题目
( 12 分)一套管换热器 , 外管为φ 83× 3.5mm,内管为φ 57× 3.5mm 的钢管 , 有效长度为60m。用 120 ℃的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油 . 蒸汽冷凝潜热为 2205kJ.kg 。已知油的流量为 6500kg.h , 比热为 2.2kJ.kg .K , 进口温度为 30℃ , 出口温度为 80℃。试求:(1) 蒸汽用量; ( 不计热损 )(2) 传热系数;
( 12 分)一套管换热器 , 外管为φ 83× 3.5mm,内管为φ 57× 3.5mm 的钢管 , 有效长度为
60m。用 120 ℃的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油 . 蒸汽冷凝潜热为 2205kJ.kg 。已知油
的流量为 6500kg.h , 比热为 2.2kJ.kg .K , 进口温度为 30℃ , 出口温度为 80℃。试求:
(1) 蒸汽用量; ( 不计热损 )(2) 传热系数;
题目解答
答案
· 1) 蒸汽用量 Q 放= W.r= 2205× W kJ.h Q 吸= W' CP(t 出- t 入)
= 6500× 2.2 ×( 80-30)= 7.15 × 10 kJ.h
Q 放= Q吸
∴ w= 7.15 ×10 /2205 ≈ 324kg.h
(2) 传热系数的计算 由 Q=KA tm
tm =( (120-30)-(120-80) ) / ln( (120-30)/(1 20-80) )
· 50/ ln( 90/40 )= 61.66 ℃
· Ki = Q/Ai tm
· 7.15 × 10 /[60 ×π× (50/1000) × 61.66]
≈ 1231 kJ.h .m . ℃
· 342 ( w .m .K )
解析
步骤 1:计算油的加热量
根据题目,油的流量为 6500kg/h,比热为 2.2kJ/kg.K,进口温度为 30℃,出口温度为 80℃。油的加热量 Q 吸可以通过以下公式计算:
\[ Q_{吸} = W' \cdot C_p \cdot (t_{出} - t_{入}) \]
其中,W' 是油的流量,Cp 是油的比热,t_{出} 和 t_{入} 分别是油的出口和进口温度。
步骤 2:计算蒸汽用量
根据题目,蒸汽冷凝潜热为 2205kJ/kg。蒸汽用量 W 可以通过以下公式计算:
\[ Q_{放} = W \cdot r \]
其中,Q_{放} 是蒸汽的放热量,r 是蒸汽冷凝潜热。由于题目要求不计热损,所以 Q_{放} = Q_{吸}。
步骤 3:计算传热系数
根据题目,外管为φ 83× 3.5mm,内管为φ 57× 3.5mm 的钢管,有效长度为 60m。传热系数 K 可以通过以下公式计算:
\[ Q = K \cdot A \cdot t_m \]
其中,Q 是传热量,A 是传热面积,tm 是平均温差。传热面积 A 可以通过以下公式计算:
\[ A = L \cdot \pi \cdot d_i \]
其中,L 是有效长度,di 是内管的内径。平均温差 tm 可以通过以下公式计算:
\[ t_m = \frac{(t_{1} - t_{2}) - (t_{1} - t_{3})}{\ln(\frac{t_{1} - t_{2}}{t_{1} - t_{3}})} \]
其中,t_{1} 是蒸汽的温度,t_{2} 是油的进口温度,t_{3} 是油的出口温度。
根据题目,油的流量为 6500kg/h,比热为 2.2kJ/kg.K,进口温度为 30℃,出口温度为 80℃。油的加热量 Q 吸可以通过以下公式计算:
\[ Q_{吸} = W' \cdot C_p \cdot (t_{出} - t_{入}) \]
其中,W' 是油的流量,Cp 是油的比热,t_{出} 和 t_{入} 分别是油的出口和进口温度。
步骤 2:计算蒸汽用量
根据题目,蒸汽冷凝潜热为 2205kJ/kg。蒸汽用量 W 可以通过以下公式计算:
\[ Q_{放} = W \cdot r \]
其中,Q_{放} 是蒸汽的放热量,r 是蒸汽冷凝潜热。由于题目要求不计热损,所以 Q_{放} = Q_{吸}。
步骤 3:计算传热系数
根据题目,外管为φ 83× 3.5mm,内管为φ 57× 3.5mm 的钢管,有效长度为 60m。传热系数 K 可以通过以下公式计算:
\[ Q = K \cdot A \cdot t_m \]
其中,Q 是传热量,A 是传热面积,tm 是平均温差。传热面积 A 可以通过以下公式计算:
\[ A = L \cdot \pi \cdot d_i \]
其中,L 是有效长度,di 是内管的内径。平均温差 tm 可以通过以下公式计算:
\[ t_m = \frac{(t_{1} - t_{2}) - (t_{1} - t_{3})}{\ln(\frac{t_{1} - t_{2}}{t_{1} - t_{3}})} \]
其中,t_{1} 是蒸汽的温度,t_{2} 是油的进口温度,t_{3} 是油的出口温度。