题目
在一套管式换热器,内管为φ180×10mm的钢管,用水冷却原油,采用逆流操作,水在内管中流动,冷却水的进口温度为15℃,出口温度为55℃,原油在环隙中流动,流量为500 kgh-1,其平均比定压热容为kg-1℃-1,要求从90℃冷却至40℃,已知水侧的对流表面传热系数为1000Wm-2℃-1,油侧的对流表面传热系数为299 Wm-2℃-1,(管壁热阻及垢阻忽略不计)。试求:(1) 所需冷却水用量(水的比热取 kJkg-1℃-1,忽略热损失);(2) 总传热系数;(3) 套管换热器的有效传热长度;(4) 若冷却水进口温度变为20℃,问此时会出现什么情况?解(1) =W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)(55-15)=500(90-40)=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)=500kg/h(2) Ko==W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)w/(3) =W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃ =W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2) =W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)103=224L=W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)L=(4) =W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃A. 若维持水的流量及其它的条件不变,则水的出口温度 B. =W1Cp1(t2-t1)=W2(C)_(p2)(T1-T2)℃ C. 水的出口温度过高导致结垢。 D. 若水的出口温度不变,则必须增加水的流率 E. h F. 此时换热器的管长也变化即需要换一个热交换器。
在一套管式换热器,内管为φ180×10mm的钢管,用水冷却原油,采用逆流操作,水在内管中流动,冷却水的进口温度为15℃,出口温度为55℃,原油在环隙中流动,流量为500 kgh-1,其平均比定压热容为kg-1℃-1,要求从90℃冷却至40℃,已知水侧的对流表面传热系数为1000Wm-2℃-1,油侧的对流表面传热系数为299 Wm-2℃-1,(管壁热阻及垢阻忽略不计)。试求:
(1) 所需冷却水用量(水的比热取 kJkg-1℃-1,忽略热损失);
(2) 总传热系数;
(3) 套管换热器的有效传热长度;
(4) 若冷却水进口温度变为20℃,问此时会出现什么情况?
解(1) 
(55-15)=500(90-40)
=500kg/h
(2) Ko=
w/
(3) 
℃
℃
℃
℃
℃ 
℃
℃
103=224L
L=
(4) 
℃
B.
℃C. 水的出口温度过高导致结垢。
D. 若水的出口温度不变,则必须增加水的流率
E. h
F. 此时换热器的管长也变化即需要换一个热交换器。
题目解答
答案
a 若维持水的流量及其它的条件不变，则水的出口温度 ℃ 水的出口温度过高导致结垢。 b 若水的出口温度不变，则必须增加水的流率 由 kg/h 此时换热器的管长也变化即需要换一个热交换器。
解析
步骤 1：计算所需冷却水用量
根据能量守恒原理，冷却水吸收的热量等于原油释放的热量。因此，可以使用以下公式计算冷却水的用量：
\[ q = W_1C_{p1}(t_2 - t_1) = W_2C_{p2}(T_1 - T_2) \]
其中，\( q \) 是热量，\( W_1 \) 是冷却水的流量，\( C_{p1} \) 是冷却水的比热容，\( t_1 \) 和 \( t_2 \) 分别是冷却水的进口和出口温度，\( W_2 \) 是原油的流量，\( C_{p2} \) 是原油的比热容，\( T_1 \) 和 \( T_2 \) 分别是原油的进口和出口温度。
步骤 2：计算总传热系数
总传热系数 \( K_0 \) 可以通过以下公式计算：
\[ K_0 = \frac{1}{\frac{d_0}{h_i d_0} + \frac{1}{h_0}} \]
其中，\( d_0 \) 是内管的外径，\( h_i \) 是内管的对流表面传热系数，\( h_0 \) 是外管的对流表面传热系数。
步骤 3：计算套管换热器的有效传热长度
根据热量传递公式，可以计算套管换热器的有效传热长度 \( L \)：
\[ q = K_0 A_0 \Delta t_m \]
其中，\( A_0 \) 是传热面积，\( \Delta t_m \) 是平均温差。
步骤 4：分析冷却水进口温度变化的影响
如果冷却水进口温度变为20℃，需要分析水的出口温度变化以及对换热器的影响。
根据能量守恒原理，冷却水吸收的热量等于原油释放的热量。因此，可以使用以下公式计算冷却水的用量：
\[ q = W_1C_{p1}(t_2 - t_1) = W_2C_{p2}(T_1 - T_2) \]
其中，\( q \) 是热量，\( W_1 \) 是冷却水的流量，\( C_{p1} \) 是冷却水的比热容，\( t_1 \) 和 \( t_2 \) 分别是冷却水的进口和出口温度，\( W_2 \) 是原油的流量，\( C_{p2} \) 是原油的比热容，\( T_1 \) 和 \( T_2 \) 分别是原油的进口和出口温度。
步骤 2：计算总传热系数
总传热系数 \( K_0 \) 可以通过以下公式计算：
\[ K_0 = \frac{1}{\frac{d_0}{h_i d_0} + \frac{1}{h_0}} \]
其中，\( d_0 \) 是内管的外径，\( h_i \) 是内管的对流表面传热系数，\( h_0 \) 是外管的对流表面传热系数。
步骤 3：计算套管换热器的有效传热长度
根据热量传递公式，可以计算套管换热器的有效传热长度 \( L \)：
\[ q = K_0 A_0 \Delta t_m \]
其中，\( A_0 \) 是传热面积，\( \Delta t_m \) 是平均温差。
步骤 4：分析冷却水进口温度变化的影响
如果冷却水进口温度变为20℃，需要分析水的出口温度变化以及对换热器的影响。