题目
(17分)某厂一单管程单壳程列管换热器,列管规格为ф25*2.5mm,管长6m,管数501根,管程走热气体,流量为5000kg/h,平均比热3.04kJ/kg.K,进口温度500℃;壳程走冷气体,流量为4000kg/h,平均比热3.14kJ/kg.K,进口温度30℃。(1) 逆流操作时,测得热气体的出口温度为200℃,求总传热系数K为多少(W/m2K);(2) 如采用并流操作,热气体的出口温度有无可能降为200℃?为什么?
(17分)某厂一单管程单壳程列管换热器,列管规格为ф25*2.5mm,管长6m,管数501根,管程走热气体,流量为5000kg/h,平均比热3.04kJ/kg.K,进口温度500℃;壳程走冷气体,流量为4000kg/h,平均比热3.14kJ/kg.K,进口温度30℃。
(1) 逆流操作时,测得热气体的出口温度为200℃,求总传热系数K为多少(W/m2K);
(2) 如采用并流操作,热气体的出口温度有无可能降为200℃?为什么?
题目解答
答案
(17分)
(1)
Q = qm1.Cp1.(T1-T2)= qm2.Cp2.(t2-t1)ms2.Cp2(t2-t1)
= 5000/3600*3.04*1000(500-200)
=1.26*106 W --------3分
t2=5000*3.04*(500-200)/(4000*3.14)+30=393℃ --------2分
A=n.π.d.l=501*3.14*0.025*6=236m2 --------2分
Δtm=[(500-393)+(200-30)]/2=139℃ --------2分
K=Q/(AΔtm)=1.26*106/(236*139)=38.4W/m2.K --------2分
(2)
因为并流操作时,应有T2>t2,由前热量衡算可知,当T2=200℃时,t2=393℃(>T2),所以并流操作时,T2不可能达到200℃。 --------6分
解析
步骤 1：计算热气体的热量传递
热气体的热量传递可以通过以下公式计算：
\[ Q = qm1 \cdot Cp1 \cdot (T1 - T2) \]
其中，qm1是热气体的质量流量，Cp1是热气体的比热，T1是热气体的进口温度，T2是热气体的出口温度。
步骤 2：计算冷气体的热量传递
冷气体的热量传递可以通过以下公式计算：
\[ Q = qm2 \cdot Cp2 \cdot (t2 - t1) \]
其中，qm2是冷气体的质量流量，Cp2是冷气体的比热，t2是冷气体的出口温度，t1是冷气体的进口温度。
步骤 3：计算传热面积
传热面积可以通过以下公式计算：
\[ A = n \cdot \pi \cdot d \cdot l \]
其中，n是列管数，d是列管直径，l是列管长度。
步骤 4：计算平均温差
平均温差可以通过以下公式计算：
\[ \Delta tm = \frac{(T1 - t2) + (T2 - t1)}{2} \]
步骤 5：计算总传热系数
总传热系数可以通过以下公式计算：
\[ K = \frac{Q}{A \cdot \Delta tm} \]
步骤 6：分析并流操作时热气体出口温度的可能性
并流操作时，热气体的出口温度不可能降为200℃，因为并流操作时，应有T2>t2，由前热量衡算可知，当T2=200℃时，t2=393℃(>T2)，所以并流操作时，T2不可能达到200℃。
热气体的热量传递可以通过以下公式计算：
\[ Q = qm1 \cdot Cp1 \cdot (T1 - T2) \]
其中，qm1是热气体的质量流量，Cp1是热气体的比热，T1是热气体的进口温度，T2是热气体的出口温度。
步骤 2：计算冷气体的热量传递
冷气体的热量传递可以通过以下公式计算：
\[ Q = qm2 \cdot Cp2 \cdot (t2 - t1) \]
其中，qm2是冷气体的质量流量，Cp2是冷气体的比热，t2是冷气体的出口温度，t1是冷气体的进口温度。
步骤 3：计算传热面积
传热面积可以通过以下公式计算：
\[ A = n \cdot \pi \cdot d \cdot l \]
其中，n是列管数，d是列管直径，l是列管长度。
步骤 4：计算平均温差
平均温差可以通过以下公式计算：
\[ \Delta tm = \frac{(T1 - t2) + (T2 - t1)}{2} \]
步骤 5：计算总传热系数
总传热系数可以通过以下公式计算：
\[ K = \frac{Q}{A \cdot \Delta tm} \]
步骤 6：分析并流操作时热气体出口温度的可能性
并流操作时，热气体的出口温度不可能降为200℃，因为并流操作时，应有T2>t2，由前热量衡算可知，当T2=200℃时，t2=393℃(>T2)，所以并流操作时，T2不可能达到200℃。