m，油和水的进口温度分别为370K和280K，问油的出口温度为多少？已知油侧的对流传热系数为1700 W/ m2℃、水侧的对流传热系数为2500 W/ m2℃，油的比热为1.9 KJ/Kg.℃。 (325K)
28. 某列管冷凝器，管内通冷却水，管外为有机蒸气冷凝。在新使用时，冷却水的进出口温度分别为20℃
和30℃。使用一段时期后，在冷却水进口温度与流量相同的条件下，冷水出口温度降为26℃。求此时的垢层热阻。已知换热器的传热面积为16.5m2，有机蒸气的冷凝温度为80℃，冷却水流量为3.0Kg/s，水的比热为4.2KJ/Kg.K。
29. 一单壳程单管程列管式换热器，苯在换热器管内流动，流量为1.5kg/S，由80℃冷却到30℃。冷却
水在管间和苯作逆流流动，水进口温度20℃，出口温度50℃,已知苯的平均比热为1.9×103J/
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