换热器例题2009.doc

1、已知热-冷流体的进、出口温度 °C、 °C、 °C、 °C，试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差：
（1） 顺流；
（2） 逆流；
（3） 一次交叉流（两种流体各自不混合）；
（4） 一次交叉流（一种混合，另一种流体不混合）
解：（1）对顺流：
，

（2）对逆流：
，

（3）一次交叉流（一种混合，另一种流体不混合）
，

查图10－15得到：
所以
（4）对一次交叉流（两种流体各自不混合）
，

查图10－15得到：
所以

2、有一台逆流式油-水换热器，已知油的进口温度 °C，出口温度 °C，油的密度 kg/m3，比热容 kJ/(kg×K)；冷却水的进口温度 °C，出口温度 °C，流量 kg/s。换热器的传热系数 W/(m2×K)，试求：
（1） 油的流量；
（2） 换热器的换热量；
（3） 换热器的传热面积。
解：先计算换热器的换热量，在该温度范围内水的比热容

由得到：

由可以计算油的流量：

，

由得到：

3、某蒸发器的管壁厚3mm，材料是钢。长久使用后其表面覆盖一层厚为0.5mm的水垢。试求传热系数的变化，并就计算结果讨论水垢对传热系数的影响。已知：α沸＝2791 W/(m2·K)，α冷凝＝11630 W/(m2·K)，λ钢=46.5 W/(m·K)，λ水垢=1.745 W/(m·K)。

解：
假定各传热面面积相等，则：

（1） 结垢前：
（2） 结垢后：

所以，结垢前后变化：
可见结水垢后传热效率大大下降。
答：水垢使总传热系数下降了36％。

4、一蛇管热交换器是用外径20mm，厚2mm的铜管装置在水槽中。CO2气体以24kg/h的流量在管内流动，其温度由50℃降到20℃，CO2的平均Cp=0.83kJ/(kg·K)。冷却水自槽底进入，以110kg/h的流量缓缓流进，自槽顶离去，这样冷却水可以当作以自然对流的方式与CO2进行热交换。水的进入温度为10℃。已知CO2对壁的α1＝58.2W/(m2·K)，管壁对水的α2＝58.2W/(m2·K)，管壁λw=383.8 W/(m·K)，试计算冷却水的出口温度和热交换器的传热膜系数。

解：
（1） 热量衡算：水升温吸收的热量＝CO2降温释放的热量
即
水的物性值先以10℃的情况计算：查水的物性值，则
所以：

to=11.3℃
验证水的物性值假设：
水的平均温度：
以10℃的水计算是可以的。
所以冷却水的出口温度为11.3℃。

（2） 求K
根据热阻叠加规律：

同理可得：

答：冷却水的出口温度为11.3℃，热交换器的传热膜系数为45.05W/(m2.K)。(如以圆筒壁的平均面为基准，则传热膜系数为 50.05W/(m2.K)； 如以圆筒壁的内表面为基准，则传热膜系数为56.31W/(m2.K)。一般没有特别指明，应以外表面为基准计算传热系数K。)
练习题
1. 设有一管壳式换热器，热流体的进、出口温度57℃、35℃，冷流体的进、出口温度28℃、30℃。试求在顺流、逆流和一流程交叉流热流体横向混合、冷流体横向不混合时三种情况下的对数平均温差。
2. 管壳式冷油器的冷却水在双管程中流动，其进、出口温度为20℃、60℃，水流量为每分钟70公斤，将热油从110℃冷却到60℃，冷油器的总传热系数为300W/m2℃,试计算冷油器的传热面积。(设管程为2管程，水在40℃的比热容为Cp=4.174kJ/kg ℃,)
3. 某一换热器总换热面积为60m2，用来冷却质量流量为1000kg/h、温度为200℃的油，设该油的比热为1.9kJ/kg.℃，水的进口温度为30℃、流量为6000kg/h。该换热器的传热系数为300 W/m2℃，水的比热为Cp=4.174kJ/kg ℃。试计算换热器中的流体在以顺流和逆流两种方式运行时，油在换热器出口的温度。