16、每小时 8000m3（标准状况）的空气在蒸汽加热器中从12℃被加热到42℃，压强为 400kPa 的饱和水蒸气在管外冷凝。若设备的热损失估计为热负荷的5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。

考查要点：本题主要考查换热器的热负荷计算及蒸汽用量的确定，涉及热量平衡、物性参数应用及单位换算。

解题核心思路：

1. 确定空气的质量流量：利用标准状况下的空气密度将体积流量转换为质量流量。
2. 计算空气吸收的热量：通过比热容和温升计算加热所需的热量。
3. 考虑热损失：热负荷需额外补偿设备损失的5%。
4. 求蒸汽用量：根据总热负荷和蒸汽潜热计算蒸汽流量。

破题关键点：

• 标准状况与实际流量转换：注意标准状况下空气的密度为$1.293 \, \text{kg/m}^3$。
• 热损失的处理：热负荷$Q$与有效热量$Q_{\text{冷}}$的关系为$Q = 1.05 \, Q_{\text{冷}}$。
• 单位统一：确保流量单位为$\text{kg/s}$，热量单位为$\text{kW}$。

1. 空气的质量流量

标准状况下，空气体积流量为$8000 \, \text{m}^3/\text{h}$，转换为质量流量：
$\dot{m}_{\text{空气}} = 8000 \, \text{m}^3/\text{h} \times 1.293 \, \text{kg/m}^3 = 10344 \, \text{kg/h} = \frac{10344}{3600} \, \text{kg/s} \approx 2.873 \, \text{kg/s}.$

2. 空气吸收的热量

空气温升$\Delta T = 42^\circ \text{C} - 12^\circ \text{C} = 30^\circ \text{C}$，比热容$C_p = 1.005 \, \text{kJ}/(\text{kg} \cdot ^\circ \text{C})$，则：
$Q_{\text{冷}} = \dot{m}_{\text{空气}} \cdot C_p \cdot \Delta T = 2.873 \cdot 1.005 \cdot 30 \approx 86.87 \, \text{kW}.$

3. 总热负荷计算

设备热损失为热负荷的$5\%$，故总热负荷：
$Q = \frac{Q_{\text{冷}}}{1 - 0.05} = \frac{86.87}{0.95} \approx 91.44 \, \text{kW} \approx 91 \, \text{kW}.$

4. 蒸汽用量计算

400 kPa饱和水蒸气的潜热$r = 2138.5 \, \text{kJ/kg}$，蒸汽用量：
$\dot{m}_{\text{蒸汽}} = \frac{Q}{r} = \frac{91}{2138.5} \approx 0.0426 \, \text{kg/s}.$