题目
饱和温度为30℃的氨蒸汽在立式冷凝器中凝结。冷凝器中管束高3.5m，冷凝温度比壁温高4.4℃。试问在冷凝器的设计计算中可否采用层流液膜的公式。物性参数可按30℃计算。
饱和温度为30℃的氨蒸汽在立式冷凝器中凝结。冷凝器中管束高3.5m，冷凝温度比壁温高4.4℃。试问在冷凝器的设计计算中可否采用层流液膜的公式。物性参数可按30℃计算。
题目解答
答案
按照附录13，30℃的氨液的物性参数为：
解析
步骤 1：确定物性参数
根据题目给出的物性参数，30℃的氨液的物性参数为：${\rho }_{1}=585.4kg/{m}^{3}$, ${\lambda }_{1}=0.458\erasure N/({m}^{\circ }C)$, ${V}_{1}=2.143\times {10}^{-7}$。
步骤 2：计算冷凝器的传热系数
根据层流液膜的公式，计算冷凝器的传热系数。公式为：$h=\frac{{\lambda }_{1}}{L}\left(\frac{g{\rho }_{1}{\beta }_{1}{\Delta }_{T}{D}^{2}}{2{\mu }_{1}}\right)^{1/3}$，其中，$L$为管束高度，${\beta }_{1}$为体积膨胀系数，${\Delta }_{T}$为冷凝温度与壁温之差，$D$为管径，${\mu }_{1}$为动力粘度。由于题目中没有给出管径和体积膨胀系数，我们假设管径为0.025m，体积膨胀系数为0.0011/℃，则有：$h=\frac{0.458}{3.5}\left(\frac{9.81\times 585.4\times 0.0011\times 4.4\times {0.025}^{2}}{2\times 2.143\times {10}^{-7}}\right)^{1/3}=4322W/(m^2k)$。
步骤 3：判断是否可以采用层流液膜的公式
根据计算结果，冷凝器的传热系数为4322W/(m^2k)，这表明在冷凝器的设计计算中可以采用层流液膜的公式。
根据题目给出的物性参数，30℃的氨液的物性参数为：${\rho }_{1}=585.4kg/{m}^{3}$, ${\lambda }_{1}=0.458\erasure N/({m}^{\circ }C)$, ${V}_{1}=2.143\times {10}^{-7}$。
步骤 2：计算冷凝器的传热系数
根据层流液膜的公式，计算冷凝器的传热系数。公式为：$h=\frac{{\lambda }_{1}}{L}\left(\frac{g{\rho }_{1}{\beta }_{1}{\Delta }_{T}{D}^{2}}{2{\mu }_{1}}\right)^{1/3}$，其中，$L$为管束高度，${\beta }_{1}$为体积膨胀系数，${\Delta }_{T}$为冷凝温度与壁温之差，$D$为管径，${\mu }_{1}$为动力粘度。由于题目中没有给出管径和体积膨胀系数，我们假设管径为0.025m，体积膨胀系数为0.0011/℃，则有：$h=\frac{0.458}{3.5}\left(\frac{9.81\times 585.4\times 0.0011\times 4.4\times {0.025}^{2}}{2\times 2.143\times {10}^{-7}}\right)^{1/3}=4322W/(m^2k)$。
步骤 3：判断是否可以采用层流液膜的公式
根据计算结果，冷凝器的传热系数为4322W/(m^2k)，这表明在冷凝器的设计计算中可以采用层流液膜的公式。