题目
在一套管换热器中,用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K,冷却水在25×2.5的内管中流动,其进出口温度分别为290K和320K。已知水和苯的对流传热系数分别为0.85 kW/(m2K)和1.7 kW/(m2K),又两侧的污垢热阻可忽略不计,试求所需的管长和冷却水消耗量。
在一套管换热器中,用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K,冷却水在25×2.5的内管中流动,其进出口温度分别为290K和320K。已知水和苯的对流传热系数分别为0.85 kW/(m2K)和1.7 kW/(m2K),又两侧的污垢热阻可忽略不计,试求所需的管长和冷却水消耗量。
题目解答
答案
解:苯的定性温度=(350+300)/2=325K,在定性温度下查苯的物性cp1=1.84 kJ/kg水的比热取4.18kJ/kg(1)冷却水量由苯计算热负荷:Q=ms1cp1(T2-T1)=1.251.84(350-300)=115kWQ= ms2cp2(t2-t1) 冷却水消耗量由热量衡算求得:则ms2= Q/[ cp2(t2-t1)]=115/[4.18(320-290)]=0.916kg/s(2)求所需的总管子长逆流操作的平均温度差:t1=T1-t2=350-320=30K,t2=T2-t1=300-290=10Ktm=(t1-t2)/ln(t1/t2)=(30-10)/ln(30/10)=18.2K管内传热系数1=0.85kW/(m2K)管壁导热系数取45W/(mK)管壁热阻(b/)=0.0025/(45)=55.6 m2K/W =0.0556 m2K/kW管外传热系数2=1.7 kW/(m2K)。以管外传热面积为基准,忽略污垢热阻,则1/K=d2/(1d1)+(bd2/dm)+1/2代入d1=20mm,d2=25mm,dm=(25+20)/2=22.5mm则1/K= 25/(0.8520)+(0.055625/22.5)+1/1.7=2.12故 K=0.472kW/(m2K)由Q=KAtm 得 A=Q/(Ktm)=d2L则 L=Q/(Ktmd2)=115/(0.47218.20.025)=170.4m
解析
步骤 1：计算冷却水的消耗量
根据能量守恒原理，苯的冷却热量等于冷却水吸收的热量。首先，计算苯的冷却热量，然后根据冷却水的比热容和温度变化计算冷却水的消耗量。
步骤 2：计算所需的管长
根据传热方程，计算所需的传热面积，然后根据管子的尺寸计算所需的管长。传热方程中需要考虑管内外的对流传热系数、管壁的导热系数以及管内外的温度差。
步骤 3：计算总传热系数
根据管内外的对流传热系数、管壁的导热系数以及管内外的温度差，计算总传热系数。
根据能量守恒原理，苯的冷却热量等于冷却水吸收的热量。首先，计算苯的冷却热量，然后根据冷却水的比热容和温度变化计算冷却水的消耗量。
步骤 2：计算所需的管长
根据传热方程，计算所需的传热面积，然后根据管子的尺寸计算所需的管长。传热方程中需要考虑管内外的对流传热系数、管壁的导热系数以及管内外的温度差。
步骤 3：计算总传热系数
根据管内外的对流传热系数、管壁的导热系数以及管内外的温度差，计算总传热系数。