热交换器计算题修改版

1.已知t1=300℃，t1=210℃，t2=100℃，t2=200℃。试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差。 （1）逆流布置；

（2）一次交叉，两种流体均不混合； （3）1-2型管壳式，热流体在壳侧； （4）2-4型管壳式，热流体在壳侧； （5）顺列布置。

解：（1）Δtmax=t1-t2=210-100=110℃ Δtmin=t1-t2=300-200=100℃ （2）

′

″

″

′

′″′''

由课本图1.14查得=0.92 Δtm=104.90.92=96.5℃

（3）由课本图1.8查得=0.85 Δtm=104.9×0.85=89.2℃ （4）由课本图1.11查得=0.97 Δtm=104.9×0.97=101.8℃ （5）Δtmax =t1-t2=300-100=200℃

1

′

′

Δtmin =t1-t2=210-200=10℃

2.1-2型管壳式换热器，用30℃的水来冷却120℃的热油（c0=2100J/（kgK）），冷却水流量为1.2kg/s，油流量为2kg/s，设总传热系数K=275W/(mK),传热面积A=20m，试确定水与油各自的出口温度。

解：取水的定压质量比热cp=4200J/(kgK)， 热油的热容量 W1=M1c0=22100=4200W/K, 冷水的热容量 W2=M2cp=1.24200=5040W/K 因而 W1=Wmin，W2=Wmax 则

, ,

2

2

″″

传热有效度

代入数据，得=0.539

又因为

′

′

,所以解得 t1=71.5℃【或利用实际传热量Q=

′

″

″

″

εWmin(t1-t2)=W1(t1-t1)，代入数据，解得t1=71.5℃】

2

热平衡关系 W1(t1-t1)=W2(t2-t2),即

4200(120-71.5)=5040(t2-30),解得t2=70.3℃ 所以水的出口温度为70.3℃，油的出口温度为71.5℃

3.一台逆流式水-水换热器，t1=87.5℃,流量为每小时9000kg，t2=32℃，流量为每小时13500kg，总传热系数K=1740W/（mK），传热面积A=3.75m，试确定热水的出口温度。 解：取水的定压质量比热cp=4200J/( kg•K) 热水热容量 冷水热容量 因而W1=Wmin，W2=Wmax

2

′

2

′″

″

′″″′

′′′″

【或利用实际传热量Q=εWmin(t1-t2)=W1(t1-t1)，代入数据，

3

解得t1=64.7℃】

所以热水的出口温度为64.7℃。

4.温度为99℃的热水进入一个逆流型的热交换器，将4℃的冷水加热到32℃，热水流量为9360kg/h，冷水流量为4680kg/h，传热系数为830W/（m•℃），试计算该热交换器的传热面积和传热有效度。水的比热为cp=4186J/（kg•℃）。 解法一：

2

″

W1=Wmax，W2=Wmin，

Rc=Wmin/Wmax=4680/9360=0.5，

又NTU=KF/Wmin

F=NTUWmin/K=

′

″

″

′

解法二：由热平衡方程W1(t1-t1)=W2(t2-t2)，代入数据，解得t1=85℃

逆流型换热器的对数平均温差为

″

4

【或者用算术平均温差Δtm=(Δtmax+Δtmin)】 传热量Q=W2Δt2=5441.8(32-4)=152370.4W 又

5.在一台1-2型壳式换热器中，管内冷却水从16℃升高到35℃，管外空气从119℃下降到45℃，空气流量为19.6kg/min，换热器总传热系数K=84W/（m•K），试计算所需的传热面积。 解：先按逆流算出对数平均温差为

2

故查图1.8，,=0.952，故对数平

均温差

空气平均温差空气的换热量

5

cp=1009J/(kg•K)

故需传热面积

6