考试点专业课：考研化工原理传热计算专题讲座讲义.pdf

考试点 1 化工原理化工原理传热传热计算专题计算专题 1.设计型计算 已知：qm1、T1、T2（生产任务），t1、qm2等，求：传热面积A或校核 步骤:（1）计算热负荷；（2）计算tm；（3）计算1、2及K；（4）计算A 若 A实 A计，或Q换 Q需要，则换热器合适。考试点 2 2、操作型计算第一种：已知：换热器A，qm1、T1，T2、t1 求：qm2、t2（需要试差，一般考试不出）步骤:（1）设定t2值；（2）由热量负荷式计算qm2。（3）计算1、2及K；（4）由 122111121221ln（）（）mpTtTtQKAq cTTTtTt 计算t2*值。（5）设定值t2和计算t2*值相符，则计算结束。2、操作型计算第二种：（重要）已知：换热器A，qm1、T1，T2，qm2、t1，求：出口t2 步骤:（1）计算1、2及K；（2）操作型计算即传热过程通式满足热量衡算式和传热速率式 A、无相变时，考试点 3 2212111222212111mpmpmpmpqcTTQq cTTqcttttq c （1）12211221111212122121122112111221lnlnln（）（）（）（）（）（）mpmpTtTtTTttQKAKAq cTTTtTtTtTtKATTttTtq cTTTt 11121122211lnmpmpmpq cKATtq cq cTt （2）22122111mpmpqcTTttq c 考试点 4 （1）（3）联立（1）和（2）式，可以得到t2线性方程组，求解即可。B、一侧有相变时，计算更简便：传热过程同时满足热量衡算式和传热速率式：12211212mlnlntTtTtttTtTtTtTtSSSSSS ）（）（21222112lnmpssttQqcttKATtTt 2212lnmpssqcTtTtKA （2）12221mmpQq rqctt （1）联立可求t2 考试点 5 热量衡算式（计算热负荷）无相变 有相变 11122221mpmpQq cTTqctt 12221mmpQq rqctt 间壁式换热器传热速率式 m mQKAt 12211221mlntTtTtTtTt ）（）（2112mlntTtTtttss K 的计算通式：22m11d1dd1d1AAbAAK 平壁传热：21111 bK 圆筒壁传热，以外径d2为基准：2m21212111 ddbddK 热负荷=传热速率 11121122211lnmpmpmpq cKATtq cq cTt 2212lnmpssqcTtTtKA 考试点 6 1、武汉工程大学 2009 2.(20 分)一传热面积为 20m2的列管式换热器，换热管规格为25mm 2.5mm。新换热器在其壳程用 110的饱和水蒸汽将在管程中流动的某溶液由 20加热至 83。溶液的处理量 2.5104kg/h，比热容为 4kJ/(kgK)。蒸汽侧污垢热阻忽略不计。（1）若该换热器使用一年后，由于溶液侧污垢热阻的增加，溶液的出口温度只能达到 75，求污垢热阻值。(2)拟采用提高加热蒸汽温度的办法使出口温度仍维持在 83，试确定蒸汽的温度。考点分析操作型计算，一侧有相变，原工况新工况 解题思路（1）通过油侧的热负荷计算传热速率 Q 2221mpQq ctt（2）原工况：由 Q 已经求出，则 考试点 7 21222112lnmpssttQqcttKATtTt mtAQK ，可求 K 令解：21222112lnmpssttQqcttKATtTt 2212lnmpssqcTtTtKA 可求 K。（3）一年后的新工况出口温度降低为 t2，热负荷变为 Q，K 变为 K，A不变，tm变为tm 2221mpQq ctt 2112mlntTtTtttss mtAQK ，K可求。K 变为 K差距为污垢热阻 R 可求：考试点 8 RKK111 （5）在新工况下，提高蒸汽温度，则tm变为tm KAQtTtTtttss 2112mln可求出新的蒸汽温度。2、上海交大 2008 考点分析操作型计算，一侧有相变，原工况新工况 解题思路 考试点 9 （1）原工况：K 的求取：（忽略管壁热阻，污垢热阻，当平壁计算）221180001111 K 对流给热系数和流量的关系：（管内强制湍流给热）8.028.02mqu 传热速率与热负荷相等：2212lnmpssqcTtTtKA （2）新工况，流量变化 qm2已知、，冷流体出口温度变化 t2已知，对流给热系数变化2，总传热系数变化 K，有和原工况相同的关系：21800011 K 8.022mq 2212lnmpssqcTtTtK A （3）由有 考试点 10 8.028.02222211800011800011mmqqKK 为 K 和 K的关系式 2212lnmpssqcTtTtKA 2212lnmpssqcTtTtK A 可得到 K 和 K的另一关系式 联立可求解 K，接下来可求解 A 考试点 11 3、华中科技大学 2005 考点分析操作型计算，一侧有相变，原工况新工况 解题思路（1）原工况：传热面积 A 已知。冷流体侧热负荷 12221mmpQqrqctt 可求热蒸汽流量和传热速率。计算原工况下：21222112lnmpssttQqcttKATtTt 考试点 12 2212lnmpssqcTtTtKA （1）原工况忽略蒸汽给热热阻和导热热阻：2211111 bK 则 8.028.028.08.024mmebqdqduRK （2）（3）新工况：冷流体出口温度变化 t2已知，流量变化 qm2未知、，对流给热系数变化2，总传热系数变化 K，有和原工况相同的关系：2212lnmpssqcTtTtK A （3）考试点 13 8.028.024mmqbdqK （4）将 2 代入 1,4 代入 3，然后 1 与 2 相比，可得 221220.822122220.822lnlnmpsmpsmsmpmpsmqcTtqcTtqAKATtqcqcTtK AqA 为 qm2的方程式，可求。（4）12221mmpQq rqctt可求出新工况蒸汽侧流量qm1 考试点 14 4、西北大学 2006 现有传热面积为 20m2的单程列管换热器，壳程通入饱和蒸汽加热管内的空气，150的饱和水蒸气冷凝为同温度下的水，空气流量为 2.8kg/s，空气进口温度为 30，比热容为 1kJ/（kg），对流给热系数为 87W/（m2）。试求：（1）空气的出口温度；（2）若还与一台与原换热器传热面积和结构相同的单程列管换热器，在饱和水蒸气温度及空气流量、入口温度不变的条件下。欲提高空气的出口温度，两台换热器采用并联操作还是串联操作？请做定量计算说明。计算中假定空气物性不随温度变化，空气在管内均为湍流流动，换热器损失可忽略不计。考点分析操作型计算，一侧有相变，原工况新工况 解题思路（1）蒸汽冷凝加热空气，2211111 bK 872 K 考试点 15 一侧有相变：21222112lnmpssttQqcttKATtTt 2212lnmpssqcTtTtKA ,可求 t2.（2）两换热器并联：并联时流量减半 8.0228.022)5.0(87mmqKqK 并并并并 两式相比，可求得 K并。同理，并联时：22120ln并并.5.5mpssqcTtTtK A 可求得 t2 并.两换热器串联：串联时面积加倍，流量不变，则总传热系数不变：考试点 16 2212ln(0.5)串mpssqcTtTtKA 可求 t2 串.考试点 17 5、天津大学 2010 饱和温度为 80的苯蒸汽，在一单程立式列管冷凝器的壳程被冷凝成液体，再进行下一步冷却至某一温度，苯的流量为 0.5Kg/s；苯蒸汽冷凝的对流给热系数为 1500 W/（m2.），汽化潜热为 394 Kg KJ/Kg；液体苯冷却的对流传热系数为 1000W/（m2.）,平均恒压比热容为 1.8 KJ/（Kg.）。管程流体为逆流流动的冷却水，流量为 5.6 Kg/s，由 20加热至 30，对流传热系数为 2372 W/（m2.），平均恒压比热容为 4.18 KJ/（Kg.）。试求：（1）液体苯的出口温度（）；（2）换热器的传热面积（m2）。（忽略换热器的热损失；换热管壁很薄，不考虑管壁热阻及污垢热阻。）考点分析操作型计算，一侧有相变，串联换热 解题思路（1）传热过程分为有相变的冷凝给热过程和无相变的传热过程的串联：根据热量衡算计算苯的出口温度 T2：考试点 18 222111112mpmmpQq cttq rq cTT（2）忽略管壁热阻及污垢热阻：21111 K 对于串联过程进行分别计算换热面积，设有相变蒸汽冷凝给热过程结束，冷流体的温度为 t中，则 2221中mpmQq cttq r，可求得 t中 a有相变的冷凝给热过程：12211ln中中中mpssttQqcttKATtTt 22111ln中mpssqcTtTtK A （2）211111 冷凝冷凝K可求，则由（2）可求的 A1。考试点 19 b无相变的给热过程：12212222221112121222122221211122lnlnln中中中中中中（）（）（）（）（）（）mpmpTtTtTTttQK AK Aq cTTTtTtTtTtTTttK ATtq cTTTt 112212112221ln中mpmpmpq cK ATtq cq cTt （3）21111 对流对流K可求，由（3）可求得 A2。换热器的面积 A=A1+A2