第２８卷第５期；工程热物理学报；ｖ０１．２８，Ｎ０５；１竺！兰！皇！呈兰竺竺竺！！竺呈坚！呈型坚呈三！；低压汽轮机三维叶栅通道内湿蒸汽两相流动的；数值模拟与分析；巫志华；李亮丰镇平；陕西西安７１００４９）；（西安交通大学叶轮机槭研究所，；摘要；采用完全气体单相流动模理，实际气体平衡态凝结和非；叶栅中三维湿蒸汽两相流动进行了模拟和分析．计算表；关键词平衡志；非
第２８卷第５期
工程热物理学报
ｖ０１．２８，Ｎ０５
１竺！兰！皇！呈兰竺竺竺！！竺呈坚！呈型坚呈三！！！竺呈！坚！！竺！竺：！！！！
低压汽轮机三维叶栅通道内湿蒸汽两相流动的
数值模拟与分析
李亮丰镇平
陕西西安７１００４９）
（西安交通大学叶轮机槭研究所，
采用完全气体单相流动模理，实际气体平衡态凝结和非平衡态自发凝结三种不同的计算方法对某低压汽轮机静
叶栅中三维湿蒸汽两相流动进行了模拟和分析．计算表明ｔ三种模式计算结果有一定的差别；水滴的生长过程对出口气流角分布有一定的影响；非平衡态计算得到的出口湿度比平衡态计算结果略微小一些；进一步的分析表明在非平衡态计算中．进口水滴半径对出口湿度和出口水滴半径均有影响．
关键词平衡志；非平衡态；低压汽轮机；湿蒸汽中图分类号：０３５４文献标识码：Ａ文章编号：０２５３＿２３ｌｘ（２００７）０５＿０７６３＿０３
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流动或平衡态凝结流动来处理。随着水滴成核、生长理论及计算流体动力学方法的快速发展，对湿蒸
汽流动的数值模拟也日趋成熟，并在设计中逐渐得到应用．
本文采用完全气体模型、平衡态凝结以及非平衡凝结流动模型三种不同的方法对某低压级静叶栅的湿蒸汽流动进行数值模拟，以比较这三种方法所获得的计算结果之间存在的差异，同时分析了不同进口水滴半径对出口湿蒸汽参数的影响．
汽轮机内的湿蒸汽流动引起效率降低和叶片的水蚀损坏。三维湿蒸汽流动常常由于气液相变而导致对其精确的实验测量非常困难。而在实际设计过程中，人们通常采用ＢａＩｌｌｎａｎｎ于１９２１提出的经验公式【ｌ】来考虑这种湿汽损失，但这一经验公式并没有坚实的理论支持而无法满足现代蒸汽透平设计中以高效率和高可靠性为目标的要求。
与干蒸汽透平级相比，低压透平的设计方法并不完善而在效率提高方面存在较大的潜力。由于其显著的经济效益，人们已经对这一问题作了大量研究。尽管已经有低压透平内的三维湿蒸汽流动计算文献的公开发表ｐ“Ｊ，但这些计算通常都是忽略流动中出现的非平衡效应而把工质当成理想气体单相
收稿日期：２００６＿１２－０５，修订日期：２００７一０７．２３
２流动控制方程和数值方法
作者在文献１５】中建立了欧拉／欧拉模型来描
述凝结流动。该模型假设汽液两相间无滑移，湿蒸
汽两相流动可以采用两相分开处理，其中混合物中
基金项目ｔ国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ５０３３６０５０）
作者简介，巫志华（１９７８＿），男，广东梅州，人，博士生，主要从事湿蒸汽两相流动方面的研究工作。
万方数据　
工程热物理学报２８卷
的蒸汽为汽相，液相为弥散在汽相中的凝结水滴，相间的作用通过相应的源项来表示．气相的控制方程可用通常的可压缩Ｎ，ｓ方程加表示相变引起的源项来描述。在直角坐标系下可以写成【５】：
豢＋豢＋等＋警＝鲁＋篑＋警＋岛㈣就。８ｚ’两ｌ８ｚ
８簟。８＝。…ｉ
其中，“ｋ，＾，，分别表示水蒸气混合物的密度，
蒸汽相的总焓及凝结潜热。源项一Ｐ南，一廊矿和一砷（ｋ一＾如）用来表示相间的质量、动量和能量
的佳递．晚为质量凝结速率（１／ｓ）．此外，还需要再加两个输运方程来描述液相：
掣州舢）－ＰＪ
掣仃（ｐｙ啦肪
其中，ｙ，Ⅳ，Ｊ分别表示湿度、单位体积内的水滴数和成核率．有关这一模型的更详细的描述可以参考文献【５】．数值方法采用基于有限体积的时间推进法进行求解，空间离散采用二阶迎风，其中采用的湍流模型为标准≈一ｅ模型。
３低压静叶栅中流动的三维计算
采用上述三种模型对某一工业汽轮机中低压级内的静叶栅内的流动进行了计算。计算条件为：进口总压尸０＝３９５９７Ｐａ，总焓＾ｏ＝２５６６０７ｋＪ／ｋｇ，进气角ｏｏ，进口湿度Ｍ。１ｅｔ＝ｏ０３，沿径向均匀分布。压比Ｐ０／Ｐ２，＝１．７１，因为是低压级叶片，出口压力采用径向平衡。在菲平衡计算中．假定水滴半径为
ｏ．０２５
ｐｍ。在完全气体计算中比热比取为１．１３５，
气体常数为Ｒ＝４６１．５Ｊ／（ｋｇ?Ｋ）。
计算网格总节点数为２７２，６４６．为了提高网格质量，网格生成采用Ｈ．Ｏ―Ｈ结构化网格。图１中给出了计算所用的粗网格的示意图。
图２中给出了三种方法得到的中叶展处的叶片表面压力分布，从中可以发现，不同的模型对叶片表面压力分布有很大的影响，这也意味着采用不同的模型得到的流场和其他参数将有明显区ｇⅡ．
图３（ａ）给出了出口气流角沿叶高的分布．从图
中可以发现在计算工况下，采用三种计算方法得到的出口气流角分布有一些差别，非平衡态凝结计算得到的结果与平衡态凝结的结果相差最大可达３度以上．因为本算例中并没有发现自发凝结现象中的自发成核过程，整个相变过程仅仅是水滴的生长过程，所以可以预测若存在自发凝结成核的相变过程，非平衡凝结对出口气流角将产生更大的影响。文献
方数据［１】中计算表明非平衡过程对出口气流角的影响可达１０度以上，在设计中应加以重视。
图３（ｂ）中表示了平衡态和非平衡态凝结计算得到的出口湿度分布。从图中可以看出在靠近叶根处．采用非平衡计算的湿度比平衡态的要小，这说明非平衡效应的存在将使得工质的焓降减小，做功能力下降．两种方法计算得到在叶根处的湿度要比叶顶处的高，这也说明三维效应对液相分布的影响．靠近壁面的气流由于滞止作用，蒸汽的过冷度相对要小甚至处于过热状态，因此在靠近上下端壁处的湿度较小。在平衡态计算中是假设蒸汽处于平衡态，因此靠近壁面处的湿度无法正确反映这一现象．
¨∽∞¨们¨¨
０００００２００４
００６００８
图ｌ计算粗刚格示意图２５０％叶高处叶片表面压力分布
（且）出口气流角
（”出口湿度
圈３出口截面参数沿径向的分布
在湿蒸汽两相流动中，进口水滴半径对流动有很大的影响。图４中给出了进口不同水滴半径时中叶展截面上过冷度的分布情况。对比不同进口水滴半径的过冷度分布可以发现，进口水滴大的流动，过冷度要大，这意味着非平衡程度比较严重。
从图５（ａ）中的出口湿度分布来看，在水滴半径比较大的情况下，出口湿度比较小，说明工质做功能力进一步下降。图５（ｂ）中显示进口水滴半径对出口水滴半径的影响非常明显，因此，准确地给定进口液相的信息对于出口水滴半径的计算非常重要。然而，要给出进口液相的准确信息是比较困难的，
５期巫志华等ｔ低压汽轮机三维叶栅通道内湿蒸汽两相流动的数值模拟与分析
需要在此基础上进行透平级的计算，从上一级的出在透平设计中，对流量的准确计算非常重要，因口参数来确定下一级入口的参数．
为透平的输出功率与流量成正比。大量实验表明，在湿蒸汽流动中，非平衡现象的主要影响之一是通流能力的增加。表１中给出了三种进口水滴半径下流量的变化情况．可以看到压比一定的情况下，进口水滴较大的流动，流量较大，说明非平衡程度更高，这与上述分析是一致的．
表ｌ不同进口水滴半径下流量的变化
图４中叶展处过冷度分布
掣卅４结论
本文采用完全气体模型、真实气体平衡态凝结口
和非平衡态自发凝结三种计算方法，对某低压汽轮机静叶栅中三维无成核过程的湿蒸汽两相流动进行了数值模拟，得到如下结论；
（１）非平衡凝结对出口气流角有明显影响．在本
（ａ）出口湿度（ｂ）出口水滴半径
文算例中，非平衡态计算与平衡态计算得到的出口图５＾口水滴半径对出口液相参数的影响
气流角相差可以达到３度以上。
（２）非平衡效应使工质的做功能力下降。本文算在非平衡态流动中。由于偏离平衡态引起的热例中，非平衡态计算的出口湿度比平衡态计算的小，力学损失对流动损失有很大的影响。根据上面的分说明非平衡效应的存在使工质做功能力下降。析可以知道，进口水滴半径大的流动非平衡程度比（３）进口水滴半径对湿蒸汽两相流动有明显影较高，因此对应的非平衡热力学损失也比较高，这响，大的水滴半径使得流动偏离平衡态更远，流动从图６给出的出口熵增沿叶高的分布中可以看到，损失更大，工质做功能力下降，但流量增加。水滴半径较大的流动出口熵增也相应要大．同时，从图中可以发现，湿蒸汽两相流动的熵增要比相同参
条件下的干蒸汽的流动熵增大得多。
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图６出口熵增沿径向分布
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低压汽轮机三维叶栅通道内湿蒸汽两相流动的数值模拟与分析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
巫志华， 李亮， 丰镇平， WU Zhi-Hua， LI Liang， FENG Zhen-Ping西安交通大学叶轮机械研究所,陕西,西安,710049工程热物理学报
JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICS)2次
参考文献(5条)
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8. 樊涛.谢永慧.张荻.孙弼.FAN Tao.XIE Yong-hui.ZHANG Di.SUN Bi 汽轮机低压排汽缸与末两级耦合流动的三维数值模拟[期刊论文]-中国电机工程学报)
9. 肖玉广.徐惠坚.XIAO Yu-guang.XU Hui-jian 海豚型叶片对动叶栅流场的影响[期刊论文]-汽轮机技术)
10. 张磊磊.崔国民.姜涛.胡向柏 汽轮机凝汽器喉部出口流场分布的微型模化试验研究[会议论文]-2008
引证文献(2条)
1.强彦 300MW汽轮机低压缸末二级三维流场数值模拟[期刊论文]-甘肃科学学报 .张军强.廖国进 高速蒸汽非平衡凝结流动的研究进展[期刊论文]-真空 2013(4)
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Supervised by Prof. Liang-ming Pan
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April, 20 11
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正在加载中，请稍后...j05a10064有一壁厚为10mm的钢制平壁容器，内盛80℃的恒温热水。水对内壁面的对流给热系数为2240W/(m?℃)。现在容器外表面复盖一层导热率为0.16W/(m?℃) 、厚度为 50mm 的保温材料。2保温层为10℃的空气所包围, 外壁对空气的联合给热系数为10W/(m?℃)。22试求：A)每小时从每m面积所损失的热量kJ/(h?m)；B)容器内表面的温度Tw
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j05b10066蒸汽在水平管外冷凝给热系数的关联式为23 1/4
α= 0.725×[(gρλr)/(μdoΔt)]???试从物理意义上对上述结论加以分析。 [5]
j05b10072已知一外径为75mm，内径为55mm的金属管，输送某一热的物流，此时金属管内表面温度为120℃，外表面温度为115℃，每米管长的散热速率为4545[W/m] ，求该管材的导热率。为减少该管的热损失，外加一层石棉层（导热率为0.15W/(m?℃)） 此时，石棉层外表面温度为10℃,而每米管长的散热速率减少为原来的3.87%，求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度。设此时钢管内表面仍为120℃。 [7]
j05b10081在套管换热器内，用饱和水蒸气将在内管中作湍流流动的空气加热，设此时的总传热系数近似等于管壁向空气的对流给热系数。今要求空气量增加一倍，而加热蒸汽的温度及空气的进、出口温度仍然不变，问该换热器的长度应增加百分之几？ [8]
j05b10082热空气在φ426×9mm的铜管内流过, 在铜管的中心上安装一热电偶, 以测量空气的温度ta 。热电偶的温度读数t1为220℃,铜管内壁面温度t2为110℃ 。求热电偶读数的相对误差。2已知热电偶接头的黑度ε1为0.8, 空气向热电偶接头的对流给热系数αa1为52W/(m?℃), 可按24很大的物体2包围物体1处理, 取总辐射系数C1-2=ε1C0 , 黑体的辐射系数C0=5.67W/(m?K )。 [9]
j05b10091厚壁圆筒内半径和外半径分别为r1与r2 ,若维持内表面和外表面温度t1及t2不变, 圆筒材料的导热率与温度有关且可表示为λ=λo(1+bt)。求:A)单位时间流过单位长度园筒壁的热量Q;B)如采用某一平均导热率λm ,代入导热率不变条件下推导所得的导热公式计算Q, 则与此λm 对应的温度是多少? [10]
j05b10094有一蒸汽管道,其外径为426mm,长50m。管外复盖一层厚为400mm的保温层,保温材料的导热率λ随温度t而变化,其关系为:-4
λ=0.5+9×10t W/(m?K)现已测得蒸汽管道的外表面温度为150℃,保温层外表面温度为40℃,试计算该管道的散热量。[11]
j05b10107在内管为φ180×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热 cP烃=2.38kJ/(kg·℃)，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃，2平均比热cp水＝4.17kJ/(kg·℃)，基于传热外面积的总传热系数Ko=2000W/(m·℃),设其值恒定,忽略热损失。试求：A)冷却水用量；B)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。 [13]
j05b10110某平面炉壁,由绝热砖Ⅰ和普通砖Ⅱ组成,已知绝热砖厚度b1= 200mm, 导热率λ1=0.2W/(m·℃),普通砖外侧温度t3=50℃,普通砖导热率λ2=0.7W/(m·℃)。周围大气2温度t =20℃。炉壁外侧对大气的综合对流给热系数αT =20W/(m·℃),试问:A)单位面积炉外壁的热损失是多少?B)如果t1=800℃,求t2及b2;
j05b10156在套管换热器中，用冷水冷凝苯蒸汽。冷水在管内作湍流流动。欲通过实验方法测定苯蒸汽在管外冷凝时的对流给热系数及水在管内的对流给热系数，设苯的凝液在蒸汽的饱和温度下排出。试问:A)需要哪些测定仪器？B)需要测定哪些数据？C)写出求得α苯、α水 的步骤，并注明计算式中各符号的意义及单位。α苯 为苯蒸汽冷凝传热膜系数，α水为管壁向水的对流给热系数。 [15]
j05b10188水在P=3.3MPa下沸腾,求以下两种情况的壁面温度。42
1.壁面很清净,沸腾给热系数为3×10W/(m·℃)-52
2.壁面复盖一层氧化膜,热阻为7.75×10 (℃·m)/W,由于该氧化膜表面粗糙,使沸腾给热系数增大为清净面的2.5倍。在P=3.3MPa下,水的沸点为239.2℃。两种情况下，通过单位壁面的传热速率皆为52 q=1.75×10W/m。 [16]
j05b10189φ120×5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料,其导热率为0.07W/(m·K)。设蒸汽管的内壁温度为110℃,管壁导热率为45W/(m·K)。要求保温层外壁温度不超过20℃,每米蒸汽管的热损失控制在60W以下,试计算保温层的最小厚度。 [18]
j05b10197有一套管换热器长10m,管间用饱和蒸汽加热,空气在一定流量下由管内流过,温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一倍,并近似认为加热面壁温不变,问套管加热器须加长几米,气体出口温度可达到原指定温度?假定空气在管内流动处于湍流状态。 [19]
j05b10206高温气体在废热锅炉中φ38×3mm的钢质列管内流过,进口温度580℃,出口温度470℃,管外2沸腾水温为225℃。已知气体一侧的对流给热系数为300W/(m·K),水侧的对流给热系数为210000W/(m·K)。不计污垢热阻,试求总温度差以及内、外壁面的平均温度各为多少?钢的λ=45W/(m·℃)，设管内、外壁面温度各自为定值。 [22]
j05b10238判断下列说法是否妥当，如不妥，请写出正确说法（１）蒸汽在管外冷凝时，“冷凝负荷越大，冷凝给热系数越高”；（２）用饱和蒸汽加热容器内的液体，使之沸腾时，“饱和蒸汽的压力越高，越有利于强化传热”。 [23]
j05b10240现有一套测定对流给热系数的装置(如图), 拟测空气在管内作强制湍流时的对流给热系数α，该装置的管子外壁绕有电阻丝，以加热管壁，热电偶丝外面包有保温层。问：
１．在实验中需要测定哪些参数２．在图上标出欲测参数的测试位置，并注明所采用的测试仪表３．写出通过实验计算传热膜系数α的计算步骤。 [25]
j05b10256估算套管式换热器金属管内管壁的平均温度tw,环隙为0.1MPa的饱和水蒸气冷凝。 若:(1)内管中为气体,由15℃升至55℃;2(2)内管中为水,由15℃升至55℃,水的对流给热系数为4000W/(m·℃)。忽略金属管壁热阻。 [28]
j05b15079某厂一单管程单壳程列管换热器，列管规格为φ25×2.5mm ，管长6m, 管数501 根,管程走热气体，流量为5000kg/h, 平均比热3.04kJ/(kg·K),进口温度500℃;壳程走冷气体,流量为4000kg/h，平均比热3.14kJ/(kg·K) , 进口温度30℃。2
1.逆流操作时, 测得热气体的出口温度为200℃,求总传热系数K0为多少W/(m?K);2.如采用并流操作，热气体的出口温度有无可能降为200℃ ? 为什么? [29]
j05b15080在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液, 溶液量为1.4kg/s,比热为2kJ/(kg·℃), 走内管(规格为φ25×2.5mm),从150℃ 冷却到100℃ 。冷却水走套管环隙,从25℃升温至60℃,水的比热为4.18kJ/(kg·℃)。22 1.已知溶液一侧的对流给热系数为1160W/(m?℃), 冷却水一侧的对流给热系数为930W/(m?℃),忽略管壁和污垢的热阻及热损失,求以传热外表面积为基准的总传热系数K0 和冷却水的用量(kg/h)。2.计算内管的外表面积和管长。 [31]
j05b15084试推导冷热流体在间壁式换热器中作定态并流流动时对数平均温差的表示式。 假设总传热系数及两流体的比热均为恒定值, 且热损失可以忽略不计。 [34]
j05b15102某厂加热炉为一内衬耐火砖的钢制圆筒,筒外覆盖一层绝热材料,如图示。若钢板的允许工作温度不超过450℃,已知外界大气温度:夏季为40℃,冬季为-10℃,大气2一侧的对流给热系数α外=10W/(m?K);炉内为热气体流动,最高温度为600℃, 内侧对流给热系2数α内=100W/(m?K),炉内流道截面直径为1.5米。问:(A)此炉壁各层布置是否合理?(用数字说明)(B)若要改善钢炉壁的工作条件,从理论上你认为可采取什么措施?(定性说明) [37]
j05b15140有一蒸汽管, 尺寸为φ50×2.5mm, 外包有两层绝热材料,每一层厚度都是25mm,现有两种保温方法,见图Ⅰ和Ⅱ,已知λ2=5λ1 ,请定量判断这两种方法中哪一种方法绝热情况较好(蒸汽管本身的热阻可以忽略不计)。设两绝热层的总温差不变。 [40]
j05b15191在并流换热器中,用水冷却油。换热管长1.5m。水的进出口温度为15℃和40℃;油的进出口温度为120℃和90℃。如油和水的流量及进口温度不变，需要将油的出口温度降至70℃,则换热器的换热管应增长为多少米才可达到要求?(不计热损失及温度变化对物性的影响) [41]
j05b15192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:3
ρ=992.2kg/m
λ=0.6338W/(m·℃)-4
μ=6.56×10Pa.s
Pr=4.311.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?[42]
j05b15195某套管换热器内管为φ30×3mm铜管,外管为φ48×3钢管,长2m,管间通110℃饱和水蒸气加热管内空气,使空气温度由20℃加热至80℃,已知空气流量为50kg/h,周围环境温度为20℃,试求:(1)空气侧对流给热系数;(2)套管裸露时的蒸汽用量(kg/h)。空气比热可取cp=1.005kJ/(kg·k)2
换热器外侧壳壁对周围空气的对流给热系数: αT=9.4+0.052(tw－ta),
W/(m·℃)式中:tw --换热器外壳温度,℃ta
--周围空气的温度,℃饱和蒸汽汽化热可取r=2232.4kJ/kg[45]
j05b15237在单程列管换热器内,用110℃饱和水蒸气将管内的水从30℃加热到50℃,列管直径为φ25×2mm,长6m,水流经换热管因摩擦引起的压降为3000Pa,换热器的热负荷为2500kW。试计算:(1)换热器的管数n;(2)基于管子外表面积的总传热系数K0。0.25已知:①摩擦系数按λ=0.3164/Re计算;3-4
②操作条件下水的平均物性:ρ=992kg/m?,cp=4.174kJ/( kg·℃),μ=6.56×10Pa·s [46]
j05b152413
用 120℃的饱和水蒸气将流量为 36m/h的某稀溶液在双管程列管换热器中从80℃加热至95℃。若每程有直径为φ25×25mm的管子30根,且以管外表面积为基准的传热系数 K=2800W/(m2·℃)。 蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求:(1)换热器所需的管长;2
(2)当操作一年后,由于污垢累积,溶液侧的污垢系数为0.00009(m·℃)/W,若维持溶液的原流量及进口温度,其出口温度为多少?又若必须保证溶液原出口温度,可以采取什么措施?3
注:溶液的密度及比热与水近似:ρ=1000kg/m;cp=4.2kJ/(kg·℃) [50]
j05b200992
在一传热面为 30m的列管式换热器中,用 120℃的饱和蒸汽冷凝将气体从 30℃加热到3380℃,气体走管内,流量为5000m/h, 密度为1kg/m(均按入口状态计)比热为1kJ/(kg?K),估算此换热器的传热系数。若气量减少了50%,估算在加热蒸汽压力和气体入口温度不变的条件下,气体出口温度变为多少? [53]
j05b20105一套管换热器,内管尺寸为φ13×1.5mm,长1.25m,空气流经内管, 温度由100℃冷却到30℃。水流经环隙,流速较低。温度由10℃上升到20℃,逆流操作。用孔板流量计测量空气的流量压差为100mmH2O,空气的物性数据及流量计算式如下:cp =1005[J/(kg?K)]-50.7625
μ=1.725×10((273.2+t)/273.2)[Pa·S]-5
λ=0.02432 + 7.7×10t
[W/(m?K)]-4 0.4688
W1=2.329×10Δg?
[kg/S]式中: Δg--mmH2O
t--℃试计算:1.总传热系数K;(以外表面为计算基准)2.空气对管壁的对流给热系数α。 [54]
j05b20112在研究污垢对传热的影响时,采用φ28×1mm之铜管,水在管内流动,水蒸气在管外冷凝。传热系数K在很宽的水的流速范围内,对清洁管和污垢管可用如下方程表示:0.8
1/K=0.00020 + 1/(500u)
1/K=0.00070 + 1/(500u)
污垢管2式中:K--传热系数,kcaL/(m?h?℃)u--水的流速,m/s0.8
α=1/(500u)-- 水的对流给热热阻,[(m?h?℃)/kcaL]试求污垢热阻和蒸汽冷凝给热系数。已知: 铜的导热率λ=330kcaL/(m?h?℃) [1]
j05c10218有一φ50×4.5mm的钢管,管内通225℃饱和水蒸气,为了减少热损失,管外包一层厚度为50mm,导热率为0.1W/(m?K)的石棉泥,置于温度为25℃的环境中,已知管内蒸汽冷凝对流给热系422数为10W/(m?K),保温层外壁对周围空气对流给热系数为10W/(m?K),钢管导热率为40W/(m?K),225℃饱和水蒸气的汽化潜热为1880.3kJ/kg, 试求:(1)估计钢管壁温,计算保温层外壁温度(2)计算每米管长每小时蒸汽冷凝量kg/(m?h)。 [3]
j05c10221求电热器中电热丝的表面温度。已知: 电热丝直径为0.5mm,全长2.5m,表面黑度ε=0.9,周围反射器的温度为15℃,电热器的功耗为0.4kW。不计对流给热。[7]
j05c151982
冷、热水在传热面积为2m的换热器中进行热交换,进口热水温度为85℃,流量为2000kg/h,冷水在25℃下进入,流量为1500kg/h。两者按逆流流动。2
已知传热系数K=1400W/(m·℃)。不计热损失。求传热量及冷、热水的出口温度。(冷热水物性数据可视为相同,取平均比热为4.187kJ/(kg·k)。提示：从?tm=(?t1+?t2)/2的假设入手。 [8]
j05c15199有机液体在一根长度为100m的保温管道中作湍流流动,测得其进口温度T1=100℃,出口温度T2=60℃,周围空气的温度为30℃。假定传热系数K及该有机液体的比热为定值,试求:(1)该有机液体沿管长的温度分布;(2)列式说明当该有机液体的流量增大一倍时,出口温度T2的变化情况。 [10]
j05c15217某列管换热器用109.2℃的饱和水蒸气加热管内空气,使它由20℃升至80℃,现空气流量须增加一倍,问在传热面积和空气进、出口温度不变情况下,加热蒸汽温度应改变为多少? 空气在管内皆为湍流。 [12]
j05c15248有一单壳程单管程列管式冷凝器,由60根φ25×2.5mm的钢管组成,管长1.3m,某种有机蒸汽3在管间冷凝,冷凝温度为90℃,冷却水走管内,流量为34m/h,水在管内的流型为湍流,其进出口温度分别为20℃和40℃,试计算此冷凝器的传热系数。水的比热cp=4.18kJ/(kg·℃)。为了节约冷却用水,拟将单管程列管冷凝器改为四管程,试问在保证原来的冷凝负荷(即每小时的冷凝量)下,能否使用水量减少一半。假设两侧污垢热阻,管壁热阻和蒸汽冷凝的热阻以及热损失均可忽略不计。 [13]
j05c15252通过一列管式换热器，用 120℃的饱和水蒸气加热列管内的某种气体，使其由20℃升高到80℃，气体呈湍流状态，若气体流量增加了50％，而入口温度不变，试计算加热蒸汽用量为原用量的倍数。管壁热阻、污垢热阻及热损失可忽略，且可将气体物性视为常量，加热蒸汽温度不变。 [14]
j05c15253流体在圆形直管内作强制湍流流动(为完全湍流)且被加热。若减小管径，使对流给热系数增加至原来的ｎ倍，问在下列情况下输送流体所消耗的功率如何变化？（１）流体的平均流速保持不变；（２）流体的流量保持不变。流体物性视为常量。 [15]
j05c20090温度为20℃，比热为2.1kJ/(kg?℃)的溶剂以5000kg/h 的流率流过套管换热器内管, 被加热至64℃, 环隙内为170℃ 饱和水蒸气冷凝。换热器内管直径φ108×10mm,总长12m,材料为钢,计算总传热系数。如果将内管改为Φ152×10mm的钢管,其他条件不变,热负荷不变，溶剂流量不变，求所需管长。
假设两种情况下蒸汽冷凝给热系数均为104W/(m2?K)。 液体在管内均为湍流, 不考虑管壁污垢热阻及热损失。 [21]
j05c20114有一传热实验,在套管换热器中用饱和水蒸气加热空气,空气走内管,蒸汽在环隙冷凝。已知αi &&α0 ,两侧均无垢,内管为φ30×2mm,长2m的紫铜管。今测得:空气:
进口温度:20℃
出口温度70℃3
流量:30m/h
(进口状态之值)-5
黏度:1.94×10Pa·s
(45℃下)蒸汽:
温度:110℃
(冷凝潜热:2250kJ/kg)冷凝量:0.85kg/h(1)试求该套管换热器向大气散失的热量占蒸汽放出热量的百分数。2
(2)估计管内空气的对流给热系数(W/(m·℃))3
(3)如空气进口温度不变,流量增到36m/h (进口状态), 为了维持其出口温度仍为70℃,需要调节蒸汽压力,问此时蒸汽温度应为多少,方可满足要求?注:①在实验温度范围内,空气的比热变化很小,可取cP=1.005kJ/(kg·℃)②空气可视为理想气体,操作压力可取为101.3kPa,分子量为29。 [22]
j05c20115某厂用两台结构完全相同的单程列管换热器(由44根φ25×2.5mm长2m的管子构成),按并联方式预热某种料液。122 ℃饱和蒸汽在两换热器列管外冷凝,料液以等流量在两换热器管内流3-33过。料液的比热为4.01kJ/(kg·℃), 密度为1000kg/m,
当料液总流量为1.56×10m/s时(料2液在管内呈湍流流动), 料液由22℃被加热到102℃,蒸汽冷凝给热系数为8kW/(m·℃),管壁及污垢热阻均可忽略不计。试问:(A)料液对流给热膜系数为多少?(B)料液总流量与加热条件不变,将两台换热器由并联改为串联使用,料液能否由
22℃加热到112℃。(C)两台换热器由并联改为串联后,在料液总流量不变情况下,流经列管的压力降将增0.25加多少倍(湍流时可按λ=0.3164/Re考虑)。 [24]
j05c20118欲将流量W1 =0.35kg/s的苯蒸汽在直立单壳程单管程换热器的壳程先冷凝后冷却。苯蒸汽压力P=101.3kPa,相应的冷凝温度T1 =353K,潜热r为394kJ/kg。液苯的出口温度T2 要求低于300K。液苯的平均比热 cp1为1.8kJ/(kg?K)。换热器内装有φ25×2.5mm,长2m的无缝钢管38根,钢的导热率λ为45W/(m?K)。苯蒸汽在管外冷凝的对流给热系数αo1=1.4kW/(m?K),液苯在管2 外的对流给热系数αo2 =1.2kW/(m?K)。冷却水走管内,与管外苯逆流,水的入口温度 t1 =293K,3 出口温度 t2 =300K, 平均比热为4.187kJ/(kg·℃), 密度为1000kg/m，水在管内各处的对流给热系数αi均为:0. 8 0. 2 2
αi=.00293tm )×u/di , W/(m?K)式中, u为水的流速,m/s; di为管内径,tm 为管内进、出口水温的算术平均值,K。如果热损失及污垢热阻均可忽略不计,试问:(A)冷却水需用量为多少?(B)换热器能否完成苯蒸汽的冷凝、冷却任务? [25]
j05c20119在某列管式换热器中,将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动,饱和水蒸气在管外冷凝。今因生产任务加大一倍,除用原换热器外,尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用,且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。
原换热器列管数为n1,管内径为d1,管长为L1,而新换热器管数为n2(n2=2n1),管内径为d2(d2=0.5d1)。试问新换热器管长L2为原换热器管长L1的几倍。2 [28]
j05c20122某厂在由177根φ25×2mm,长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内,用 132.9℃的饱和水蒸气在管间冷凝,将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯气体流量为0.6kg/s,3进口温度为20℃,在操作条件下的密度为1kg/m,比热为1.84kJ/(kg·℃),对流给热系数为2253W/(m?℃),饱和水蒸气冷凝传热膜系数为8000W/(m?℃),可忽略管壁及垢层热阻。(A)确定乙烯气体出换热器时的温度;2
(B)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01kgf/cm,
通过换热器的总长度(包括局部阻力当量长度)为5.5m,摩擦系数λ=0.04,试确定该换热器最多能允许通过多少kg/s的乙烯气体?(C)当乙烯气体流量增加到最大允许量,且要求进出口温度保持不变时,若锅炉能供给该2换热器的水蒸气最高压力为3kgf/cm(表压)(即T=142.9℃),问此蒸汽能否满足传热要求? [29]
j05c20123在如图所示的套管换热器中,空气进口温度t1=20℃,出口温度t2=80℃,空气的质量流量 w=50kg/h,定性温度下空气的物性参数: λ=0.0286W/(m?K),μ=0.02cP, cp=1005 J/(kg?K),ρ3=1.1kg/m;内管为φ57×3.5mm的无缝钢管, 长度为2.0m, 设饱和水蒸气的冷凝给热系数42?0=10W/(m·℃)。忽略管壁及垢层热阻。试求:(A)饱和蒸汽的温度T(℃);2
(B)若空气质量流量减少50%,而物性参数不变,则总传热系数K值为多少W/(m·℃)。?1.8过渡流：??????×???Re)?湍 [33]
j05c20127有一套管式换热器,内管为φ180×10mm的钢管。用水冷却原油,采用逆流操作,水在内管中流动,冷却水的进口温度为15℃,出口温度为55℃。原油在环隙中流动,流量为500kg/h,其平均2比热为3.35kJ/(kg·℃), 要求从90℃冷却至40℃。已知水侧的对流给热系数为1000W/(m·℃),2油侧的对流给热系数为299W/(m·℃) (管壁热阻及垢阻忽略不计)。试求:(A)总传热系数;(B)套管换热器的有效长度;(C)所需冷却水用量(水的比热取4.18kJ/(kg·℃),忽略热损失);(D)在操作中因气温升高,冷却水进口温度变为20℃,问此时会出现什么情况?若仍维持原2生产任务,应采取什么措施?说明理由,并计算之。(设变化后的总传热系数K=255W/(m·℃))。 [34]
j05c20128在逆流操作的套管换热器中,把氢氧化钠溶液从70℃冷却到35℃,氢氧化钠走管内,流量为21.11kg/s ,比热为3770J/(kg?K) , 氢氧化钠对管壁的对流给热系数为930W/(m?K) 现用15℃的水作为冷却剂,水走管外,流量为1.67kg/s,比热为4180J/(kg?K),管壁对水的对流给热系数为21000W/(m?K),(管壁热阻及垢阻略计),忽略热损失(可近似按平壁处理)试求:(A)冷却剂出口温度及所需传热面积;(B)操作中若氢氧化钠及水的初始温度不变,而两流体的流量都增大一倍,则流量增大后的冷、热流体的出口温度变为多大?(假设两流体均为湍流,其物理性质不变, 传热温度差可取用算术平均值)。 [35]
j05c20132在单程列管换热器内,用120℃饱和蒸气将流量为8500kg/h的气体从20℃加热到60℃,气体在管内以10m/s流动,管子为φ26×1mm的铜管,蒸气冷凝膜系数为11630W/(m·℃),管壁和污垢热阻可不计,试计算:(A)传热内表面积;(B)如将气体流量增加一倍,气体出口温度为多少?(气体进口温度和气体物性不变)
气体物性为:3
cp=1.005kJ/(kg·℃)
ρ=1.128kg/m-2-5
λ=1.754×10W/(m·℃)
μ=1.91×10Pa·S [36]
j05c20133某厂库存有一台列管式换热器,其主要尺寸为:列管规格φ38×3mm,管长4m,管数127根。3欲利用这台换热器,用水蒸气加热空气。蒸汽走壳程,空气走管程。空气流量为6000标准m/h,要求自20℃加热至100℃以上。2已知:空气侧对流给热系数为58W/(m·℃);2
蒸汽侧对流给热系数为11000W/(m·℃);污垢热阻和管壁热阻可以忽略不计;3
标准状况下,空气密度为1.29kg/m,操作条件下的比热取1.01kJ/(kg·℃);蒸汽的有关参数见附表。2
(A)当采用压力为2kgf/cm(绝对)的加热蒸汽时,试核算此台换热器是否能满足要求。2
(B)如果用压力为3kgf/cm(绝对)的加热蒸汽,利用此台换热器,可以将空气自20℃加热至多少度?蒸汽消耗量为多少kg/h。忽略热损失。附表:饱和水蒸气表2
绝对压力kgf/cm
汽化热kJ/kg1.0
2260.452.0
2206.443.0
2169.18 [37]
j05c20134在一FLB-500-65-25-4型列管冷凝器中用饱和水蒸气预热有机溶剂,蒸汽在壳程中冷凝为同温度的饱和水。溶剂走管内。已知:水蒸气:温度120℃,冷凝潜热r=2236kJ/kg2
冷凝给热系数:10000W/(m?℃)。溶剂:
流量:45t/h,入口温度42℃,出口温度82℃,平均温度下的比热2.2kJ/(kg·℃)。换热器:管子总数120根,管子规格φ25×2.5mm,2
材料:钢(导热率45W/(m?℃))以管外表面积为基准的传热面积65m,2
壳体没保温,壳外表面积12m。四周环境温度15℃,换热器外壳至周围环境的对流辐射综合传热膜系数2αT =14.5W/(m·℃)。(A)忽略壳壁热阻,估计蒸汽的冷凝量(kg/h);(B)若两侧无污垢,试求管内溶剂的对流给热膜系数;(C)若将上述四管程的换热器改为二管程操作(管子总根数不变),并假定溶剂的流量、入口温度、蒸汽温度、蒸汽的冷凝膜系数均不变,溶剂物性变化可忽略,试求溶剂的出口温度。(假定二管程时管内流动为湍流状态) [38]
j05c20135某厂在单壳程双管程列管换热器中,用130℃的饱和水蒸气将乙醇水溶液从25℃加热到480℃,列管换热器由90根φ25×2.5mm,长3m的钢管所构成,乙醇水溶液处理量为3.6×10kg/h ,2并在管内流动。饱和水蒸气在管间冷凝。 已知钢的导热率为45W/(m?℃),乙醇水溶液在定性温3度下的密度为880kg/m,黏度为1.2cP,比热为 4.02kJ/(kg·℃),导热率为0.42W/(m?℃),水蒸气42的冷凝给热系数为10W/(m·℃),在操作条件下,垢层热阻及热损失可忽略不计,试确定:(A)此换热器能否完成生产任务?(B)当乙醇水溶液处理量增加20%,在溶液进口温度和饱和水蒸气温度不变情况下,仍在原换热器中加热乙醇水溶液,则乙醇水溶液的出口温度变为多少(乙醇水溶液的物性可视为不变)? [39]
j05c20137在一水平放置的套管冷凝器中,用水把72℃的烃蒸汽冷凝成饱和温度下的液体。换热器内管的有效传热长度为4m,直径为φ25×2.5mm。冷水在内管内呈湍流流动,温度从20℃升至35℃。2已经测得基于内管外表面积的总传热系数K0=600W/(m·℃),且知管内水侧热阻为管外蒸汽侧热阻的2.3倍,试求:(A)内管外表面的平均温度Tw。(B)若管内冷水流量增加一倍,但蒸汽侧冷凝给热系数、冷水入口温度均保持不变,则冷水的出口温度为多少度?假设(1)可忽略管壁热阻、垢层热阻及换热器的热损失;(2)管内冷水流量变化前后均为湍流。忽略冷水出口温度变化所引起物性的变化。 [40]
j05c2014224
在换热器中用水冷却醋酸,传热面积为50m,两流体逆流流动。冷却水流量为3.3×10kg/h,进口温度为20℃,醋酸的进口温度为110℃。换热器刚清洗之后,冷却水的出口温度为45℃,醋酸的出口温度为40℃。运转一段时间之后,在冷热两流体的进口温度和流量均不变的情况下,换热器的换热量只达到原来的90%。求此时换热器传热面两侧的污垢热阻之和的近似值。水的比热为4174J/(kg?K),设两种流体的物性变化不大。 [41]
j05c20143在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气，水和空气的进口温度分别为20℃及110℃,在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃及40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃。热损失可以忽略不计。求：(A)空气出口温度变为多少？(B)总传热系数为原来的多少倍？(C)若使冷却水量加大１倍，空气的流量及两流体的进口温度不变，冷热流体的出口
温度各变为多少？（水的对流给热系数远比空气的大） [42]
j05c20147在一垂直放置的套管换热器内(内管直径为φ38×3mm,换热管有效长度为3m),用冷水来冷凝环隙间90℃的有机蒸汽。夏天操作时冷水的入口温度为28℃、出口温度为48℃。冬天操作时冷水的温度降至15℃,其流率仍和夏天时的相同。试计算冬天时蒸汽的冷凝量将比夏天时增大百分之几?假定两种情况下物料所有的物性常数和总传热系数均相同,并忽略热损失。若将换热器改为水平放置,其他条件不变,试定性判断蒸汽冷凝量将如何变化? [43]
j05c201484
在一列管换热器内,用110℃的饱和水蒸气加热管内湍流流动(Re&10)的空气,空气温度从30℃升至45℃。若将空气流量增加一倍,试求此时空气的出口温度,并求加热蒸汽用量需增加为原来的几倍。计算时可忽略热损失、壁阻、垢阻、冷凝蒸汽侧热阻,且可忽略因空气出口温度变化所引起的物性变化。 [44]
j05c20149在单管程列管式换热器内,用130℃的饱和水蒸气将某溶液由20℃加热到60℃,单管程列管3换热器由100根φ25×2.5mm、长3m的钢管构成,溶液以每小时100m的流量在管内流过,蒸汽在管外冷凝。3-4
已知在操作条件下溶液的密度为1200kg/m,黏度为9.55×10Pa?S,比热为3.3kJ/(kg·℃),导热率为0.465W/(m·℃),管壁热阻、垢层热阻和热损失均可忽略不计。试求:
(A)传热系数为多少(以外表面积为基准进行计算)?(B)溶液和蒸汽冷凝给热系数各为多少?(C)若溶液的质量流量增加到W ',W ' /W=E,E&1(W为溶液原来的质量流量),在其他条件不变的情况下,请通过推导说明此换热器是否满足要求(蒸汽冷凝给热系数可视为与B计算值相同)? [45]
j05c20215在套管换热器中用饱和水蒸气加热苯液,苯在φ54×2mm的钢管内流动。196kPa的饱和水蒸气在环隙冷凝。已测出苯的进口温度为30℃,出口温度为60℃,流量为4000kg/h,苯和水蒸气的2422对流给热系数分别为500W/(m?K)和10W/(m?K),管内壁的污垢热阻为0.0004(m?K)/W,忽略热损失、管壁及管外污垢的热阻,试求:1.饱和水蒸气的消耗量;2.套管的长度;3.内管壁外侧的平均温度;4.现由于某种原因,蒸汽压力减至137kPa,假定苯的流量、进口温度、物性和蒸汽的对流给热系数不变。求苯液的出口温度。注:(1)操作条件下苯的比热为1.9kJ/(kg·K)(2)196kPa时的蒸汽温度为120℃,汽化潜热为2204kJ/kg，137kPa时的蒸汽温度为109℃。 [46]
j05c20216有一换热器,并流操作时,冷流体进出口温度分别为25℃和70℃,热液体进出口温度分别为150℃和100℃。若在两种流体流量和进口温度均不变的条件下,将并流操作改为逆流操作,试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化?(定量说明)计算时可视cp和K为常量。 [47]
j05c20219-3
某炉墙由厚250mm的耐火砖构成，其导热率λ＝0.84（1+0.695×10ｔ）W／(ｍ·℃)。
设2炉内气体温度为1200℃，室温为25℃。热气体对炉墙的对流给热系数α1=30 W／(ｍ·℃)，炉2墙对周围大气的对流给热系数α2＝10W／(ｍ·℃)。不计热辐射。求每平方米壁面的散热量和壁面温度。 [48]
j05c202494
在套管换热器中,用117 ℃ 的饱和水蒸气在环隙间冷凝以加热管内湍流流动(Re&10)的水溶液(ρm=1050kg/m, cp=4.1kJ/(kg?℃)，当溶液流量为0.637m/h时,可从20℃加热至102℃,33而当流量增加到1.2m/h时, 只能从20℃加热至97℃,试求流量为1.2m/h时的传热系数K值。计算时可忽略管壁热阻,污垢热阻,并可当平壁处理,两种情况下,蒸汽冷凝系数α0均可取28kW/(m·℃)。 [49]
j05c20257有一单壳程单管程列管换热器,管外用120℃饱和水蒸气加热,干空气以12m/s的流速在管内流过,管径为φ38×2.5mm, 总管数为200根。已知空气进口温度为26℃,要求空气出口温度为86℃,试求(1)该换热器的管长应为多少?(2)若气体处理量、进口温度、管长均保持不变,而管径增大为φ54×2mm。总管数减少20%,此时的出口温度为多少?(不计出口温度变化对物性的影响,忽略热损失)定性温度下空气的物性数据如下:cp=1.005kJ/(kg·K)3
ρ=1.07kg/m-5
μ=1.99×10Pa·Sλ=0.0287W/(m·K)Pr=0.697 [1]
j05d10086长度均为L的三根不同材质粗细均匀的棒, 并列传热, 各棒两端温度均为t1,t2(t1&t2), 各棒的截面积分别为A1, A2, A3, 导热率为λ1, λ2, λ3。求:(A)三棒组成的传热系统的总热阻;(B)单位时间从t2面传至t1面的热量;(C)λ2A2较λ1A1及λ3A3大得很多时, 单位时间的传热量为多少? [2]
j05d10255为减少两个高低温固体平面门间在稳定传热过程中的辐射传热量，在其间加装ｎ片很薄的平行遮热板（如图所示），试推导加装ｎ片遮热板后传热量减少到原来未装遮热板时传热量的倍3 3数。遮热板与两固体表面的黑度均相同。 [3]
j05d15136有一园形蒸汽管道,外面用导热率为 λ=0.17W/(m·℃)的保温材料保温,保温层内表面温度为t1,内半径为r1=2.5cm,外半径为r2,温度为t2, 保温层与管壁接触良好。管内蒸汽温度为 200℃, 周围环境温度t0=20℃,稳定传热。保温层外表面与空气间的对流给热系数?0=3.0W/(m2·℃),可认为α0不受管子外径尺寸及壁温的影响。忽略蒸汽凝液膜层及管壁的热阻。求:A)保温层的临界厚度（单位管长散热量最大时的保温层厚度）;B)在上述厚度下,单位管长所散失的热量;C)如果无保温层,单位管长所散失的热量; [4]
j05d201381000kg温度为100℃的乙二醇, 用一夹套冷却罐冷却, 进入夹套的水温为15℃,冷却罐传2 2热面积为2m, 传热过程中平均传热系数 K=300W/(m?K),经过若干小时后乙二醇温度降至40℃,水流量为 0.5kg/s,问乙二醇从100℃冷却至40℃所需时间为多少?(水的比热cp1 =4.18kJ/(kg?K),乙二醇平均比热cp2 =2.7kJ/(kg?K),忽略热损失。 [5]
j05d20146精馏塔顶装一台卧式列管冷凝器(单壳程四管程),用循环水冷凝壳方80℃的饱和有机蒸汽。冷凝器由长3m、管径为φ25×2.5mm的80根钢管组成。夏天冷却水的进出口温度分别为30℃及43℃。其热负荷为384kW。流程如附图所示。已测得冷水流经换热器的压头损失可表示为Hf1=8u2m(u为换热管内流速,m/s), 流经上水管A和回水管B的压头损失分别为3.5 m和2m。试计算泵的轴功率(泵的效率为60%)。又若冬季冷却水的进口温度为15℃,而其流量不变，试计算冬季时冷凝器的热负荷。假定:(1)在两种情况下,换热器总传热系数及管路摩擦系数均相同。3
(2)水的比热为4.18kJ/(kg·℃),密度为1000kg/m。 [7]
j05d20224流量为1000kg/h的某气体通过列管换热器的管程,由150℃降至80℃。壳程软水的初温为15℃,出口温度65℃,两流体作逆流流动。已知气体对管壁的对流给热系数远小于管壁对水的对流给热系数。试求:(1)冷却水用量;(2)如气体处理量增大50%,冷却水初温不变,仍用原换热器达到原要求的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度?冷却水的用量为多少?设管壁热阻、污垢热阻、热损失均可忽略不计。气体的平均比热为1.02kJ/(kg·K),水的比热为4.17kJ/(kg·K),不计温度变化对比热K'的影响。气体均作湍流流动。在工程计算允许范围内，可用算术平均温差替代对数平均温差。[8]
j05d20225用两个相同结构尺寸的列管换热器按并联方式加热某料液,换热器的管束由 32 根长 3m的3φ25×2.5mm钢管构成,壳程为 120℃ 的饱和水蒸气。料液总流量为20m/h,按相等流量分配在2两个换热器管程中作湍流流动，由25℃加热到80℃。蒸汽冷凝对流给热系数为8kW/(m·℃),3管壁及污垢热阻可不计。热损失也可不计。料液比热为4.1kJ/(kg·℃),密度为1000kg/m。试求:(1)管壁对料液的对流给热系数;(2)料液总流量不变,将两换热器改为串联,料液加热程度有何变化?两种情况下蒸汽侧对流给热系数和流体物性视为不变。 [9]
j05d20251一球形液氮罐,球外直径为0.6m,罐外有一隔热夹层,夹层内装有绝热材料,其导热率为2-2×10W/(m·℃),厚度为25mm,液氮温度维持-196℃,在此温度下蒸发潜热为190kJ/kg,环境温度为21℃,假设绝热层外表面温度亦为21℃。设绝热材料与夹层壁紧密接触。试计算液氮每天的蒸发量。如果罐外夹层没装绝热材料,而抽成真空,假设球形夹层相对的两个表面均为黑体,夹层两壁面间只有热辐射传热，液氮每天的蒸发量为多少?比较以上两个计算结果,说明什么问题?
忽略罐内蒸发侧及罐壁的热阻。 [10]
j05d25222有一水平列管式换热器,管径为φ25×2.5mm,管长L=3.5m,根数n=37根,今用此换热器将流量为每小时15吨的苯从30℃加热到70℃,并用温度为T=119.6℃的蒸汽做载热体。苯走管程。问该热交换器是否合用?如不合用可采取哪些措施?从结构上及操作上加以定量说明。已知23
苯侧污垢热阻R=1/1200(m·℃)/W;苯的密度ρ=900kg/m;黏度μ=0.47mPa?s;比热 cp=1.8kJ/(kg·℃)导热率λ=0.145W/(m?K),管壁的导热率λ=40W/(m·K)。 (1)
z05d20139某一管道，包以保温材料后，热损失反而比裸管时增加，这是因为保温后外表面积增加了。试求保温管热损失为最大时的条件，即保温层的临界厚度。总计：138+1
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