一列管换热器,由φ25×2mm的126根不锈钢管组成。平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流动,其流量为15000kg/h,并由20℃加热到80℃,温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi为520W/m2·℃,蒸汽对管壁的传热系数α0为1.16×104W/m2·℃,不锈钢管的导热系数λ=17W/m·℃,忽略垢层热阻和热损失。试求:(1)管程为单程时的列管长度(有效长度,下同)(2)管程为4程时的列管长度(总管数不变,仍为126根)(总传热系数:以管平均面积为基准,)

解:(1)传热量:Q=qmcp(t2-t1)

=15000/3600×4187×(80-20) ≈ 1.05×106W

总传热系数:(以管平均面积为基准)

解得: K=434.19W/m2·℃

对数平均温差: 110110

2080

△t1 90 △t2 30

℃

传热面积:

;

列管长度:

(2)管程为4程时,只是αi变大:

强制湍流时:αi=0.023(λ/d)Re0.8Pr0.4,u变大,Re=duρ/μ变大

4程A'=1/4A(单程),则:4程时u'=4u(单程)

有(4程)=40.8αi(单程)=40.8×520=1576.34W/m2·℃

4程时:

=1121.57W/m2·℃

4程列管长: