题目

在逆流换热器中,用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体[比热容为1.9kJ/(kg·K),密度为850kg/m3]由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为ф25mm×2.5mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850W/(m2·K)和1700W/(m2·K),污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃,求水的流量和换热器的传热面积。

题目解答

答案

解:已知:Tc1 = 20℃,cpc = 4.183kJ/(kg·K),cph = 1.9kJ/(kg·K),Wh = 1.25kg/s,ρh = 850kg/m3,Th1 = 80℃,Th2 = 30℃,d1 = 0.025m,d2 = 0.02m,α1 = 1700W/(m2·K),α2 = 850W/(m2·K),Tc2≤50℃

根据热量衡算,可列出:

令Tc2 = 50℃,求得:Wc = 0.946kg/s

代入数据,可得: K = 471.5 W/(m2·K),

℃

求得:S = 13.8m2

解析

步骤 1：热量衡算
根据热量衡算，水吸收的热量等于液体释放的热量。设水的流量为Wc，液体的流量为Wh，水的比热容为Cpc，液体的比热容为Cph，水的初温为Tc1，水的终温为Tc2，液体的初温为Th1，液体的终温为Th2。则有：
${N}_{c}{C}_{pc}({T}_{c2}-{T}_{c1})={w}_{h}{c}_{ph}({T}_{h1}-{T}_{h2})$
步骤 2：计算水的流量
已知：Tc1 = 20℃, Cpc = 4.183kJ/(kg·K), Cph = 1.9kJ/(kg·K), Wh = 1.25kg/s, Th1 = 80℃, Th2 = 30℃, Tc2≤50℃
令Tc2 = 50℃，代入热量衡算公式，求得水的流量Wc。
步骤 3：计算传热系数
已知：d1 = 0.025m, d2 = 0.02m, α1 = 1700W/(m2·K), α2 = 850W/(m2·K)
根据传热系数的计算公式，求得传热系数K。
步骤 4：计算传热面积
已知：Wh = 1.25kg/s, Cph = 1.9kJ/(kg·K), Th1 = 80℃, Th2 = 30℃, K = 471.5 W/(m2·K)
根据传热面积的计算公式，求得传热面积S。