题目
1 . （20 分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数 30 根、管长 3 m、管径由 25 X2.5 mm，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却 CS2 饱和蒸汽，从 饱和温度 46 C 冷却到 10 C, CS2 走管外，其流量为 250 kg / h，其冷凝潜热为356 kJ/kg，液体 C&的比热为 1.05 kJ/（kg •（?;水走管内与 CS2 成总体逆流 流动，冷却水进出口温度分别为 5 C 和 30Co 已知 CS2 冷凝和冷却时传热系数（以 外表面积为基准）分别为 Ki= 232.6 和 K2= 116.8 W/（m 2C ），问此换热器是否 适用？
1 . （20 分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数 30 根、管长 3 m、管径由 25 X2.5 mm，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却 CS2 饱和蒸汽，从 饱和温度 46 C 冷却到 10 C, CS2 走管外，其流量为 250 kg / h，其冷凝潜热为356 kJ/kg，液体 C&的比热为 1.05 kJ/（kg •（?;水走管内与 CS2 成总体逆流 流动，冷却水进出口温度分别为 5 C 和 30Co 已知 CS2 冷凝和冷却时传热系数（以 外表面积为基准）分别为 Ki= 232.6 和 K2= 116.8 W/（m 2C ），问此换热器是否 适用？
题目解答
答案
1.解：CS2 冷凝的热负荷：Q 冷凝=250 X356 =89000kJ/h = 24.72 KWCS2 冷却的热负荷：Q 冷凝=250 X1.05 X (46 — 10 )=9450kJ/h = 2.6KW总热负荷 Q 为：Q = 24.7 2.63 = 27.3 KW冷却水用量 qm2 为：qm2 = 27.3 = 0.261kg/s =940kg/h4.187 X(30-5)设冷却水进入冷却段的温度为 tk,则有：0.261 X4.187 X(tk— 5) = 2.6KW解之得：tk = 7.38 C,贝 U： (5 分)冷凝段对数平均温差：Atm = (46 — 30) — (46 — 7.38) = 25.67 Cln 46 — 3046 — 7.38所需传热面积：A 冷凝=24.7/232.6 X10 — 3 X25.67 =4.14m 2，(5分)冷却段对数平均温差：Atm = （46 — 7.38 ） — （10— 5） = 16.45 Cln 46— 7.38 （5 分）10— 5所需传热面积：A 冷却=2.6/116.8 X10 — 3 X16.45 =1.35m 2,冷凝、冷却共需传热面积：工 Ai = 4.14 1.35 = 5.49m 2，换热器实际传热面积为： A0 = 30 X3.14 X0.025 X3 =7.065> /i ,所 以适宜使用。（5 分）
解析
步骤 1：计算 CS2 冷凝的热负荷
根据题目，CS2 的流量为 250 kg/h，冷凝潜热为 356 kJ/kg，因此 CS2 冷凝的热负荷为：
\[ Q_{冷凝} = 250 \times 356 = 89000 \text{ kJ/h} = 24.72 \text{ kW} \]
步骤 2：计算 CS2 冷却的热负荷
CS2 冷却的热负荷为：
\[ Q_{冷却} = 250 \times 1.05 \times (46 - 10) = 9450 \text{ kJ/h} = 2.6 \text{ kW} \]
步骤 3：计算总热负荷
总热负荷为：
\[ Q = Q_{冷凝} + Q_{冷却} = 24.72 + 2.6 = 27.32 \text{ kW} \]
步骤 4：计算冷却水用量
根据题目，冷却水进出口温度分别为 5°C 和 30°C，因此冷却水用量为：
\[ qm_{2} = \frac{Q_{冷却}}{4.187 \times (30 - 5)} = \frac{2.6}{4.187 \times 25} = 0.261 \text{ kg/s} = 940 \text{ kg/h} \]
步骤 5：计算冷却水进入冷却段的温度
设冷却水进入冷却段的温度为 \( t_{k} \)，则有：
\[ 0.261 \times 4.187 \times (t_{k} - 5) = 2.6 \]
解之得：
\[ t_{k} = 7.38 \text{ C} \]
步骤 6：计算冷凝段对数平均温差
冷凝段对数平均温差为：
\[ \Delta t_{m} = \frac{(46 - 30) - (46 - 7.38)}{\ln \frac{46 - 30}{46 - 7.38}} = 25.67 \text{ C} \]
步骤 7：计算冷凝段所需传热面积
冷凝段所需传热面积为：
\[ A_{冷凝} = \frac{24.72}{232.6 \times 10^{-3} \times 25.67} = 4.14 \text{ m}^{2} \]
步骤 8：计算冷却段对数平均温差
冷却段对数平均温差为：
\[ \Delta t_{m} = \frac{(46 - 7.38) - (10 - 5)}{\ln \frac{46 - 7.38}{10 - 5}} = 16.45 \text{ C} \]
步骤 9：计算冷却段所需传热面积
冷却段所需传热面积为：
\[ A_{冷却} = \frac{2.6}{116.8 \times 10^{-3} \times 16.45} = 1.35 \text{ m}^{2} \]
步骤 10：计算总传热面积
总传热面积为：
\[ A_{总} = A_{冷凝} + A_{冷却} = 4.14 + 1.35 = 5.49 \text{ m}^{2} \]
步骤 11：计算换热器实际传热面积
换热器实际传热面积为：
\[ A_{0} = 30 \times 3.14 \times 0.025 \times 3 = 7.065 \text{ m}^{2} \]
步骤 12：判断换热器是否适用
由于换热器实际传热面积 \( A_{0} = 7.065 \text{ m}^{2} \) 大于所需传热面积 \( A_{总} = 5.49 \text{ m}^{2} \)，因此换热器适用。
根据题目，CS2 的流量为 250 kg/h，冷凝潜热为 356 kJ/kg，因此 CS2 冷凝的热负荷为：
\[ Q_{冷凝} = 250 \times 356 = 89000 \text{ kJ/h} = 24.72 \text{ kW} \]
步骤 2：计算 CS2 冷却的热负荷
CS2 冷却的热负荷为：
\[ Q_{冷却} = 250 \times 1.05 \times (46 - 10) = 9450 \text{ kJ/h} = 2.6 \text{ kW} \]
步骤 3：计算总热负荷
总热负荷为：
\[ Q = Q_{冷凝} + Q_{冷却} = 24.72 + 2.6 = 27.32 \text{ kW} \]
步骤 4：计算冷却水用量
根据题目，冷却水进出口温度分别为 5°C 和 30°C，因此冷却水用量为：
\[ qm_{2} = \frac{Q_{冷却}}{4.187 \times (30 - 5)} = \frac{2.6}{4.187 \times 25} = 0.261 \text{ kg/s} = 940 \text{ kg/h} \]
步骤 5：计算冷却水进入冷却段的温度
设冷却水进入冷却段的温度为 \( t_{k} \)，则有：
\[ 0.261 \times 4.187 \times (t_{k} - 5) = 2.6 \]
解之得：
\[ t_{k} = 7.38 \text{ C} \]
步骤 6：计算冷凝段对数平均温差
冷凝段对数平均温差为：
\[ \Delta t_{m} = \frac{(46 - 30) - (46 - 7.38)}{\ln \frac{46 - 30}{46 - 7.38}} = 25.67 \text{ C} \]
步骤 7：计算冷凝段所需传热面积
冷凝段所需传热面积为：
\[ A_{冷凝} = \frac{24.72}{232.6 \times 10^{-3} \times 25.67} = 4.14 \text{ m}^{2} \]
步骤 8：计算冷却段对数平均温差
冷却段对数平均温差为：
\[ \Delta t_{m} = \frac{(46 - 7.38) - (10 - 5)}{\ln \frac{46 - 7.38}{10 - 5}} = 16.45 \text{ C} \]
步骤 9：计算冷却段所需传热面积
冷却段所需传热面积为：
\[ A_{冷却} = \frac{2.6}{116.8 \times 10^{-3} \times 16.45} = 1.35 \text{ m}^{2} \]
步骤 10：计算总传热面积
总传热面积为：
\[ A_{总} = A_{冷凝} + A_{冷却} = 4.14 + 1.35 = 5.49 \text{ m}^{2} \]
步骤 11：计算换热器实际传热面积
换热器实际传热面积为：
\[ A_{0} = 30 \times 3.14 \times 0.025 \times 3 = 7.065 \text{ m}^{2} \]
步骤 12：判断换热器是否适用
由于换热器实际传热面积 \( A_{0} = 7.065 \text{ m}^{2} \) 大于所需传热面积 \( A_{总} = 5.49 \text{ m}^{2} \)，因此换热器适用。