在一单程列管换热器中,用饱和蒸汽加热原料油。温度为160℃饱和蒸汽在壳程冷凝(排出时为饱和液体),原料油在管程流动,并由20℃加热到106℃,列管换热器尺寸为:列管直径为ф19×2mm,管长为4m ,共25根管子。若换热器的传热量为125Kw,蒸汽冷凝传热系数为7000 W/(m２•℃),油侧污垢热阻可去为0.0005 m2•℃/W,管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略,试求管内油侧对流传热系数。又若有的流速增加一倍,此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍,试求油的出口温度。假设油的物性不变。
在一单程列管换热器中,用饱和蒸汽加热原料油。温度为160℃饱和蒸汽在壳程冷凝(排出时为饱和液体),原料油在管程流动,并由20℃加热到106℃,列管换热器尺寸为:列管直径为ф19×2mm,管长为4m ,共25根管子。若换热器的传热量为125Kw,蒸汽冷凝传热系数为7000 W/(m２•℃),油侧污垢热阻可去为0.0005 m2•℃/W,管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略,试求管内油侧对流传热系数。
又若有的流速增加一倍,此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍,试求油的出口温度。假设油的物性不变。
题目解答
答案
解:1/K0 =d/αｉdi+1/αi+Rsid/di,又K=Q/S０Δtm
其中S=25×3.14×19×10³×4=5.97
Δtm =(Δt1- Δt2)/ln(Δt１/Δt2)=90.27℃
∴K=125×10³/(5.97×90.27)=232.1 W/(m2•℃)
可以解得 αi =359.5 W/(m2•℃)
改变流速后:
K,= 1.75K=406.2 W/(m2•℃)
Q*=2Q(t２，-t１)/(t2-t1)=125×10³(t2，-20)/86
又Δtm， =[(T- t1)-(T- t2,)]/ln[(T- t1)/(T- t2，)]
=Q,/K０S
可以解得 t2,=99.2℃
13.90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50℃。换热器的传热面积为6m,总传热系数为230 W/(m•℃)。若正丁醇的流量为1930kg/h,冷却介质为18℃的水。试求:(1)冷却水的出口温度;(2)冷却水的消耗量,以m³/h表示。
解:由传热方程式Q2=K２SΔt= WC(T - T )
查表得70℃的正丁醇的比热为3.06×10³J/(kg•℃)
∴Q=1930/3600×3.06×10³×(90-50)=65.5×10³J/s
Δt =Q/KS=65.5×10³/(230×6)=47.5℃
Δtm =(Δt -Δt)/lnΔt/Δt=[(90- t)-(50-18)]/ln[(90- t)/(50-18)]
试差得tm=22.7℃
假定无热阻损失即冷水吸收热量和正丁醇放出热量相等
Q =WC(t-t) ,C=4.183kJ/(kg•℃)
65.5×10³=4.183×10³Wc(22.7-18)
Wc=3.33kg/s ∴V=12m³/h
解析
列管换热器的传热面积S可以通过列管的直径、长度和数量计算得出。
S = 25 × π × (19 - 2 × 2) × 10⁻³ × 4 = 5.97 m²
步骤 2：计算平均温差
平均温差Δtm可以通过对数平均温差公式计算得出。
Δtm = (Δt1 - Δt2) / ln(Δt1 / Δt2)
其中，Δt1 = 160 - 20 = 140℃，Δt2 = 160 - 106 = 54℃
Δtm = (140 - 54) / ln(140 / 54) = 90.27℃
步骤 3：计算总传热系数
总传热系数K可以通过传热方程计算得出。
K = Q / (S × Δtm)
其中，Q = 125 kW = 125 × 10³ W
K = 125 × 10³ / (5.97 × 90.27) = 232.1 W/(m²•℃)
步骤 4：计算油侧对流传热系数
油侧对流传热系数αi可以通过总传热系数K和各热阻计算得出。
1 / K = d / αi + 1 / αs + Rs
其中，αs = 7000 W/(m²•℃)，Rs = 0.0005 m²•℃/W
1 / 232.1 = 19 × 10⁻³ / αi + 1 / 7000 + 0.0005
解得：αi = 359.5 W/(m²•℃)
步骤 5：计算流速增加一倍后的油出口温度
流速增加一倍后，总传热系数K' = 1.75 × K = 1.75 × 232.1 = 406.2 W/(m²•℃)
传热量Q' = 2 × Q = 2 × 125 × 10³ = 250 × 10³ W
平均温差Δtm' = Q' / (K' × S)
Δtm' = 250 × 10³ / (406.2 × 5.97) = 100.3℃
油出口温度t2' = 160 - Δtm' = 160 - 100.3 = 59.7℃