化工原理课后习题答案 - 天津大学出版社主编夏清

流传热系数为3490 W/(m?℃),管外油侧对流传热系数为258 W/(m?℃)。换热器用一段时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污垢热阻为0.00026m?℃/W,油侧污垢热阻0.000176m

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?℃/W。管壁导热系数λ为45 W/(m?℃),试求:(1)基于管外表面的总传热系数;(2)产生污垢后热阻增加的百分比。

解:(1)1/K0 =d0/αidi+1/α0+Rsid0/di+Rs0+bd0/λdm

=19/(3490×15)+0.00026×19/15+0.000176+(0.002×19)/(45×16.9)+1/258 ∴K0 =208 m?℃/W

(2)产生污垢后增加的总热阻:

d0/αidi + Rs0=19/(3490×15)+0.000176=0.00050533 产生污垢前的总热阻:

d0/αidi+1/α0+ bd0/λdm=19/(3490×15)+(0.002×19)/(45×16.9)+1/258 =0.0043

∴增加的百分比为:0.00050533/0.00429=11.8%

11.在一传热面积为50m的单程列管式换热器中,用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h,温度由20℃升至38℃。溶液的温度由110℃降至60℃。若换热器清洗后,在两流体的流量和进出口温度不变的情况下,冷水出口温度增至45℃。试估算换热器清洗前后传热面两侧的总污垢热阻。假设(1)两种情况下,流体物性可视为不变,水的比热容可取4.187kJ/(kg?℃);(2)可按平壁处理,两种工况下αi和α0分别相同;(3)忽略管壁热阻和热损失。

解:换洗前:热流体:T1=110℃ → T2=60℃

冷流体:t2=38℃ ← t1=20℃ Γt1=72℃ Γt2=40℃

∴Γtm =(Γt1- Γt2)/ln(Γt1/Γt2)=54.4℃ Q= WhCph(T1 - T2 )=50WhCph

=WcCpc(t2-t1)=18WcCpc

=K0S0Γtm =54.4K0S0

代入数据计算得K0=254 W/(m?℃)

换洗后::热流体:T1=110℃ → T2=60℃

冷流体:t2=38℃ ← t1=20℃

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Γt1=72℃ Γt2=40℃

∴Γtm =(Γt1- Γt2)/ln(Γt1/Γt2)=54.4℃ Q= WhCph(T1 - T2 )=(100-T2)WhCph

=WcCpc(t2-t1)=25WcCpc

=K0S0Γtm

∴50/(100-T2)=18/25 →T2=40.56℃

∴Γtm =(Γt1- Γt2)/ln(Γt1/Γt2)=35℃ Q= =WcCpc(t2-t1)= K0S0Γtm 代入数据计算得K0=548.3 W/(m?℃) ∴总污垢热阻为:1/ K0-1/ K0=1/245-1/548.3 =2.1×10 m?℃/W

12.在一单程列管换热器中,用饱和蒸汽加热原料油。温度为160℃饱和蒸汽在壳程冷凝(排出时为饱和液体),原料油在管程流动,并由20℃加热到106℃,列管换热器尺寸为:列管直径为ф19×2mm,管长为4m ,共25根管子。若换热器的传热量为125Kw,蒸汽冷凝传热系数为7000 W/(m?℃),油侧污垢热阻可去为0.0005 m?℃/W,管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略,试求管内油侧对流传热系数。

又若有的流速增加一倍,此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍,试求油的出口温度。假设油的物性不变。

解:1/K0 =d0/αidi+1/αi+Rsid0/di,又K0=Q/S0Γtm 其中S=25×3.14×19×103×4=5.97

Γtm =(Γt1- Γt2)/ln(Γt1/Γt2)=90.27℃

∴K0=125×103/(5.97×90.27)=232.1 W/(m?℃) 可以解得 αi =359.5 W/(m?℃) 改变流速后:

K0= 1.75K0=406.2 W/(m?℃)

Q=2Q(t2-t1)/(t2-t1)=125×103(t2-20)/86 又Γtm =[(T- t1)-(T- t2)]/ln[(T- t1)/(T- t2)]

=Q/K0S

可以解得 t2=99.2℃

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