题目
在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为φ19×2mm的钢管内流动,水的对流传热系数为3490 W/(m2·K),煤油的对流传热系数为458 W/(m2·K)。换热器使用一段时间后,管壁两侧均产生污垢,煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176 m2·K/W和0.00026m2·K/W,管壁的导热系数为45 W/(m·K)。试求(1)基于管外表面积的总传热系数;(2)产生污垢后热阻增加的百分数。
在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为φ19×2mm的钢管内流动,水的对流传热系数为3490 W/(m2·K),煤油的对流传热系数为458 W/(m2·K)。换热器使用一段时间后,管壁两侧均产生污垢,煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176 m2·K/W和0.00026m2·K/W,管壁的导热系数为45 W/(m·K)。试求
(1)基于管外表面积的总传热系数;
(2)产生污垢后热阻增加的百分数。
题目解答
答案
解:(1)将钢管视为薄管壁
则有
K=338.9W/(m2·K)
(2)产生污垢后增加的热阻百分比为
注:如不视为薄管壁,将有5%左右的数值误差。
解析
步骤 1：计算管壁的热阻
管壁的热阻计算公式为：$r_{wall} = \dfrac{b}{\lambda}$
其中，$b$为管壁厚度，$\lambda$为管壁的导热系数。
步骤 2：计算总传热系数
总传热系数计算公式为：$\dfrac{1}{K} = \dfrac{1}{\alpha_1} + r_{wall} + \dfrac{1}{\alpha_2} + r_{s1} + r_{s2}$
其中，$\alpha_1$为水侧的对流传热系数，$\alpha_2$为煤油侧的对流传热系数，$r_{s1}$为水侧的污垢热阻，$r_{s2}$为煤油侧的污垢热阻。
步骤 3：计算热阻增加的百分数
热阻增加的百分数计算公式为：$\dfrac{r_{s1} + r_{s2}}{r_{wall}} \times 100\%$
管壁的热阻计算公式为：$r_{wall} = \dfrac{b}{\lambda}$
其中，$b$为管壁厚度，$\lambda$为管壁的导热系数。
步骤 2：计算总传热系数
总传热系数计算公式为：$\dfrac{1}{K} = \dfrac{1}{\alpha_1} + r_{wall} + \dfrac{1}{\alpha_2} + r_{s1} + r_{s2}$
其中，$\alpha_1$为水侧的对流传热系数，$\alpha_2$为煤油侧的对流传热系数，$r_{s1}$为水侧的污垢热阻，$r_{s2}$为煤油侧的污垢热阻。
步骤 3：计算热阻增加的百分数
热阻增加的百分数计算公式为：$\dfrac{r_{s1} + r_{s2}}{r_{wall}} \times 100\%$