有一单壳程双管程列管换热器,管外用120 C饱和蒸汽加热,干空气以12m/s的流速在管内流动,管径为φ38×2.5mm,总管数为200根,已知空气进口温度为26 ℃,要求出口温度为86 ℃,试求:该换热器的管长应为多少(不计出口温度变化对物性影响,忽略热损失、污垢热阻及管壁热阻)。已知定性温度下空气的物性数据为=1.005,=1.07 kg/m, = 0.0199 cP, = 0.0287W/(m·K),=0.697。 (15分)
有一单壳程双管程列管换热器,管外用120 C饱和蒸汽加热,干空气以12m/s的流速在管内流动,管径为φ38×2.5mm,总管数为200根,已知空气进口温度为26 ℃,要求出口温度为86 ℃,试求:该换热器的管长应为多少(
不计出口温度变化对物性影响,忽略热损失、污垢热阻及管壁热阻)。
已知定性温度下空气的物性数据为=1.005,=1.07 kg/m, = 0.0199 cP, = 0.0287W/(m·K),=0.697。 (15分)
题目解答
答案
解:因为管外蒸汽冷凝的
比管内空气的
大得多,且管壁及污垢热阻可略去,有
≈
(2分)
(2分)
则 
(2分)
注意:上式中的n为列管换热器总管数。。
Vs2 = 
= 0.785×0.0332×(200/2)×12 = 1.026 m3/s
注意:求Vs2 时必须用每管程的管数,对双管程即n/2,不能用总管数n。
Q =
= 
= 1.026×1.07×1.005×103×(86-26)= 6.62×104 W
Re = 
= 
= 2.13×104>104 为湍流 (3分)
= 0.023
= 0.023×
×(2.13×104)0.8×0.6970.4=50 W/(m2·k)
=
=
= 59 ℃ (4分)
所以 
= 
= 
= 
(2分)
解析
因为管外蒸汽冷凝的α1比管内空气的α2大得多，且管壁及污垢热阻可略去，有
$R={[ \dfrac {1}{{\alpha }_{1}}+\dfrac {1}{{\alpha }_{2}}\dfrac {{\alpha }_{1}}{{\alpha }_{2}}] }^{-}$≈${\alpha }_{2}\dfrac {{d}_{2}}{{d}_{1}}$ (2分)
步骤 2：计算换热器的热流量
$Q=R(A\Delta {t}_{m}\approx {a}_{2}\dfrac {{d}_{2}}{{d}_{1}}n\pi {d}_{1}I\Delta {t}_{m}={a}_{2}n\pi {d}_{2}/\Delta {t}_{m}$ (2分)
步骤 3：计算管内空气的体积流量
Vs2 = $0.785{d}^{2}n/2)u$= 0.785×0.0332×(200/2)×12 = 1.026 m3/s
注意:求Vs2 时必须用每管程的管数,对双管程即n/2,不能用总管数n。
步骤 4：计算换热器的热流量
Q =${m}_{s}{2}_{p}({t}_{2}-{t}_{1})$ = ${V}_{s2}{P}_{P2}({t}_{2}-{t}_{1})$ = 1.026×1.07×1.005×103×(86-26)= 6.62×104 W
步骤 5：计算雷诺数
Re = d2 = C $0.0199\times {10}^{-3}$ = 2.13×104>104 为湍流 (3分)
步骤 6：计算对流传热系数
z D = 0.023$\dfrac {{\lambda }_{2}}{{d}_{2}}$8·00.4= 0.023×0.0287 0.033×(2.13×104)0.8×0.6970.4=50 W/(m2·k)
步骤 7：计算平均温差
$\Delta tm$=$\dfrac {{t}_{2}-{t}_{1}}{\ln \dfrac {{T}_{s}-{t}_{1}}}{{T}_{s}-{t}_{2}}$=80-26 ln 120-86 = 59 ℃ (4分)
步骤 8：计算管长
所以 = α2nπd2tm = $6.62\times {10}^{4}$ $50\times 200\times 3.14\times 0.033\times 59$ = 1.08m (2分)