華東理工大學 化工原理 白皮書答案 換熱器的操作型計算

1、傳熱操作型計算 1、操作型計算的命題 設備（換熱器類型、傳熱面積等）已定，操作條件操作結果 第i類問題：進口條件出口條件 已知：a、qm1、t1、qm2、t1、k 求：t2、t2 第ii類問題：一種流體的條件另一種流體的結果,已知：a、qm1、t1、t2、t1、k求qm2、t2 或a、qm2、t1、t2、t1、k求qm1、t2 操作型計算特點：結果的唯一性,2、計算公式和方法 公式與設計型同：q=qm1cp1(t1-t2) =qm2cp2(t2-t1) q=katm 方法：以無相變逆流為例： 熱量衡算： （1,速率方程(逆流)： q=qm2cp2(t2-t1)=ka = ka = ka,2,對

2、第i類操作型問題： 直接聯(lián)立（1,2） 方程，求解t2，t2,對第ii類操作型問題： 未知，且k=f(qm)，又 方程為復雜非線性方程，只能迭代試差，求方程近似解,典型問題： 第i類問題：已知一種工況qm1、t1、t2、 qm2、t1、t2、k（1，2）、a 新工況qm at1(t1) 求:t2,t2,第ii類問題：原工況：qm1、t1、t2、 qm2、t1、t2、k（1，2）、a,新工況：t1維持qm1、t1、t2不變，采用調(diào)節(jié)qm2 求：qm2，t2,例：a=25m2列管換熱器 原工況：qm2=2kg/s，t1=100c，t2=50c，t1=20c，t2=40c，1=500w/m2c 新工

3、況：qm1，t1， t1不變，而qm2=1.2kg/s，n=0.8n。 求：t2=? t2=? 解：原工況：q=qm2cp2(t2-t1) =24.18103（40-20）=1.672105w,43.3c,忽略管壁熱阻 =4.47110-3 水=223.65w/m2c 新工況：t1，t1，qm1不變，水，a 改變,水=0.794223.65=177.58w/m2c k=131.04w/m2c,1.299,聯(lián)立 t2=45.22c t2=62.17c,操作型問題： l 逆流： l 并流,l 若熱流體為蒸汽冷凝，則 wr=qm2cp2(t2-t1,例：已知：內(nèi)管192mm， t1=90c，t2=5

4、0c,t1=20c，t2=60c。 管內(nèi)1=100 w/m2c， 管隙2=5000w/m2c,qm2=20kg/h，cp2=1kj/kgc。 求：（1）換熱器長度l=? （2）將內(nèi)管換成252.5mm，管隙不變，則t2=,解：（1） tm=t1=t2=30c q=qm2cp2(t2-t1) = k=77.72 w/m2c a=d2l,2)1=1 w/m2c k=46.55 w/m2c a=d2l=3.140.0251.6=0.13m2 不變,qm2cp2(t2-t1)=ka(t1-t2,t2=56.5c,3、傳熱過程的調(diào)節(jié) q=katmk傳熱系數(shù)； a 傳熱面積； tm平均推動力 （1）可供調(diào)

5、節(jié)的因素 k=f(設備結構，qm1 ，qm2) 其中，t2，t2為生產(chǎn)結果。 可供調(diào)節(jié)的因素有,設備結構、流向（不常用） qm1，qm2 t1，t1（不常用,調(diào)節(jié)結果 流量調(diào)節(jié)的結果,原工況如圖 新工況qm1，t1，t1設備結構不變，使qm2 則t2t2tm kq,設t2t2,則由熱量衡算（操作線），tm 又qm22結構不變k 由速率方程，q=katmq 而與q=qm1cp1(t1-t2) q矛盾 t2t2 再設t2t2 由熱量衡算： q=qm2cp2(t2-t1) ，tm 又qm22且,0n0.8,由速率方程,與 矛盾， t2t2,qm2 則t2t2tm不確定 kq qm2 若，k,kk,t

6、m 若21，k2, qm22 k明顯,可能有 ，則tm的情況。 但盡管tm可能略有下降，由于k更明顯上升（或熱阻下降更明顯）使q傳熱速率上升,調(diào)節(jié)的極限,原工況t2-t1很小，tmt2-t1，qm2t,但t受平衡影響幾乎不變，q q,2)原工況， 極大如圖示， t1t2， qm2,若k, t ，t，q幾乎不變,q t2tm矛盾,若k2,則 ktm將，t2亦可能有所下降，q 結論： （1）增加流體流量，熱流量q必有不同程度的增加，但其增加幅度必小于流量增加幅度。即 （2）由 可知,當增加小的一側(cè)流體流量，k明顯增加，即熱阻明顯降低，盡管推動力tm可能下降，但傳熱速率將上升,當增加大的一側(cè)流體流量

7、，k近似不變，而推動力tm必上升，傳熱速率q也上升。 （3） 當某側(cè)進出口溫度相近時，增加該側(cè)流體流量，熱流量不再明顯增加。（該側(cè)又較大）當某側(cè)流體出口溫度與另一側(cè)流體溫度相近時（t2t1,t2t1或t2t2），受平衡約束，傳熱速率不會隨該側(cè)流體流量增加而上升,進口溫度的影響,原工況如圖，現(xiàn)t1其它條件不變，則t2 t2 tmkq,qm1, qm2不變kk，又 不變 t1q q=qm2cp2(t2-t1) t2,q=katm tm 顯然只有t2才能使 tm t2，t2 ，tm，k不變，q,進口溫度的影響,原工況如圖，現(xiàn)t1其它條件不變，則t2 t2 tmkq,qm1, qm2不變kk，又 不變

8、 t1q q=qm2cp2(t2-t1) t2,q=katm tm 顯然只有t2才能使 tm t2，t2 ，tm，k不變，q,結論： 增加熱流體進口溫度（或降低冷流體進口溫度）都使傳熱推動力上升，傳熱速率q上升，流體出口溫度上升（或下降,例：原為單管程，t=130c(167kpa表),t1=80c，t2=100c，管內(nèi)流動為湍流，為提高t2 改為雙管程，t2=,不改雙管程，要達到同樣t2，提高t至多少？ 解：改雙管程，流速加倍,k液u0.8,蒸汽有機液,得t2=109.5c 仍為單管程，k不變 t=153.6c 相當于426kpa（表,例：一逆流套管換熱器，熱空氣走管內(nèi)，冷水走環(huán)隙，熱空氣一側(cè)

9、為傳熱阻力控制步驟，冷熱流體進出口溫度為t 1=30c，t2=45c ，t1=110c，t2=80c。 求：當熱空氣流量qm1加倍時，t2=？t2=？ 解：qm1cp1(t1-t2)=qm2cp2(t2-t1),新工況：qm1=2 qm1,因tm=t1-t2=t2-t1 q=qm2cp2(t2-t1)=ka (t1-t2) t2-t1= t2-30= t2=55.1c t2=t1- =84.9c,非定態(tài)傳熱 已知：g(kg)，qm(kg/s)，cp，t初，t終，t，k，a 假定管道及換熱器的滯留油量可忽略不計，槽內(nèi)油品溫度均勻， 求,解：取d時段進行熱量衡算：換熱器傳熱量等于槽內(nèi)油品升溫所需熱量,練習,1、原工況如圖，現(xiàn)開大蒸汽閥,p t tm qt2 k