题目
在某管壳式换热器中用冷水冷却油。换热管为φ25×2.5mm的钢管,水在管内流动,管内水侧对流传热系数为3490 W/(m2·℃);油在管外流动,管外油侧对流传热系数为258 W/(m2·℃)。换热器使用一段时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污垢热阻为0.00025 m2·℃/W,油侧污垢热阻为0.000172 m2·℃/W,管壁导热系数为45 W/(m·℃)。试求:(1)基于管外表面积的总传热系数;(2)产生污垢后,热阻增加的百分数。
在某管壳式换热器中用冷水冷却油。换热管为φ25×2.5mm的钢管,水在管内流动,管内水侧对流传热系数为3490 W/(m2·℃);油在管外流动,管外油侧对流传热系数为258 W/(m2·℃)。换热器使用一段时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污垢热阻为0.00025 m2·℃/W,油侧污垢热阻为0.000172 m2·℃/W,管壁导热系数为45 W/(m·℃)。试求:
(1)基于管外表面积的总传热系数;
(2)产生污垢后,热阻增加的百分数。
题目解答
答案
解:(1)由式
W/(m2·℃)
(2)产生污垢后,热阻增加的百分数为
解析
步骤 1：计算管内水侧的对流传热系数
水侧对流传热系数为3490 W/(m2·℃)。
步骤 2：计算管外油侧的对流传热系数
油侧对流传热系数为258 W/(m2·℃)。
步骤 3：计算水侧污垢热阻
水侧污垢热阻为0.00025 m2·℃/W。
步骤 4：计算油侧污垢热阻
油侧污垢热阻为0.000172 m2·℃/W。
步骤 5：计算管壁导热系数
管壁导热系数为45 W/(m·℃)。
步骤 6：计算基于管外表面积的总传热系数
基于管外表面积的总传热系数K可通过以下公式计算：
$K=\dfrac{1}{\dfrac{1}{h_i}+\dfrac{r_o}{r_i}\dfrac{1}{h_o}+\dfrac{r_o}{r_i}\dfrac{r_o}{r_i}\dfrac{1}{k}+\dfrac{r_o}{r_i}\dfrac{1}{R_{oi}}+\dfrac{1}{R_{oi}}}$，
其中，$h_i$为水侧对流传热系数，$h_o$为油侧对流传热系数，$r_o$为管外径，$r_i$为管内径，$k$为管壁导热系数，$R_{oi}$为油侧污垢热阻。
步骤 7：计算产生污垢后，热阻增加的百分数
热阻增加的百分数可通过以下公式计算：
$\dfrac{1}{K_{clean}}-\dfrac{1}{K_{dirty}}\times 100\%$，
其中，$K_{clean}$为清洁状态下的总传热系数，$K_{dirty}$为产生污垢后的总传热系数。
水侧对流传热系数为3490 W/(m2·℃)。
步骤 2：计算管外油侧的对流传热系数
油侧对流传热系数为258 W/(m2·℃)。
步骤 3：计算水侧污垢热阻
水侧污垢热阻为0.00025 m2·℃/W。
步骤 4：计算油侧污垢热阻
油侧污垢热阻为0.000172 m2·℃/W。
步骤 5：计算管壁导热系数
管壁导热系数为45 W/(m·℃)。
步骤 6：计算基于管外表面积的总传热系数
基于管外表面积的总传热系数K可通过以下公式计算：
$K=\dfrac{1}{\dfrac{1}{h_i}+\dfrac{r_o}{r_i}\dfrac{1}{h_o}+\dfrac{r_o}{r_i}\dfrac{r_o}{r_i}\dfrac{1}{k}+\dfrac{r_o}{r_i}\dfrac{1}{R_{oi}}+\dfrac{1}{R_{oi}}}$，
其中，$h_i$为水侧对流传热系数，$h_o$为油侧对流传热系数，$r_o$为管外径，$r_i$为管内径，$k$为管壁导热系数，$R_{oi}$为油侧污垢热阻。
步骤 7：计算产生污垢后，热阻增加的百分数
热阻增加的百分数可通过以下公式计算：
$\dfrac{1}{K_{clean}}-\dfrac{1}{K_{dirty}}\times 100\%$，
其中，$K_{clean}$为清洁状态下的总传热系数，$K_{dirty}$为产生污垢后的总传热系数。