题目
12.列管换热器的管束由若干根长 3m，规格为 φ=25×2.5mm 的钢管组成，要求将质量流量为1.25kg/s-1 的苯由 80℃冷却到 30℃，20℃的水在管内与苯逆流流动。已知水侧和苯侧的表面传热系数分别为 850 W·m-2·K-1 和 1700 W·m-2·K-1。污垢热阻可忽略，若维持水的出口温度不超过 50℃，求所需列管数，苯的比热 1900J·kg-1·K-1，密度 880kg·m-3，管壁导热系数 λ=45W·m-1·K-1。
12.列管换热器的管束由若干根长 3m，规格为 φ=25×2.5mm 的钢管组成，要求将质量流量为1.25kg/s-1 的苯由 80℃冷却到 30℃，20℃的水在管内与苯逆流流动。已知水侧和苯侧的表面传热系数分别为 850 W·m-2·K-1 和 1700 W·m-2·K-1。污垢热阻可忽略，若维持水的出口温度不超过 50℃，求所需列管数，苯的比热 1900J·kg-1·K-1，密度 880kg·m-3，管壁导热系数 λ=45W·m-1·K-1。
题目解答
答案
解：根据传热计算方程 Q=KA△ mt传热速率 Q，按苯的热负荷计算 Q=m·Cp·=1.25×1.9×50 =118.75kW传热系数 K 以水侧为计算基准K=1+δid11+d1=1+0.002×120+20=592.9W m⋅−2⋅K−1α1λdmαoido8504522.51700 25×传热系数 K 以苯侧为计算基准K=1+δid10+d0=1+0.002×125+25=474.3W m⋅−2⋅K−1α0λdmα1id117004522.5850 20×传热温差△ mt逆流传热Δtm=ΔTln1Δ− ΔT1T2=(80−ln50)80−−(3050−20)=18.2KΔT230−20水侧传热面积 A1n=Q=118.75 10×3=46.7根=48根Kπi i i id lΔt××592.9 3.14 0.02 3 18.2× ×苯侧传热面积 A0A=n·π·d0·ln=Q=118.75 10×3=58.4根=59根Kπi i i id lΔt××474.3 3.14 0.025 3 18.2× ×
解析
步骤 1：计算传热速率 Q
根据传热计算方程 Q=KA△mt，传热速率 Q，按苯的热负荷计算 Q=m·Cp·ΔT=1.25×1.9×50 =118.75kW。
步骤 2：计算传热系数 K
以水侧为计算基准，K=1+δid11+d1=1+0.002×120+20=592.9W m⋅−2⋅K−1α1λdmαoido8504522.51700 25×。
以苯侧为计算基准，K=1+δid10+d0=1+0.002×125+25=474.3W m⋅−2⋅K−1α0λdmα1id117004522.5850 20×。
步骤 3：计算传热温差△mt
逆流传热Δtm=ΔTln1Δ− ΔT1T2=(80−ln50)80−−(3050−20)=18.2KΔT230−20。
步骤 4：计算水侧传热面积 A1
A1=n·π·d0·l=Q=118.75 10×3=46.7根=48根Kπi i i id lΔt××592.9 3.14 0.02 3 18.2× ×。
步骤 5：计算苯侧传热面积 A0
A0=n·π·d0·l=Q=118.75 10×3=58.4根=59根Kπi i i id lΔt××474.3 3.14 0.025 3 18.2× ×。
根据传热计算方程 Q=KA△mt，传热速率 Q，按苯的热负荷计算 Q=m·Cp·ΔT=1.25×1.9×50 =118.75kW。
步骤 2：计算传热系数 K
以水侧为计算基准，K=1+δid11+d1=1+0.002×120+20=592.9W m⋅−2⋅K−1α1λdmαoido8504522.51700 25×。
以苯侧为计算基准，K=1+δid10+d0=1+0.002×125+25=474.3W m⋅−2⋅K−1α0λdmα1id117004522.5850 20×。
步骤 3：计算传热温差△mt
逆流传热Δtm=ΔTln1Δ− ΔT1T2=(80−ln50)80−−(3050−20)=18.2KΔT230−20。
步骤 4：计算水侧传热面积 A1
A1=n·π·d0·l=Q=118.75 10×3=46.7根=48根Kπi i i id lΔt××592.9 3.14 0.02 3 18.2× ×。
步骤 5：计算苯侧传热面积 A0
A0=n·π·d0·l=Q=118.75 10×3=58.4根=59根Kπi i i id lΔt××474.3 3.14 0.025 3 18.2× ×。