题目
有一列管式换热器,装有φ25×2.5mm钢管320根,其管长为2m,要求将质量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃,选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K,管壁及两侧污垢热阻均忽略不计,而且不计热损失,已知空气在平均温度下的物性常数:λ=2.85×10-2W/m·K,μ=1.98×10-5N·s/m2,cp=1kJ/kg·K,Pr=0.7。试求:(1)空气在管内的对流传热系数;(2)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准);(3)通过计算说明该换热器能否满足要求;(4)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。
有一列管式换热器,装有φ25×2.5mm钢管320根,其管长为2m,要求将质量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃,选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K,管壁及两侧污垢热阻均忽略不计,而且不计热损失,已知空气在平均温度下的物性常数:λ=2.85×10-2W/m·K,μ=1.98×10-5N·s/m2,cp=1kJ/kg·K,Pr=0.7。
试求:(1)空气在管内的对流传热系数;
(2)求换热器的总传热系数(以管子外表面为基准);
(3)通过计算说明该换热器能否满足要求;
(4)计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。
题目解答
答案
解:(1) 空气在管内流速:
0.6<Pr=0.7<160 l/d=2/0.02=100>50
传热系数αi
=85.68W/m2·K
(2)总传热系数(以管外径为基准):
解得:K=68.08W/m2·K
(3)传热量: 
实际所需传热面积: 
108
108
20
85
△t1=88 △t2=23
℃
该换热器所能提供传热面积
:
有:
< 该换热器能满足要求。
(4)Q=KA△tm=68.08×43.80×48.44=1.44×105W
℃
Ai=320×3.14×0.02×2=40.19m2
℃
所以:壁温接近于蒸汽流体一侧(或者说接近α大的一侧流体温度)
解析
步骤 1：计算空气在管内的流速
空气的质量流量为8000kg/h，管子的直径为25mm，管长为2m。首先计算空气在管内的流速。
步骤 2：计算空气在管内的雷诺数
根据流速和空气的物性参数，计算空气在管内的雷诺数。
步骤 3：计算空气在管内的对流传热系数
根据雷诺数和普朗特数，使用Dittus-Boelter方程计算空气在管内的对流传热系数。
步骤 4：计算换热器的总传热系数
根据空气和蒸汽的对流传热系数，计算换热器的总传热系数。
步骤 5：计算换热器的传热面积
根据传热量和传热系数，计算换热器的传热面积。
步骤 6：计算管壁温度
根据传热量和对流传热系数，计算管壁温度。
空气的质量流量为8000kg/h，管子的直径为25mm，管长为2m。首先计算空气在管内的流速。
步骤 2：计算空气在管内的雷诺数
根据流速和空气的物性参数，计算空气在管内的雷诺数。
步骤 3：计算空气在管内的对流传热系数
根据雷诺数和普朗特数，使用Dittus-Boelter方程计算空气在管内的对流传热系数。
步骤 4：计算换热器的总传热系数
根据空气和蒸汽的对流传热系数，计算换热器的总传热系数。
步骤 5：计算换热器的传热面积
根据传热量和传热系数，计算换热器的传热面积。
步骤 6：计算管壁温度
根据传热量和对流传热系数，计算管壁温度。