题目
在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为140℃的饱和蒸汽在壳程冷凝,冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动,并由25℃加热到110℃。列管换热器尺寸为:列管直径为Φ19mm×2mm、管长为4m,共有25根管子。若换热器的传热量为125kW,蒸汽冷凝传热系数为5000W/(m2·K),油侧污垢热阻为4.0×10-4m2·K/W,管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略,求管内油侧对流传热系数。[答案: 547.6 W/(m2·K)]
在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为140℃的饱和蒸汽在壳程冷凝,冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动,并由25℃加热到110℃。列管换热器尺寸为:列管直径为Φ19mm×2mm、管长为4m,共有25根管子。若换热器的传热量为125kW,蒸汽冷凝传热系数为5000W/(m2·K),油侧污垢热阻为4.0×10-4m2·K/W,管壁热阻和蒸汽侧污垢热阻可忽略,求管内油侧对流传热系数。
[答案: 547.6 W/(m2·K)]
题目解答
答案
解: 对数平均温差
水蒸气:140→140℃
食用油:110→25℃
ΔT1=30℃, ΔT2=115℃
℃
传热面积:A=nπdL=25×π×0.019×4=5.966 (m2)
总传热系数:
W/(m2·K)
而
W/(m2·K)
解得:αi=547.6 W/(m2·K)
解析
步骤 1：计算对数平均温差
水蒸气：140℃ → 140℃
食用油：110℃ → 25℃
ΔT1 = 140 - 110 = 30℃
ΔT2 = 140 - 25 = 115℃
对数平均温差 $\Delta t_m$ 可以通过以下公式计算：
$\Delta t_m = \dfrac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\dfrac{\Delta T_1}{\Delta T_2})} = \dfrac{30 - 115}{\ln(\dfrac{30}{115})} = 63.3$℃
步骤 2：计算传热面积
传热面积 A 可以通过以下公式计算：
A = nπdL = 25 × π × 0.019 × 4 = 5.966 m²
步骤 3：计算总传热系数
总传热系数 X0 可以通过以下公式计算：
$X_0 = \dfrac{Q}{A_0 \Delta t} = \dfrac{125 \times 10^3}{5.966 \times 63.3} = 331.2$ W/(m²·K)
步骤 4：计算管内油侧对流传热系数
总传热系数 X0 可以通过以下公式计算：
$X_0 = \dfrac{1}{\dfrac{1}{\alpha_i} + R_{oil} + \dfrac{1}{\alpha_{steam}}}$
其中，R_{oil} = 4.0 × 10^{-4} m²·K/W，α_{steam} = 5000 W/(m²·K)
代入已知值，解得：
$\alpha_i = 547.6$ W/(m²·K)
水蒸气：140℃ → 140℃
食用油：110℃ → 25℃
ΔT1 = 140 - 110 = 30℃
ΔT2 = 140 - 25 = 115℃
对数平均温差 $\Delta t_m$ 可以通过以下公式计算：
$\Delta t_m = \dfrac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\dfrac{\Delta T_1}{\Delta T_2})} = \dfrac{30 - 115}{\ln(\dfrac{30}{115})} = 63.3$℃
步骤 2：计算传热面积
传热面积 A 可以通过以下公式计算：
A = nπdL = 25 × π × 0.019 × 4 = 5.966 m²
步骤 3：计算总传热系数
总传热系数 X0 可以通过以下公式计算：
$X_0 = \dfrac{Q}{A_0 \Delta t} = \dfrac{125 \times 10^3}{5.966 \times 63.3} = 331.2$ W/(m²·K)
步骤 4：计算管内油侧对流传热系数
总传热系数 X0 可以通过以下公式计算：
$X_0 = \dfrac{1}{\dfrac{1}{\alpha_i} + R_{oil} + \dfrac{1}{\alpha_{steam}}}$
其中，R_{oil} = 4.0 × 10^{-4} m²·K/W，α_{steam} = 5000 W/(m²·K)
代入已知值，解得：
$\alpha_i = 547.6$ W/(m²·K)