题目
在由118根252.5,长为3m的钢管组成的列管式换热器中,用饱和水蒸汽加热空气,空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9℃,空气的质量流量为7200kg/h,空气的进、出口温度分别20℃和60℃,操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg℃),空气的对流给热系数为50 W/(m2℃),蒸汽冷凝给热系数为8000 W/(m2℃),假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求:(1)加热空气需要的热量Q为多少?(2)以管子外表面为基准的总传热系数K为多少?(3)此换热器能否完成生产任务?
在由118根252.5,长为3m的钢管组成的列管式换热器中,用饱和水蒸汽加热空气,空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9℃,空气的质量流量为7200kg/h,空气的进、出口温度分别20℃和60℃,操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg℃),空气的对流给热系数为50 W/(m2℃),蒸汽冷凝给热系数为8000 W/(m2℃),假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求:
(1)加热空气需要的热量Q为多少?
(2)以管子外表面为基准的总传热系数K为多少?
(3)此换热器能否完成生产任务?
题目解答
答案
解:(1)
kJ/s
(2) 
W/(m2℃)
(3) 
m2
℃
kJ/s,能够完成生产任务。
下 册
解析
步骤 1：计算加热空气所需的热量Q
根据热量计算公式，$Q = W \times C_p \times (t_2 - t_1)$，其中$W$为空气的质量流量，$C_p$为空气的比热，$t_2$和$t_1$分别为空气的出口和进口温度。
步骤 2：计算以管子外表面为基准的总传热系数K
根据传热系数计算公式，$K = \frac{1}{\frac{1}{h_1} + \frac{d_2}{d_1 h_2}}$，其中$h_1$和$h_2$分别为蒸汽冷凝给热系数和空气的对流给热系数，$d_1$和$d_2$分别为管子的内径和外径。
步骤 3：计算换热器的传热面积A
根据换热器的结构，$A = n \times \pi \times d_2 \times L$，其中$n$为管子数量，$d_2$为管子外径，$L$为管子长度。
步骤 4：计算平均温差$\Delta t_m$
根据平均温差计算公式，$\Delta t_m = \frac{\Delta t_1 - \Delta t_2}{\ln \frac{\Delta t_1}{\Delta t_2}}$，其中$\Delta t_1$和$\Delta t_2$分别为蒸汽和空气的温差。
步骤 5：计算换热器的传热量$\eta$
根据传热量计算公式，$\eta = K \times A \times \Delta t_m$。
步骤 6：判断换热器能否完成生产任务
比较计算得到的传热量$\eta$和加热空气所需的热量Q，如果$\eta \geq Q$，则换热器能够完成生产任务。
根据热量计算公式，$Q = W \times C_p \times (t_2 - t_1)$，其中$W$为空气的质量流量，$C_p$为空气的比热，$t_2$和$t_1$分别为空气的出口和进口温度。
步骤 2：计算以管子外表面为基准的总传热系数K
根据传热系数计算公式，$K = \frac{1}{\frac{1}{h_1} + \frac{d_2}{d_1 h_2}}$，其中$h_1$和$h_2$分别为蒸汽冷凝给热系数和空气的对流给热系数，$d_1$和$d_2$分别为管子的内径和外径。
步骤 3：计算换热器的传热面积A
根据换热器的结构，$A = n \times \pi \times d_2 \times L$，其中$n$为管子数量，$d_2$为管子外径，$L$为管子长度。
步骤 4：计算平均温差$\Delta t_m$
根据平均温差计算公式，$\Delta t_m = \frac{\Delta t_1 - \Delta t_2}{\ln \frac{\Delta t_1}{\Delta t_2}}$，其中$\Delta t_1$和$\Delta t_2$分别为蒸汽和空气的温差。
步骤 5：计算换热器的传热量$\eta$
根据传热量计算公式，$\eta = K \times A \times \Delta t_m$。
步骤 6：判断换热器能否完成生产任务
比较计算得到的传热量$\eta$和加热空气所需的热量Q，如果$\eta \geq Q$，则换热器能够完成生产任务。