【4-21】 有1壳程2管程列管式换热器，用293K的冷水30t/h使流量为20t/h的乙二醇从353K冷却到313K，设总传热系数为1200W/(m2?K)，试计算所需传热面积。

解

乙二醇的平均温度Tm?353?313?333K， 2比热容cp1?2.6?103J/?kg?K? 乙二醇放出热量 Q?qm1cp 2（1T?1T）习题4-21附图

20?103??2.6?103??353?313??5.78?105W 3600从水的物理性质数据表上可知，水在30～50℃范围内，比热容cp?4174J/(kg?K)。假设

cp2?4174J/(kg?K)，计算冷水出口温度t2。

Q?qm2cp2?t2?t1?

Q5.78?105?3600t2??t1??293?309.6K

qm2cp230?103?4174冷水的平均温度 tm?t1?t2293?309.6?=301.3K 22 ?28.3℃ tm接近30℃，所假设的cp2可以。

逆流平均温度差?tm逆计算

?t1?T1?t2?353?309.6?43.4℃ ?t2?T2?t1?313?293?20℃

?tm逆=43.4?20?30.2℃ 43.4ln20折流的平均温度差?tm计算

R?P?T1?T2353?31340? ??2.41 t2?t1309.6?29316.6t2?t1 309.6?29316.6???0.277 T1?t1353?29360??0.83,Δtm??Δtm逆?0.83?30.2?25.1℃

Q5.78?105??19.2 m2 传热面积 A?KΔtm1200?25.1 49

【4-22】 有一外径为l00mm的水蒸气管，水蒸气温度为160℃。为了减少热量损失，在管外包覆厚度各为25mm的A、B两层绝热材料保温层，A与B的热导率分别为0.15与0.05W／(m?K)。试计算哪一种材料放在内层好。周围空气温

度为20℃，保温层外表面对周围空气的对流（包括热辐射）传热系数??15W/(m2?℃)。保温层内表面温度在两种情况下都等于水蒸气温度。

解

(1) A在内层，B在外层。以保温层外表面积为基准的总传热系数为

K?1

b1d3b2d31???1dm1?2dm2?习题4-22附图

10.025?0.20.025?0.21??

0.15?0.1250.05?0.17515?1.1 W/?m2?℃??热量损失 Q?KA(t1?t2)?K??d3L(t1?t2)

q?单位长度的热损失为 Q?K?3d?L1t??2 t?1.1???0.2??160?20??96.7 W/m (2) B在内层，A在外层，总传热系数为

K?11 ?b1d3b2d30.025?0.20.025?0.211?????1dm1?2dm2?0.05?0.1250.15?0.17515 ?0.946 W/(m2?℃) q?Q=K?d3(t1?t2)?0．946???0.2??160?20??83.2 W/m L计算结果表明，热导率小的绝热材料放在内层，热损失小。

【4-23】测定套管式换热器的总传热系数。数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为5000kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃。水在环隙流动，进口温度为15℃，出口温度为30℃。水与甲苯逆流流动，传热面积为2.5m2。问所测得的总传热系数为多大？

解 甲苯qm1?5000kg/h, T1?80℃，T2?50℃，

Tm?80?50?65℃, cp1?1.86?103J/(kg?K) 25000?1.86?103??80?50?=77.5?103W 3600热负荷 Q?T1?80℃?T2?50℃

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