题目
(请在作业本上计算,并拍照上传。不按要求计0分。)某厂要求将流量为1.25kg/s的苯由80℃冷却到30℃。冷却水走管外与苯逆流换热,进口水温20℃,出口不超过50℃。已知苯侧和水侧的对流给热系数分别为850 W/(m2·K)和1700 W/(m2·K),污垢热阻和管壁热阻可略,试求换热器的传热面积;已知苯的平均比热容为1.9kJ/(kg·K),水的平均比热容为4.18 kJ/(kg·K)。
(请在作业本上计算,并拍照上传。不按要求计0分。)某厂要求将流量为1.25kg/s的苯由80℃冷却到30℃。冷却水走管外与苯逆流换热,进口水温20℃,出口不超过50℃。已知苯侧和水侧的对流给热系数分别为850 W/(m2·K)和1700 W/(m2·K),污垢热阻和管壁热阻可略,试求换热器的传热面积;已知苯的平均比热容为1.9kJ/(kg·K),水的平均比热容为4.18 kJ/(kg·K)。
题目解答
答案
11.6m²。
解析
步骤 1:计算苯的热负荷
苯的热负荷可以通过以下公式计算:
\[ Q = \dot{m} \cdot c_p \cdot \Delta T \]
其中,\(\dot{m}\) 是苯的质量流量,\(c_p\) 是苯的比热容,\(\Delta T\) 是苯的温度变化。
步骤 2:计算冷却水的流量
冷却水的流量可以通过以下公式计算:
\[ \dot{m}_w = \frac{Q}{c_{pw} \cdot \Delta T_w} \]
其中,\(c_{pw}\) 是水的比热容,\(\Delta T_w\) 是水的温度变化。
步骤 3:计算传热系数
传热系数 \(U\) 可以通过以下公式计算:
\[ \frac{1}{U} = \frac{1}{h_i} + \frac{1}{h_o} \]
其中,\(h_i\) 和 \(h_o\) 分别是苯侧和水侧的对流给热系数。
步骤 4:计算传热面积
传热面积 \(A\) 可以通过以下公式计算:
\[ A = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_{lm}} \]
其中,\(\Delta T_{lm}\) 是对数平均温差,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,\(\Delta T_1\) 和 \(\Delta T_2\) 分别是换热器两端的温差。
苯的热负荷可以通过以下公式计算:
\[ Q = \dot{m} \cdot c_p \cdot \Delta T \]
其中,\(\dot{m}\) 是苯的质量流量,\(c_p\) 是苯的比热容,\(\Delta T\) 是苯的温度变化。
步骤 2:计算冷却水的流量
冷却水的流量可以通过以下公式计算:
\[ \dot{m}_w = \frac{Q}{c_{pw} \cdot \Delta T_w} \]
其中,\(c_{pw}\) 是水的比热容,\(\Delta T_w\) 是水的温度变化。
步骤 3:计算传热系数
传热系数 \(U\) 可以通过以下公式计算:
\[ \frac{1}{U} = \frac{1}{h_i} + \frac{1}{h_o} \]
其中,\(h_i\) 和 \(h_o\) 分别是苯侧和水侧的对流给热系数。
步骤 4:计算传热面积
传热面积 \(A\) 可以通过以下公式计算:
\[ A = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_{lm}} \]
其中,\(\Delta T_{lm}\) 是对数平均温差,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,\(\Delta T_1\) 和 \(\Delta T_2\) 分别是换热器两端的温差。