题目
一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为2.5kg/s的冷却水在管内流动,其进出口温度分别为15℃和60℃,比热为4174J/(kg·k);热油进出口温度分别为110和70,比热为2190J/(kg·k)。传热系数为400W(m2·k)。试计算所需的传热面积。
一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为2.5kg/s的冷却水在管内流动,其进出口温度分别为15℃和60℃,比热为4174J/(kg·k);热油进出口温度分别为110和70,比热为2190J/(kg·k)。传热系数为400W(m2·k)。试计算所需的传热面积。
题目解答
答案
解析
步骤 1:计算冷却水吸收的热量
冷却水的流量为2.5kg/s,进出口温度分别为15℃和60℃,比热为4174J/(kg·k)。根据热量计算公式,热量Q等于质量m乘以比热c乘以温度变化ΔT。因此,冷却水吸收的热量为:
\[ Q_{水} = m_{水} \times c_{水} \times \Delta T_{水} \]
\[ Q_{水} = 2.5 \times 4174 \times (60 - 15) \]
步骤 2:计算润滑油释放的热量
润滑油的进出口温度分别为110℃和70℃,比热为2190J/(kg·k)。根据热量计算公式,热量Q等于质量m乘以比热c乘以温度变化ΔT。因此,润滑油释放的热量为:
\[ Q_{油} = m_{油} \times c_{油} \times \Delta T_{油} \]
由于热量守恒,冷却水吸收的热量等于润滑油释放的热量,即:
\[ Q_{水} = Q_{油} \]
步骤 3:计算传热面积
传热系数为400W/(m^{2}·k),根据传热面积计算公式,传热面积F等于热量Q除以传热系数k乘以平均温差Δtm。平均温差Δtm可以通过逆流换热器的进出口温度计算得到。因此,传热面积为:
\[ F = \frac{Q}{k \times \Delta t_{m}} \]
\[ \Delta t_{m} = \frac{(t_{1} - t_{2}) \times (T_{1} - T_{2})}{\ln \left( \frac{t_{1} - t_{2}}{T_{1} - T_{2}} \right)} \]
\[ \Delta t_{m} = \frac{(110 - 70) \times (60 - 15)}{\ln \left( \frac{110 - 70}{60 - 15} \right)} \]
冷却水的流量为2.5kg/s,进出口温度分别为15℃和60℃,比热为4174J/(kg·k)。根据热量计算公式,热量Q等于质量m乘以比热c乘以温度变化ΔT。因此,冷却水吸收的热量为:
\[ Q_{水} = m_{水} \times c_{水} \times \Delta T_{水} \]
\[ Q_{水} = 2.5 \times 4174 \times (60 - 15) \]
步骤 2:计算润滑油释放的热量
润滑油的进出口温度分别为110℃和70℃,比热为2190J/(kg·k)。根据热量计算公式,热量Q等于质量m乘以比热c乘以温度变化ΔT。因此,润滑油释放的热量为:
\[ Q_{油} = m_{油} \times c_{油} \times \Delta T_{油} \]
由于热量守恒,冷却水吸收的热量等于润滑油释放的热量,即:
\[ Q_{水} = Q_{油} \]
步骤 3:计算传热面积
传热系数为400W/(m^{2}·k),根据传热面积计算公式,传热面积F等于热量Q除以传热系数k乘以平均温差Δtm。平均温差Δtm可以通过逆流换热器的进出口温度计算得到。因此,传热面积为:
\[ F = \frac{Q}{k \times \Delta t_{m}} \]
\[ \Delta t_{m} = \frac{(t_{1} - t_{2}) \times (T_{1} - T_{2})}{\ln \left( \frac{t_{1} - t_{2}}{T_{1} - T_{2}} \right)} \]
\[ \Delta t_{m} = \frac{(110 - 70) \times (60 - 15)}{\ln \left( \frac{110 - 70}{60 - 15} \right)} \]