题目
一单管程列管换热器,由940根 Φ19 ×2mm,长3m的换热管组成。今用该换热器将30000kg/h的空气由20℃加热到95℃,换热管外的加热介质为100℃的饱和水蒸气。已知水蒸气冷凝的给热系数αo为5000W/m2· K,空气在定性温度下的物性为:μ=0.02cP,Cp=1.0kJ/kg·K,λ=0.031W/m·K,Pr=0.71,管壁、垢层热阻及热损失均可忽略。试问该换热器是否合用?
一单管程列管换热器,由940根 Φ19 ×2mm,长3m的换热管组成。今用该换热器将30000kg/h的空气由20℃加热到95℃,换热管外的加热介质为100℃的饱和水蒸气。已知水蒸气冷凝的给热系数αo为5000W/m2· K,空气在定性温度下的物性为:μ=0.02cP,Cp=1.0kJ/kg·K,λ=0.031W/m·K,Pr=0.71,管壁、垢层热阻及热损失均可忽略。试问该换热器是否合用?
题目解答
答案
解析
步骤 1:计算空气的质量流速
空气的质量流速可以通过以下公式计算:
$$
a_{mc} = \frac{m}{A \cdot d^2}
$$
其中,$m$ 是空气的质量流量,$A$ 是换热管的横截面积,$d$ 是换热管的内径。换热管的横截面积 $A$ 可以通过换热管的内径 $d$ 计算得到,$A = \pi \cdot d^2 / 4$。将给定的数值代入公式中,可以得到空气的质量流速 $a_{mc}$。
步骤 2:计算雷诺数
雷诺数 $Re$ 可以通过以下公式计算:
$$
Re = \frac{d \cdot u \cdot P}{\mu}
$$
其中,$d$ 是换热管的内径,$u$ 是空气的流速,$P$ 是空气的密度,$\mu$ 是空气的粘度。将给定的数值代入公式中,可以得到雷诺数 $Re$。
步骤 3:计算传热系数
传热系数 $K_1$ 可以通过以下公式计算:
$$
K_1 = \frac{1}{\frac{1}{\alpha_i} + \frac{1}{\alpha_o}}
$$
其中,$\alpha_i$ 是空气侧的给热系数,$\alpha_o$ 是水蒸气侧的给热系数。将给定的数值代入公式中,可以得到传热系数 $K_1$。
步骤 4:计算传热面积
传热面积 $S_i$ 可以通过以下公式计算:
$$
S_i = \frac{Q}{R \cdot \Delta t_m}
$$
其中,$Q$ 是换热器的热负荷,$R$ 是传热系数,$\Delta t_m$ 是平均温差。将给定的数值代入公式中,可以得到传热面积 $S_i$。
步骤 5:比较传热面积
将计算得到的传热面积 $S_i$ 与换热器实际提供的传热面积 $S_{阴}$ 进行比较,如果 $S_{阴} > S_i$,则该换热器合用。
空气的质量流速可以通过以下公式计算:
$$
a_{mc} = \frac{m}{A \cdot d^2}
$$
其中,$m$ 是空气的质量流量,$A$ 是换热管的横截面积,$d$ 是换热管的内径。换热管的横截面积 $A$ 可以通过换热管的内径 $d$ 计算得到,$A = \pi \cdot d^2 / 4$。将给定的数值代入公式中,可以得到空气的质量流速 $a_{mc}$。
步骤 2:计算雷诺数
雷诺数 $Re$ 可以通过以下公式计算:
$$
Re = \frac{d \cdot u \cdot P}{\mu}
$$
其中,$d$ 是换热管的内径,$u$ 是空气的流速,$P$ 是空气的密度,$\mu$ 是空气的粘度。将给定的数值代入公式中,可以得到雷诺数 $Re$。
步骤 3:计算传热系数
传热系数 $K_1$ 可以通过以下公式计算:
$$
K_1 = \frac{1}{\frac{1}{\alpha_i} + \frac{1}{\alpha_o}}
$$
其中,$\alpha_i$ 是空气侧的给热系数,$\alpha_o$ 是水蒸气侧的给热系数。将给定的数值代入公式中,可以得到传热系数 $K_1$。
步骤 4:计算传热面积
传热面积 $S_i$ 可以通过以下公式计算:
$$
S_i = \frac{Q}{R \cdot \Delta t_m}
$$
其中,$Q$ 是换热器的热负荷,$R$ 是传热系数,$\Delta t_m$ 是平均温差。将给定的数值代入公式中,可以得到传热面积 $S_i$。
步骤 5:比较传热面积
将计算得到的传热面积 $S_i$ 与换热器实际提供的传热面积 $S_{阴}$ 进行比较,如果 $S_{阴} > S_i$,则该换热器合用。