在内管为φ180×10mm的套管换热器中,将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃,其平均比热为2.38kJ/(kg.k),环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃,平均比热为4.174kJ/(kg.k),基于传热外面积的总传热系数K=2000W/(m2.k),且保持不变.设热损失可以忽略。试求:(1)冷却水用量;(2)计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及传热面积。

步骤 1：计算液态烃的热负荷
液态烃的热负荷可以通过以下公式计算：
\[ Q = \dot{m}_1 \cdot c_{p1} \cdot (T_{1i} - T_{1o}) \]
其中，\(\dot{m}_1\) 是液态烃的质量流量，\(c_{p1}\) 是液态烃的比热，\(T_{1i}\) 和 \(T_{1o}\) 分别是液态烃的进口和出口温度。
步骤 2：计算冷却水的用量
冷却水的用量可以通过以下公式计算：
\[ \dot{m}_2 = \frac{Q}{c_{p2} \cdot (T_{2o} - T_{2i})} \]
其中，\(\dot{m}_2\) 是冷却水的质量流量，\(c_{p2}\) 是冷却水的比热，\(T_{2i}\) 和 \(T_{2o}\) 分别是冷却水的进口和出口温度。
步骤 3：计算逆流和并流情况下的平均温差
逆流和并流情况下的平均温差可以通过以下公式计算：
\[ \Delta T_{m,逆} = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})} \]
\[ \Delta T_{m,并} = \frac{\Delta T_1 + \Delta T_2}{2} \]
其中，\(\Delta T_1\) 和 \(\Delta T_2\) 分别是液态烃和冷却水的进出口温差。
步骤 4：计算传热面积
传热面积可以通过以下公式计算：
\[ A = \frac{Q}{K \cdot \Delta T_m} \]
其中，\(A\) 是传热面积，\(K\) 是总传热系数，\(\Delta T_m\) 是平均温差。