题目
有一套管换热器,由φ57mm×3.5mm与φ89mm×4.5mm的钢管组成。甲醇在内管流动,流量为5000kg/h,由60℃冷却到30℃, 侧的对流给热系数α2=1512W/(m2.℃)。冷却水在环隙中流动,其入口温度为20℃,出口温度拟定为35℃。忽略热损失、管壁及污垢热阻,且已知甲醇的平均热容为2.6 kJ/(kg.℃),在定性温度下水的粘度为0.84 mPa.s、导热系数为0.61 W/(m2. ℃),热容为4.174 kJ/(kg.℃)。试求:(1)冷却水的用量;(2)所需套管长度;(3)若将换热器的内管改为φ48mm×3mm的钢管,其他条件不变,求此时所需的套管长度。
有一套管换热器,由φ57mm×3.5mm与φ89mm×4.5mm的钢管组成。甲醇在内管流动,流量为5000kg/h,由60℃冷却到30℃, 侧的对流给热系数α2=1512W/(m2.℃)。冷却水在环隙中流动,其入口温度为20℃,出口温度拟定为35℃。忽略热损失、管壁及污垢热阻,且已知甲醇的平均热容为2.6 kJ/(kg.℃),在定性温度下水的粘度为0.84 mPa.s、导热系数为0.61 W/(m2. ℃),热容为4.174 kJ/(kg.℃)。试求:(1)冷却水的用量;(2)所需套管长度;(3)若将换热器的内管改为φ48mm×3mm的钢管,其他条件不变,求此时所需的套管长度。
题目解答
答案
解:(1)冷却水的用量
kg/s
(2) 套管长度
得 
W
求
必须先确定是逆流还是并流,题目没有明确说明流向,但由已知条件可知,t2=35℃>T2=30℃,只有逆流才可能出现这种情况,故可断定本题必为逆流,于是
℃
由于管壁及污垢热阻可略去,以传热外表面积为基准的K为
式中甲醇在内管侧的α2已知,冷却水在环隙侧的α1未知。求α1必须先求冷却水在环隙流动的Re,求Re要先求冷却水的流速u。
环隙当量直径 
m
冷却水在环隙中的流速
m/s
为湍流
冷却水在环隙中的对流给热系数α1为
W/(m2.℃)
W/(m2.℃)
m
一般将多段套管换热器串联安装,使管长为39.1m或略长一点,以满足传热要求。
(3)将换热器的内管改为φ48mm×3mm的钢管后,管内及环隙的流通截面积均发生变化,引起α1、α2均发生变化。应设法先求出变化后的α和K值,然后再求l。
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