题目
某低黏度流体的流量为 /h, 比定压热容为 /(kgcdot c), 要将该流体由20℃加热到-|||-90℃。若采用的是列管式换热器,其管束由150根管径为 times 2mm 的不锈钢管组成。-|||-管外的加热源为108 ℃的饱和水蒸气,其冷凝对流系数为 /((m)^2cdot c) 当换热器为单管程-|||-时,换热器的长度为4.5m;若将单管程改为双管程,而管子的总数不变。求:-|||-(1)换热器的总传热系数;-|||-(2)所需换热管的长度。不考虑管壁及可能的污垢热阻,忽略换热器的热损失,假设流体在-|||-管内均呈湍流流动,两种情况下蒸汽冷凝对流系数相同。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算换热器的热负荷
根据题目，流体的流量为8000kg/h，比定压热容为4kJ/(kg·℃)，需要将流体从20℃加热到90℃。因此，热负荷Q可以通过以下公式计算：
\[ Q = \dot{m} \cdot c_p \cdot \Delta T \]
其中，$\dot{m}$是流体的质量流量，$c_p$是比定压热容，$\Delta T$是温度变化。
步骤 2：计算平均温差
平均温差$\Delta T_m$可以通过以下公式计算：
\[ \Delta T_m = \frac{\Delta T_2 - \Delta T_1}{\ln \frac{\Delta T_2}{\Delta T_1}} \]
其中，$\Delta T_2$是管外蒸汽与管内流体的温差，$\Delta T_1$是管外蒸汽与管内流体的温差。
步骤 3：计算换热器的总传热系数
总传热系数$K$可以通过以下公式计算：
\[ K = \frac{Q}{A \cdot \Delta T_m} \]
其中，$A$是换热器的传热面积。
步骤 4：计算换热器的传热面积
传热面积$A$可以通过以下公式计算：
\[ A = n \cdot \pi \cdot d \cdot L \]
其中，$n$是管子的数量，$d$是管子的直径，$L$是管子的长度。
步骤 5：计算换热器的长度
换热器的长度$L$可以通过以下公式计算：
\[ L = \frac{Q}{K \cdot A} \]
其中，$K$是总传热系数，$A$是传热面积。
根据题目，流体的流量为8000kg/h，比定压热容为4kJ/(kg·℃)，需要将流体从20℃加热到90℃。因此，热负荷Q可以通过以下公式计算：
\[ Q = \dot{m} \cdot c_p \cdot \Delta T \]
其中，$\dot{m}$是流体的质量流量，$c_p$是比定压热容，$\Delta T$是温度变化。
步骤 2：计算平均温差
平均温差$\Delta T_m$可以通过以下公式计算：
\[ \Delta T_m = \frac{\Delta T_2 - \Delta T_1}{\ln \frac{\Delta T_2}{\Delta T_1}} \]
其中，$\Delta T_2$是管外蒸汽与管内流体的温差，$\Delta T_1$是管外蒸汽与管内流体的温差。
步骤 3：计算换热器的总传热系数
总传热系数$K$可以通过以下公式计算：
\[ K = \frac{Q}{A \cdot \Delta T_m} \]
其中，$A$是换热器的传热面积。
步骤 4：计算换热器的传热面积
传热面积$A$可以通过以下公式计算：
\[ A = n \cdot \pi \cdot d \cdot L \]
其中，$n$是管子的数量，$d$是管子的直径，$L$是管子的长度。
步骤 5：计算换热器的长度
换热器的长度$L$可以通过以下公式计算：
\[ L = \frac{Q}{K \cdot A} \]
其中，$K$是总传热系数，$A$是传热面积。