在一传热面积为40 m2的平板式换热器中,用水冷却某种溶液,两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h,其温度由22 ℃升高到36 ℃。溶液温度由115 ℃降至55 ℃。若换热器清洗后,在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下,冷却水的出口温度升至40 ℃,试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设:(1)两种情况下,冷、热流体的物性可视为不变,水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃);(2)两种情况下,分别相同;(3)忽略壁面热阻和热损失。

步骤 1：计算清洗前的传热量
根据热量衡算，冷却水吸收的热量等于溶液释放的热量。冷却水的流量为30 000 kg/h，温度由22 ℃升高到36 ℃，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)。因此，冷却水吸收的热量为：
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T = 30000 \cdot \frac{1}{3600} \cdot 4.174 \cdot (36 - 22) \]
步骤 2：计算清洗后的传热量
清洗后，冷却水的出口温度升至40 ℃，因此，冷却水吸收的热量为：
\[ Q' = m \cdot c \cdot \Delta T' = 30000 \cdot \frac{1}{3600} \cdot 4.174 \cdot (40 - 22) \]
步骤 3：计算清洗前后的传热系数
根据传热方程，传热量Q等于传热系数K乘以传热面积A乘以平均温差ΔTm。清洗前后的传热系数分别为K和K'，传热面积A为40 m2。因此，清洗前后的传热系数为：
\[ K = \frac{Q}{A \cdot \Delta T_m} \]
\[ K' = \frac{Q'}{A \cdot \Delta T_m} \]
步骤 4：计算清洗前后的总传热热阻
总传热热阻Rt等于1/K，因此，清洗前后的总传热热阻为：
\[ R_t = \frac{1}{K} \]
\[ R_t' = \frac{1}{K'} \]
步骤 5：计算清洗前壁面两侧的总污垢热阻
清洗前壁面两侧的总污垢热阻等于清洗前后的总传热热阻之差，即：
\[ R_f = R_t - R_t' \]