A? L?QK?tmA??3000?4.186?10??90?60?33600?2000?30.61.71?3.4m；
?1.71m，
2?d3.14?0.16 ⑶t1?T2?90?50?40?C，
4040 t2?T1?60?20?40?C， ??2，??tm?40?402?40?C，
3 A? L?QK?tmA?3000?4.186?10??90?60?3600?2000?401.31?2.6m
?1.31m，
2?d?3.14?0.164-8、一套管式换热器内流体的对流传热系数?1?200W?m?2?K?1，管外流体的对流传热系数?2?350W?m?2?K?1。已知两种流体均在湍流情况下进行换热。试回答下列问题：
（1）假设管内流体流动增加一倍； （2）假设管外流体流速增加二倍。
其它条件不变，试问总传热系数是原来的多少倍？管壁热阻及污垢热阻可不计。 （答：（1）1.37倍 ；（2）1.27倍 ） 解：?1?200W?m?2?K?1，?2?350W?m?2?K?1 K??1??2?1??2?200?350200?350?127W?m?2?K?1；
??2u1， ⑴管内流速增加一倍，即u1 因为是湍流情况下的换热，故：
?1??1??u1???u?1????0.8?20.8?1.74，
?2 ?1??1.74?1?1.74?200?348W?m K??
K?K??K?2?1，
?1?1???2?1???2174.5127?348?350348?350?174.5W?m?K，
?1.37倍；
??3u2， ⑵管外流速增加二倍，即u2 因为是湍流情况下的换热，故：
??2?2?u2????u?2????0.8?30.8?2.408，
?2??2.41?2?2.41?350?842.8W?m ?2?K?2?1，
?1 K???
??1??2??1??2161.6127?200?842.8200?842.8?161.6W?m?K，
K??K??1.27倍。
21
4-9、有一套管式换热器，内管为?54mm?2mm，外管为?116mm?4mm的钢管。内管中苯被加热，苯进口温度为500C，出口为800C。流量为4000kg?h?1。套管中为
?2?1p?196.1kPa的饱和水蒸气冷凝，冷凝的对流传热系数为10000W?m?K。已知管内
壁的垢阻为0.0004m2?K?W?1，管壁及管外侧热阻均可不计。苯的密度为880kg?m?3。试求：（1）加热水蒸气用量；（2）管壁对苯的对流传热系数；（3）完成上述处理所需套管的有效长度。(答：（1）100kg?h?1；（2）985W?m?2?K?1 ；（3）10.6m) 解：苯的定性温度t?80?502?65?C，
?1 查表得：cp?1.86kJ?kg??C?1，
??0.145W?m?1?K?1， ??0.39?10?3Pa?s， ??880kg?m?3，
p?196.1kPa下：
饱和水蒸气的饱和温度ts?119.6?C，汽化热r?2205kJ?kg⑴Q?G蒸气r?G苯cp?t2?t1? G蒸气?G苯cp?t2?t1?r?4000?1.86??80?50?2205?100kg?h?1?1；
；
⑵设为湍流
q4?4000?1?0.645m?s， u?m?2A?3600????0.05??880 Re? Pr?du??cp???0.05?0.645?8800.39?103?3?7.3?10?34?10与假设相符，
41.86?10?0.39?100.145??5，
??0.023 ?0.023?d0.1450.05Re0.8Pr0.4
40.80.4?7.3?10??5??985W?m?2?K?1；
⑶t1?T1?119.6?50?69.6?C， t2?T2?119.6?80?39.6?C， ?69.639.6?2，??tm?39.6?69.62?54.6?C，
K1?11?1 A? L?Q?R??d1?11985?0.0004?30.0510000?0.108?1.66m，
2?684W?m?2?K?1
?2d24000?1.86?10??80?50?3600?684?54.6?10.6m
00K?tmA?d?1.66??0.054-10、空气在预热器内从20C加热至80C，116C的饱和蒸汽在管外冷凝，若保持空气进出口温度不变，而将预热器内的空气流量增加20%，而预热器不更换。试通过定量计算来说明采用什么措施来完成新的生产任务？假定空气在管内做湍流流动，且总传热系数
22
0（答：管径缩小为原来管径的0.955倍；管长增加为原K约等于空气一侧的对流传热系数。
来管长的1.037倍；将加热蒸气的温度升为118.1?C）
解：?W?c?1.2Wc 故Q??W?ccpc(t2?t1)?1.2Q，
根据Q?KS?tm，且Q??1.2Q， 故可从以下三方面着手提高生产能力： ⑴增大K值，即提高?空值，物性不变： ?K??u0.8Vs空?d0.2，而u?d2
?K?V0.8sd1.8,?可减小d，
而S??dL?d，?tm不变
0.81.8 ?Q?Q?K?S??tmKS?t?Vs?dd?md?1.8V0.8?1.2，
sd 而V0.80.8 s?V?1.2，???d??1.2??Vs?s?d???????1.2?0.2，
?Vs??? ?d?d?0.955，
即管径缩小为原来管径的0.955倍；
⑵增大S：
由S??dL，故S?L，因管径d不变，?tm也不变，
且K?0.8K???Vs????，
?V?s?S?0.8 ?Q?L?Q?K????Vs??KS???V?s?L?1.2，
而Vs?L?V?1.2，??1.2??V0.8s????1.2?0.2?1.037， sL??Vs??? 即管长增加为原来管长的1.037倍； ⑶提高?tm：
由于t1，t2不变，故只能升高加热蒸气的温度T，此时S不改变， ?K??V0.8s??0.K???V???1.2?8， ??s? ?Q?K??t?mQ?K?t， m ?t(116?20)?(116?80)m??61.2?C，
ln116?20116?80 ?1.2??1.2?0.8??t?m61.2， ??t???1.2?0.2m?61.2?63.47?C，
23
(T??20)?(T??80)?63.47?C，
T??20lnT??80T??20ln?0.945， T??80 ?T??118.1?C，
即将加热蒸气的温度升为118.1?C。
即
4-11、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油，温度为1600C的饱和蒸汽在壳程冷凝，原料油在管程流动并由200C加热到1060C。操作温度下油的密度为920kg?m?3，油在管中的平均流速为0.75m?s?1，换热器热负荷为125kW。列管换热器共有25根
?2?1?19?2mm的管子，管长为4m。若已知蒸汽冷凝系数为7000W?m?K，油侧污垢热
阻为0.0005m2?K?W?1，管壁和蒸汽侧污垢热阻可忽略。试求管内油侧对流传热系数为多少？若油侧流速增加一倍，此时总传热系数为原来的1.75倍，试求油的出口温度，设油的物性常数不变。
??99.5?C） （答：??360W?m?2?K?1 , t2解：⑴?tm??160?20???160?106ln160?20160?106??90?C，
基于管内表面总传热系数： Ki?1Ki1295QS?tm?125?10325?3.14?0.015?4?90?295W?m?2?K?1，
由?1?i1?Rsi?di?0d0
即??i?0.0005?0.0157000?0.019
?2?1 ??i?360W?m?K；
⑵由原热负荷：Q?Wccpc(106?20)?1.25?10， 得: Wccpc?1.45?10W?K3?15,
3??20)?2?1.45?10?(t2??20)?2900(t2??20)， 现热负荷：Q??2Wccpc(t2
又传热速率方程：
??1.75?295?25?3.14?0.015?4? Q??Ki?Ai??tm?160???20???160?t2ln160?20?160?t2
24
?2431??160???20???160?t2ln160?20?160?t2，
??20)?2431? ?2900(t2?160???20???160?t2ln160?20?160?t2，
??99.5?C。 ?t2第5章 蒸发
5-1、在葡萄糖水溶液浓缩过程中，每小时的加料量为3000kg，浓度由15%（质量）浓缩到70%（质量）。试求每小时蒸发水量和完成液量。（答：2357kg?h?1，643kg?h?1）
解：⑴蒸发水量W?F(1?x0x0.70 ⑵完成液量F?W?3000?2357?643kg?h?1。
)?3000(1?0.15)?2357kg?h?1；
5-2、固体NaOH的比热容为1.31kJ?kg?1?K?1，试分别估算NaOH水溶液浓度为10%和25%时的比热。 （答：3.77kJ?kg?1?K?1，3.47kJ?kg解：⑴10%浓度的NaOH溶液：
c?cw(1?x)?4.183(1?0.1)?3.77kJ?kg?1?1?K?1）
?K?1；
⑵25%浓度的NaOH溶液：
?1?1 c??cw(1?x)?c质x?4.183(1?0.25)?1.31?0.25?3.47kJ?kg?K。
5-3、已知单效常压蒸发器每小时处理2000kg NaOH水溶液，溶液浓度由15%（质量）浓缩到25%（质量）。加热蒸汽压力为392kPa（绝压），冷凝温度下排出。分别按20℃加料和沸点加料（溶液的沸点为113℃）。求此两种情况下的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。假设蒸发器的热损失可以忽略不计。（答：1160kg?h?1、1.45，850.9kg?h?1、1.06）
解：蒸发水量W?F(1?x0x1)?2000(1?0.150.25?1)?800kg?h?1，
392kPa时蒸气的潜热r?2132kJ?kg，
?1 NaOH溶液的比热c?cw(1?x)?4.183(1?0.15)?3.56kJ?kg ⑴原料于20?C加入 二次蒸气的焓2670kJ?kg
D?2132?1?K?1，
?1160kg?h?1(2000?800)?3.56?113?800?2670?2000?3.56?20
DW?1160800?1.45；
⑵沸点加料
D?(2000?800)?3.56?113?800?2670?2000?3.56?1132132?850.9kg?h?1DW?850.9800?1.06。
25