题目
12.某列管式换热器,管束由 times 2.5mm 的钢管组成。CO2在管内流动,流量为-|||-/s, 温度由60℃冷却至25℃。冷却水走管间,与CO2呈逆流流动,流量为 .8kg/s, 进口-|||-温度为20℃。已知管内CO2的定压比热 _(Pb)=0.653kJ/(kgcdot c), 对流传热系数 _(1)=-|||-/((m)^2cdot C); 管间水的定压比热 _(P)=4.2kJ/(kgcdot C), 对流传热系数 (alpha )_(0)=1500W-|||-(m^2·℃);钢的导热系数 lambda =45W/(mcdot c) 若热损失和污垢热阻均可忽略不计,试计算换-|||-热器的传热面积。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算CO2和水的热负荷
CO2的热负荷 $Q_{CO2}$ 可以通过以下公式计算：
$$Q_{CO2} = \dot{m}_{CO2} \cdot C_{pb} \cdot \Delta T_{CO2}$$
其中，$\dot{m}_{CO2}$ 是CO2的质量流量，$C_{pb}$ 是CO2的定压比热，$\Delta T_{CO2}$ 是CO2的温度变化。
水的热负荷 $Q_{water}$ 可以通过以下公式计算：
$$Q_{water} = \dot{m}_{water} \cdot C_{pc} \cdot \Delta T_{water}$$
其中，$\dot{m}_{water}$ 是水的质量流量，$C_{pc}$ 是水的定压比热，$\Delta T_{water}$ 是水的温度变化。
步骤 2：计算传热面积
传热面积 $A$ 可以通过以下公式计算：
$$A = \frac{Q_{CO2}}{U \cdot \Delta T_{lm}}$$
其中，$U$ 是传热系数，$\Delta T_{lm}$ 是对数平均温差。
步骤 3：计算对数平均温差
对数平均温差 $\Delta T_{lm}$ 可以通过以下公式计算：
$$\Delta T_{lm} = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})}$$
其中，$\Delta T_1$ 是CO2和水的进口温差，$\Delta T_2$ 是CO2和水的出口温差。
步骤 4：计算传热系数
传热系数 $U$ 可以通过以下公式计算：
$$U = \frac{1}{\frac{1}{\alpha_1} + \frac{r_i}{\lambda} + \frac{1}{\alpha_0}}$$
其中，$\alpha_1$ 是管内CO2的对流传热系数，$\alpha_0$ 是管间水的对流传热系数，$r_i$ 是管内半径，$\lambda$ 是钢的导热系数。
CO2的热负荷 $Q_{CO2}$ 可以通过以下公式计算：
$$Q_{CO2} = \dot{m}_{CO2} \cdot C_{pb} \cdot \Delta T_{CO2}$$
其中，$\dot{m}_{CO2}$ 是CO2的质量流量，$C_{pb}$ 是CO2的定压比热，$\Delta T_{CO2}$ 是CO2的温度变化。
水的热负荷 $Q_{water}$ 可以通过以下公式计算：
$$Q_{water} = \dot{m}_{water} \cdot C_{pc} \cdot \Delta T_{water}$$
其中，$\dot{m}_{water}$ 是水的质量流量，$C_{pc}$ 是水的定压比热，$\Delta T_{water}$ 是水的温度变化。
步骤 2：计算传热面积
传热面积 $A$ 可以通过以下公式计算：
$$A = \frac{Q_{CO2}}{U \cdot \Delta T_{lm}}$$
其中，$U$ 是传热系数，$\Delta T_{lm}$ 是对数平均温差。
步骤 3：计算对数平均温差
对数平均温差 $\Delta T_{lm}$ 可以通过以下公式计算：
$$\Delta T_{lm} = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})}$$
其中，$\Delta T_1$ 是CO2和水的进口温差，$\Delta T_2$ 是CO2和水的出口温差。
步骤 4：计算传热系数
传热系数 $U$ 可以通过以下公式计算：
$$U = \frac{1}{\frac{1}{\alpha_1} + \frac{r_i}{\lambda} + \frac{1}{\alpha_0}}$$
其中，$\alpha_1$ 是管内CO2的对流传热系数，$\alpha_0$ 是管间水的对流传热系数，$r_i$ 是管内半径，$\lambda$ 是钢的导热系数。