chap6_5

qm2 = 17.37kg / s
=
氨 T=40℃，950kg/h, α1=7000kW/m2K
解一： LMTD 法
u2 = qm 2
2 ρ 2 πd内 ⋅
r=1099kJ/kg
t2=36℃
1 4
1 272 994 × π × 0.02 2 × 4 4 = 0.818m / s 994 × 0.818 × 0.02 Re 2 = 74.2 × 10 − 5 = 21916.2 > 10 4
=
N m 17.37
t1 =32℃ 水 φ25×2.5mm,l=4m， N=272 根,m=4, D=700mm T=40℃
c p2 = 4.174 kJ kg ⋅ K λ 2 = 0.6236W m ⋅ K
四管程列管式 µ 2 = 74.2 × 10 −5 Pa ⋅ s ρ 2 = 994 kg m 3
ε =
其余情况： 其余情况： NTU = f (C R , ε )
1 − exp [− (1 + C R )NTU （并流时） ] 1+ CR
习题课 ------设计型问题举例
在套管式油冷却器里，热油在φ × 的金属管内流动， 例1 在套管式油冷却器里，热油在φ25×2.5mm 的金属管内流动， 冷却水在套管环隙内流动， 冷却水在套管环隙内流动，油和水的质量流量皆为 216kg/h，油 ， 的进、 的进、出口温度分别为 150℃和 80℃，水的进口温度为 20℃。 ℃ ℃ ℃ 油侧对流传热系数为 1.5 kW m ⋅ K ， 水侧的对流传热系数为
解一： LMTD 法 结论：在相同条件下，
∆t m ,逆 > ∆t m ,并
T1 T2 t2 t1 0 A
水 t2
解二： ε-NTU法 逆流时：
油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， α 1 =1.5 kW/m 2 K
α 2 =3.5kW/m 2 K cp =4.187 kJ/kgK 216kg/h T 2 =80℃ t 1 =20℃
290.0 × 103 = = 68.0m 2 739.6 × 5.77
r=1099kJ/kg
t2=36℃ t1 =32℃ 水 φ25×2.5mm,l=4m， N=272 根,m=4, D=700mm T=40℃
A实 = 85.4m
2
∴ A需 < A实
换热面积够用
四管程列管式
解二： ε-NTU 法(略)
油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， α 1 =1.5 kW/m 2 K
水 t2
解一： LMTD 法 逆流时：
Q = mhc ph (T1 − T2 ) = 216 × 2.0 × (150− 80) = 8.4 kJ s 3600
油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， α 1 =1.5 kW/m 2 K
Nu = 0.023 Re 0.8 Pr 0.4 (0.7 < Pr2 < 160)
∴α 2 = 0.023
Pr2 = 4.97
λ2
d内
Re 2
0.8
Pr2
0.4
0.6236 = 0.023 × 21916.2 0.8 × 4.97 0.4 0.02 = 4043.5 W m 2 ⋅ K
解一： LMTD 法
c p2 = 4.174 kJ kg ⋅ K
Pr2 = 4.97
氨 T=40℃，950kg/h, α1=7000kW/m2K
解一： LMTD 法
r=1099kJ/kg
比较A需、A实
t2=36℃ t1 =32℃
A实 = πd 外 l ⋅ N = π × 0.025 × 4 × 272 = 85.4m 2 Q A需 = K∆ t m
【 例 2】有一台现成的卧式列管冷却器 ， 想把它改作氨冷凝 】 有一台现成的卧式列管冷却器， 其质量流量 质量流量950kg/h， 冷凝温度 为 器 ， 让 氨蒸汽走管 间 ， 其 质量流量 氨 蒸汽走管 ， 40℃， 冷凝传热系数α1=7000KW/m2K。冷却水走管内， 其进 ℃ 冷凝传热系数α 。冷却水走管内， 出口温度分别为32℃ 、出口温度分别为 ℃和36℃，污垢及管壁热阻取为 ℃ 污垢及管壁热阻取为0.0009 m2K/W（以外表面计）。假设管内外流动可近似视为逆流。试 （以外表面计） 假设管内外流动可近似视为逆流。 校核该换热器传热面积是否够用。 校核该换热器传热面积是否够用。 列管式换热器基本尺寸如下： 列管式换热器基本尺寸如下： 换热管规格 φ25×2.5mm × l=4m m=4 管长 管程数 总管数 N=272根 根 外壳直径 D=700mm 附：氨冷凝潜热 r=1099kJ/kg 34℃下水的物性： ℃下水的物性： λ 2 = 0.6236W m ⋅ K µ 2 = 74.2 × 10 −5 Pa ⋅ s ρ 2 = 994 kg m 3
T 2 =80℃
K = 0.894 kW m 2 ⋅ K (以外表面为基准)
∆t 2 − ∆t1 (T1 − t1 ) − (T2 − t 2 ) ∆t m，并 = = = 65.1°C T1 − t1 ∆t 2 ln ln T2 − t 2 ∆t1
Q L并 = = 1.83m Kπ d 外 ∆ t m 并
L逆 = 1.56m
解一： 并流时： Q、t2、K与逆流时相同 Q = 8.4 kJ s
t 2 = 53.4°C
水 t 1 =20℃ α 2=3.5kW/m 2 K cp =4.187 kJ/kgK LMTD 法 216kg/h 油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， t2 2 α 1 =1.5 kW/m K
第六章 传热
LMTD法： 法
对数平均温差法
习题课
(1) (2) (3)
T1
设计型 操作型 t
1
Q = K∆ t m A Q = qm h c ph (T1 − T2 )
Q = qm c c pc (t 2 − t1 )
T2
1 1 b 1 = + Ra 1 + + Ra 2 + KA α 1 A1 λAm α 2 A2
( 2)
T1 − T2 150 − 80 εh = = = 0.538 T1 − t 1 150 − 20
代入式2得：
KA NTU h = = 1.07 qm h c ph
1.07 × 216 × 2.0 ∴ L并 = = 1.83m Kπd 外 × 3600
习题课 ------操 作 型 问 题 举 例
Q = qm1r = qm2cp2 (t2 − t1 )
水 φ25×2.5mm,l=4m， N=272 根,m=4, D=700mm
T=40℃
四管程列管式
∆t 2 − ∆t 1 ∆t 2 ln ∆t 1 t1 − t 2 = 5.77°C T − t2 ln T − t1
∆ t m ，逆 =
950 Q = q m1 r = × 1099 = 290.0kW 3600
2.0(150 − 80 ) = 4.187(t 2 − 20 )
∆ t m ，逆 ∆t 2 − ∆t 1 (T1 − t 2 ) − (T2 − t 1 ) = = = 76.9°C T1 − t 2 ∆t 2 ln ln T2 − t 1 ∆t 1
t 2 = 53.4°C
Q = Kπd 外 L逆 ∆t m 逆
α 2 =3.5kW/m 2 K cp =4.187 kJ/kgK 216kg/h T 2 =80℃ t 1 =20℃
A外 d外 1 1 1 0.025 1 = + = + = + K α1 A内 α 2 α1d内 α 2 1.5 × 0.02 3.5
K = 0.894 kW m 2 ⋅ K
(以外表面为基准)
例题： 例题： 1.有一套管换热器 环隙有119.6℃ 蒸汽冷凝，管内空气从20℃ 有一套管换热器， 1.有一套管换热器，环隙有119.6℃ 蒸汽冷凝，管内空气从20℃ 被加热到50℃ 管壁温度应接近______总传热系数Ｋ 50℃， ______总传热系数 被加热到50℃，管壁温度应接近______总传热系数Ｋ接近于 ________侧的对流传热系数 侧的对流传热系数。 ________侧的对流传热系数。 2.用饱和蒸汽加热冷流体 冷流体无相变） 用饱和蒸汽加热冷流体（ 2.用饱和蒸汽加热冷流体（冷流体无相变）,若保持加热蒸汽压 力和冷流体进口温度t 不变，而增加冷流体流量q ,Q＿ 力和冷流体进口温度t1不变，而增加冷流体流量qm2,则t2＿,Q＿, ＿，Δt K＿，Δtm＿。 3.冷热流体在换热器无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层， 3.冷热流体在换热器无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层， 冷热流体在换热器无相变逆流传热 在同样的操作条件下，与无垢层时相比，结垢后换热器的K 在同样的操作条件下，与无垢层时相比，结垢后换热器的K＿， ＿，t ,Q＿（上升,不变,下降,不确定） ＿（上升 Δtm＿，t2＿,Q＿（上升,不变,下降,不确定） 4.对流传热的热阻主要集中在 4.对流传热的热阻主要集中在____，因此，__是强化对流传热的 对流传热的热阻主要集中在____，因此，__是强化对流传热的 重要途径。 重要途径。 5.多层圆筒壁稳定导热时 通过各层的热流密度相等吗？ 5.多层圆筒壁稳定导热时，通过各层的热流密度相等吗？ 多层圆筒壁稳定导热时， 6.由多层等厚平壁构成的导热壁面中 所用材料导热系数愈大， 6.由多层等厚平壁构成的导热壁面中, 所用材料导热系数愈大， 由多层等厚平壁构成的导热壁面中, 则该壁面的热阻就__, 其两侧的温度差愈__。 则该壁面的热阻就__, 其两侧的温度差愈__。 7.一包有石棉泥保温层的蒸汽管道 当石棉泥受潮后， 7.一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温 一包有石棉泥保温层的蒸汽管道， 效果应＿，主要原因是＿。 ＿，主要原因是 效果应＿，主要原因是＿。