33.在列管换热器中,用热水加热冷水,热水流量为 .5times (10)^3kgcdot (h)^-1, 温度从95℃冷却到55-|||-℃,冷水温度从20℃升到50℃,总传热系数为 .8times (10)^3Wcdot (m)^-2cdot (C)^-1 试求:①冷水流量;②-|||-两种液体作逆流时的平均温度差和所需要的换热面积;③两种流体作并流时的平均温度差和-|||-所需要的换热面积;④根据计算结果,对逆流和并流换热作一比较,可得到哪些结论。

步骤 1：计算冷水流量
根据能量守恒原理，热水释放的热量等于冷水吸收的热量。热水流量为 $4.5\times {10}^{3}kg\cdot {h}^{-1}$，温度从95℃冷却到55℃，冷水温度从20℃升到50℃。假设水的比热容为 $4.18\times {10}^{3}J\cdot {kg}^{-1}\cdot {C}^{-1}$，则有：
$${W}_{1}{C}_{p1}({T}_{1}-{T}_{2})={W}_{2}{C}_{{r}_{2}}({t}_{2}-{t}_{1})$$
其中，${W}_{1}$ 为热水流量，${C}_{p1}$ 为热水的比热容，${T}_{1}$ 和 ${T}_{2}$ 分别为热水的初始和最终温度，${W}_{2}$ 为冷水流量，${C}_{{r}_{2}}$ 为冷水的比热容，${t}_{1}$ 和 ${t}_{2}$ 分别为冷水的初始和最终温度。
步骤 2：计算逆流时的平均温度差和所需的换热面积
逆流时，热水和冷水的温度差为：
$$\Delta {t}_{m}=(95-50)-(55-20)=40℃$$
所需的换热面积为：
$$A=\dfrac {4.5\times {10}^{3}\times 4.18\times {10}^{3}\times (95-55)}{3600\times 2.8\times {10}^{3}\times 40}=1.86{m}^{2}$$
步骤 3：计算并流时的平均温度差和所需的换热面积
并流时，热水和冷水的温度差为：
$$\Delta {t}_{m}=\dfrac {(95-20)-(55-50)}{\ln \dfrac {95-20}{55-50}}={25.8}^{\circ }C$$
所需的换热面积为：
$$A=\dfrac {4.5\times {10}^{3}\times 4.18\times {10}^{3}(95-55)}{3600\times 2.8\times {10}^{3}\times 25.8}=2.89{m}^{2}$$
步骤 4：比较逆流和并流换热
相同的进出口温度，逆流所需传热面积较小，因为逆流时传热推动力较大。