换热器计算

1、一台逆流套管式换热器在下列条件下运行，传热系数保持不变，冷流体质流量0.125kg/s ，定压比热为4200J/kg ﹒K ，入口温度40℃，出口温度95℃。热流体质流量0.125kg/s ，定压比热为2100J/kg ﹒K ，入口温度210℃，若冷、热流体侧的表面对流传热系数及污垢热阻分别为2000W/m 2﹒K 、0.0004m 2﹒K /W 、120W/m 2﹒K 、0.0001m 2﹒K /W ，且可忽略管壁的导热热阻，试确定该套管式换热器的换热面积。

解：

热流体出口温度：

22221111(''')

'''42000.125(9540)21010021000.125c m t t t t c m -=-

⨯⨯-=-=⨯℃

对数平均温差：'21095115,''1104070t t ∆=-=∆=-=℃℃，

'''1157086.6'115ln ln ''70

m t t t t t ∆-∆-∆===∆∆℃

111(''')0.1252100(210100)28875C t t W Φ=-=⨯⨯-=

228875 3.11107.1486.6

m A m K t Φ===∆⨯

2、一1-2型管壳式换热器，热水流量为1.86kg/s ，热水入口温度为92.3℃，出口温度为58.5℃。冷水入口温度为37.8℃，流量为13.6t/h 。热水位于管侧，h 1=2800W/m 2﹒K 。冷水在壳侧，h 2=3958W/m 2﹒K 。

管子内外径分别为14mm 和16mm 。热水c p1=4.195kJ/kg ，冷水c p2=4.174kJ/kg 。温差修正系数Ψ=0.86。忽略管壁导热热阻和污垢热阻。求该换热器的传热面积。

解：热水侧换热量：

1111(''')m p q c t t Φ=- 1.86 4.195(92.358.5)263.7kW =⨯⨯-=

冷水侧出口温度：

2222

'''m p t t q c Φ=+263.737.854.54.17413.6/3.6=+=⨯℃ 对数平均温差为：

12121212(''')(''')'''ln '''

m t t t t t t t t t ---∆=ψ-- (92.354.5)(58.537.8)0.8624.492.354.5ln 58.537.8

---=⨯=--℃ 传热系数为：

001

1i i k d h d h =+

21

1513.3/0.016128000.0143958W m K ==+⨯

传热面积为：

m A k t Φ=

∆ 2263.710007.141513.324.4

m ⨯=

=⨯ 3、一卧式蒸汽冷凝器采用1-1壳管式换热器，冷凝蒸汽量q m1=1000kg/h ，从干饱和蒸汽凝结为饱和水。蒸汽温度t 1’=100℃，汽化潜热r=2257kJ/kg 。冷凝管为n=30根、直径d=20mm 的薄壁光滑铜管（导热热阻不计）。已知冷却水流量q m2=20000kg/h ，进口水温t 2’=20℃，水侧表面传热系数h i =3015 W/m 2﹒K 。冷凝侧h o =160000W/m 2﹒K ，污垢热阻为R=2×10-4 m 2﹒K /W 。水比热cp=4.17kJ 、kg ﹒K 。求冷凝管长度。

解：传热系数为：

24

111859/11112101600003015

o i k W m K R h h -===⋅++++⨯

总传热量：1000/36002257626.9kW Φ=⨯= 水侧出口温度为：'''22626.92047.120000/3600 4.1720000/3600 4.17

t t Φ=+=+=⨯⨯℃ 平均温差为：'''''1212''12'''12()()(10020)(10047.1)65.5(10020)()ln ln (10047.1)()

m t t t t t t t t t ------∆===----℃ 传热面积为：626.91000 5.15185965.5

m A k t Φ⨯===∆⨯2m 换热管长度为： 5.153.140.0230A l dn π=

=⨯⨯=2.73m