题目
管壳式换热器管束由Φ25mm×2.5mm的钢管组成。管内空气侧的对流传热系数为40 W/(m2·℃),管外水侧对流传热系数为3 000 W/(m2·℃),空气侧污垢热阻为0.53×10-3m2·℃/W,水侧污垢热阻为0.21×10-3m2·℃/W,钢的导热系数为45 W/(m·℃),试求基于管内表面的总传热系数Ki和基于管外表的总传热系数Ko。*16. 在一单程管壳式换热器中,管内为某溶液呈湍流流动,流量为15 000 kg/h,温度由15℃升到75℃,其平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃);壳程为110℃的饱和蒸汽冷凝,并在饱和温度下排出。已测得总传热系数K为400 W/(m2·℃),试求传热面积S。又若换热器列管管束由136根Φ25mm×2.5mm钢管组成,试求管有效长度。假设换热器热损失可忽略。
管壳式换热器管束由Φ25mm×2.5mm的钢管组成。管内空气侧的对流传热系数为40 W/(m2·℃),管外水侧对流传热系数为3 000 W/(m2·℃),空气侧污垢热阻为0.53×10-3m2·℃/W,水侧污垢热阻为0.21×10-3m2·℃/W,钢的导热系数为45 W/(m·℃),试求基于管内表面的总传热系数Ki和基于管外表的总传热系数Ko。
*16. 在一单程管壳式换热器中,管内为某溶液呈湍流流动,流量为15 000 kg/h,温度由15℃升到75℃,其平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃);壳程为110℃的饱和蒸汽冷凝,并在饱和温度下排出。已测得总传热系数K为400 W/(m2·℃),试求传热面积S。又若换热器列管管束由136根Φ25mm×2.5mm钢管组成,试求管有效长度。假设换热器热损失可忽略。
题目解答
答案
38.4
, 
16、L=4.07m
解析
步骤 1：计算基于管内表面的总传热系数Ki
基于管内表面的总传热系数Ki可以通过以下公式计算：
\[ \frac{1}{K_i} = \frac{1}{h_i} + R_{fi} + \frac{r_i}{k} \ln \left( \frac{r_o}{r_i} \right) + R_{fo} + \frac{1}{h_o} \]
其中，hi为管内侧对流传热系数，Rfi为管内侧污垢热阻，k为钢管的导热系数，ri为管内半径，ro为管外半径，Rfo为管外侧污垢热阻，ho为管外侧对流传热系数。
步骤 2：计算基于管外表面的总传热系数Ko
基于管外表面的总传热系数Ko可以通过以下公式计算：
\[ \frac{1}{K_o} = \frac{1}{h_o} + R_{fo} + \frac{r_o}{k} \ln \left( \frac{r_o}{r_i} \right) + R_{fi} + \frac{1}{h_i} \]
步骤 3：计算传热面积S
传热面积S可以通过以下公式计算：
\[ S = \frac{Q}{K \Delta T_{lm}} \]
其中，Q为传热量，K为总传热系数，ΔTlm为对数平均温差。
步骤 4：计算管有效长度L
管有效长度L可以通过以下公式计算：
\[ L = \frac{S}{N \pi d} \]
其中，N为管数，d为管直径。
基于管内表面的总传热系数Ki可以通过以下公式计算：
\[ \frac{1}{K_i} = \frac{1}{h_i} + R_{fi} + \frac{r_i}{k} \ln \left( \frac{r_o}{r_i} \right) + R_{fo} + \frac{1}{h_o} \]
其中，hi为管内侧对流传热系数，Rfi为管内侧污垢热阻，k为钢管的导热系数，ri为管内半径，ro为管外半径，Rfo为管外侧污垢热阻，ho为管外侧对流传热系数。
步骤 2：计算基于管外表面的总传热系数Ko
基于管外表面的总传热系数Ko可以通过以下公式计算：
\[ \frac{1}{K_o} = \frac{1}{h_o} + R_{fo} + \frac{r_o}{k} \ln \left( \frac{r_o}{r_i} \right) + R_{fi} + \frac{1}{h_i} \]
步骤 3：计算传热面积S
传热面积S可以通过以下公式计算：
\[ S = \frac{Q}{K \Delta T_{lm}} \]
其中，Q为传热量，K为总传热系数，ΔTlm为对数平均温差。
步骤 4：计算管有效长度L
管有效长度L可以通过以下公式计算：
\[ L = \frac{S}{N \pi d} \]
其中，N为管数，d为管直径。