题目
一单壳程单管程列管换热器,由多根252.5mm 的钢管组成管束,管程走某有机溶液,流速为0.5m/s,流量为15t/h,比热为1.76kJ/(kgK),密度为858kg/m3,温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/(m2K)和10000W/(m2K)。钢导热系数为45W/(mK)。垢层热阻忽略不计。求:A) 总传热系数;B) 管子根数及管长;C) 在冷流体温度不变的情况下,若要提高此设备的传热速率,你认为要采取什么措施?
一单壳程单管程列管换热器,由多根252.5mm 的钢管组成管束,管程走某有机溶液,流速为0.5m/s,流量为15t/h,比热为1.76kJ/(kgK),密度为858kg/m3,温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/(m2K)和10000W/(m2K)。钢导热系数为45W/(mK)。垢层热阻忽略不计。求:A) 总传热系数;B) 管子根数及管长;C) 在冷流体温度不变的情况下,若要提高此设备的传热速率,你认为要采取什么措施?
题目解答
答案
解:Q=Wcpt=151031.76103(50-20)/3600=2.20105Wtm=[(130-20)+(130-50)]/2=95℃以外表面为基准的传热系数:K=1/[1/10000+(0.0025×0.025)/(45×0.0225)+0.025/(700×0.02)]=513W(Km2)V=W/=15×103/(3600×858)=0.0049m3/sS=V/u=0.0049/0.5=9.8×103、m2S=d2n/4n=4S/(d2)=4×0.0098/(3.14×0.022)=31根Ao=Q/(Kotm)=220000/(513×95)=4.5m2Ao=ndo·l l=A/(ndo)=4.5/(31×3.14×0.025)=1.85m 取2m因为管程流速小,也小,故应强化管程,可改为双管程。
解析
步骤 1：计算传热量
根据题目给出的条件，可以计算出传热量Q。传热量Q可以通过以下公式计算：
\[ Q = W_c \cdot c_p \cdot \Delta T \]
其中，\( W_c \)是有机溶液的质量流量，\( c_p \)是有机溶液的比热，\( \Delta T \)是有机溶液的温升。
步骤 2：计算传热系数
传热系数K可以通过以下公式计算：
\[ K = \frac{1}{\frac{1}{h_i} + \frac{r_o}{k} \ln \frac{r_o}{r_i} + \frac{1}{h_o}} \]
其中，\( h_i \)是管程的对流传热系数，\( h_o \)是壳程的对流传热系数，\( r_o \)是管子的外半径，\( r_i \)是管子的内半径，\( k \)是钢管的导热系数。
步骤 3：计算管子根数及管长
根据传热量Q和传热系数K，可以计算出换热面积A。换热面积A可以通过以下公式计算：
\[ A = \frac{Q}{K \cdot \Delta T_m} \]
其中，\( \Delta T_m \)是平均温差。根据换热面积A，可以计算出管子根数n和管长L。
步骤 4：提高传热速率的措施
在冷流体温度不变的情况下，要提高此设备的传热速率，可以采取以下措施：增加传热面积、提高传热系数、提高平均温差。
根据题目给出的条件，可以计算出传热量Q。传热量Q可以通过以下公式计算：
\[ Q = W_c \cdot c_p \cdot \Delta T \]
其中，\( W_c \)是有机溶液的质量流量，\( c_p \)是有机溶液的比热，\( \Delta T \)是有机溶液的温升。
步骤 2：计算传热系数
传热系数K可以通过以下公式计算：
\[ K = \frac{1}{\frac{1}{h_i} + \frac{r_o}{k} \ln \frac{r_o}{r_i} + \frac{1}{h_o}} \]
其中，\( h_i \)是管程的对流传热系数，\( h_o \)是壳程的对流传热系数，\( r_o \)是管子的外半径，\( r_i \)是管子的内半径，\( k \)是钢管的导热系数。
步骤 3：计算管子根数及管长
根据传热量Q和传热系数K，可以计算出换热面积A。换热面积A可以通过以下公式计算：
\[ A = \frac{Q}{K \cdot \Delta T_m} \]
其中，\( \Delta T_m \)是平均温差。根据换热面积A，可以计算出管子根数n和管长L。
步骤 4：提高传热速率的措施
在冷流体温度不变的情况下，要提高此设备的传热速率，可以采取以下措施：增加传热面积、提高传热系数、提高平均温差。