天大暖通考研复试-换热器计算例题

.1一个食品加工厂用一台同心套管热交换器将盐水从6℃加热到12℃.热交换器的热水进口和出口温度分别为50℃和40℃,质量流率为0.166kg/s.若总传热系数K为850W/m2·K.求热交换器所需的面积:(a)顺流;(b)逆流.解:此为”设计问题”,求换热面积A(1).LMTD法:查表得水的定压比热:KkgJcp/4180热水的进出口焓减为:Wttcqpm6967)4050(4180166.0)(''1'1画出顺流时的温度随面积变化趋势图.求出两侧温度的”端差”顺流时的对数平均温差为:)ln(2121tttttm.Ctm4.35)2844ln(2844由传热方程式:mtKA,得:2231.04.358506970mtKAm画出逆流时的温度随面积变化趋势图.求出两侧温度的”端差”逆流时的对数平均温差为:)ln(2121tttttm.Ctm96.35)3438ln(3438由传热方程式:mtKA,得:2228.096.358506970mtKAm(2)利用效能-NTU方法计算:解:热水的温差大,所以对应着”小热容量”Cmin=CWcqpm/7.6964180166.0)(1由热平衡方程:)()()()('2''22''1'11ttcqttcqpmpm得:Cmax=CWttttcqcqpmpm/1161)612/()4050(7.696)/()()()('2''2''1'112Cr=Cmin/Cmax=696.7/1161=0.6227.06504050'2'1''1'1tttt由顺流之效能-NTU公式或查图:282.06.01]227.0)6.01(1ln[1])1(1ln[CrCrNTU由NTU=KA/Cmin得:A=NTU·Cmin/K=0.282x696.7/850=0.231m2由逆流之效能-NTU公式或查图:2777.016.0227.01227.0ln16.01)11ln(11CrCrNTU由NTU=KA/Cmin得:A=NTU·Cmin/K=0.2777x696.7/850=0.228m22.38℃的水流入一个同心套管逆流式换热器,质量流率为0.75kg/s.油以116℃的进口温度(其比热容为cp=1884J/kg·K)和1.5kg/s的流率对水加热.对换热面积为13.0m2和总传热系数K为340W/m2·K的情况试求换热量及出口温度.解:此为”校核问题”,可用效能-传热单元数法求解.水的比热容可近似以40的温度查表.CWcqpm/282018845.1)(油CWcqpm/3140418075.0)(1水从上两式可看出,CWcqCCWcqCpmpm/3140)(/2820)(maxmin水油Cr=898.031402820maxminCCNTU=KA/Cmin=340x13/2820=1.567由逆流之效能-NTU公式或查图:63.0)]898.01(567.1[898.01)]898.01(567.1[1)]1([1)]1([1EXPEXPCrNTUCrEXPCrNTUEXP又,从效能的定义:最大可能的换热量实际换热量可得本题的实际换热量:WttC8.138574)38116(282063.0)('2'1min由效能的表达式:Cttttt9.66,63.0''1'2'1''1'1可解出,同理,由CtttCttC1.82,63.0)()(''2'2'1min'2''2max可解出