福州大学化工原理电子教案传热 为求得传热系数K,须计算两侧的给热系数a,故设计者必须决定:①冷、热流体各走管内还是管 外;②选择适当的流速 同时,还必须选定适当的污垢热阻。 由上所述,设计型计算必涉及设计参数的选择。各种选择决定之后,所需的传热面积及管长等换热器 其它尺寸是不难确定的。不同的选择有不同的计算结果,设计者必须作出恰当的选择才能得到经济上合理、 技术上可行的设计,或者通过多方案计算,从中选出最优方案。近年来,利用计算机进行换热器优化设计 日益得到广泛的应用。本节后面的例题仅讨论根据题给条件即可进行设计计算,不涉及设计参数的选择问 (4)选择的依据 ①流向选择 对热敏性物料,并流操作可避免出口温度过高而影响产品质量。在某些高温换热器中,逆流操作因冷 却流体的最高温度l2和T集中在一端,会使该处的壁温特别高。为降低该处的壁温可采用并流,以延长换 热器的使用寿命 ②冷却或加热介质的出口温度的选择。 ③流速的选择 (5)设计型计算的例题 例1有一套管换热器,由φ57×3.5mm与φ89×4.5mm的钢管组成。甲醇在内管流动,流量为 5000kg/h,由60℃冷却到30℃,甲醇侧的对流传热系数α2=1512w(m2℃)。冷却水在环隙中流动,其 入口温度为20℃,出口温度拟定为35℃。忽略热损失、管壁及污垢热阻,且已知甲醇的平均比热为 26kJ/(kg℃),在定性温度下水的粘度为084cP、导热系数为061Ww/m2℃)、比热为4174kJ(kg℃C)。试 求:(1)泠却水的用量;(2)所需套管长度;(3)若将套管换热器的内管改为φ48×3mm的钢管,其它条 件不变,求此时所需的套管长度 解:(1)冷却水的用量m2可由热量衡算式求得,由题给的cp1与cP2单位相同,不必换算,mn的单 位必须由kg/h换算成kgs,故有 1(71-72)(5000/3600×2.6×(60-30) 1.73kg cp2(t2-t1) 4.174×(35-20) (2)题目没有指明用什么面积为基准,在这种情况下均当作是以传热管的外表面积为基准(以后的 例题都按这个约定,不另行说明),对套管换热器而言就是以内管外表面积为基准,即A=md1l Q=msci l-2)=Kd,lA 得 m;cp(1-T2) Kmd1. Kid1△ 建议读者分别先求出Q、K、tn的值后再代入式(a)求|不易错。Q的SI制单位为W,必须将m1 的单位化为kgs、cn1的单位化为J/(kg℃)再求Q,即 Q=m;p(71-72)=0×2,6×103×1(60-30)=1083×105W 求Δ′n必须先确定是逆流还是并流,题目没有明确说明流向,但由已知条件可知12=35℃>72=30℃,只有 逆流才可能出现这种情况,故可断定本题必为逆流,于是 (1-t2)-(2-1)_(60-35)-(0 164℃ 30-20 由于管壁及污垢热阻可略去,以传热管外表面积为基准的K为 K=1+1 式中甲醇在内管侧的α2已知,冷却水在环隙侧的a1未知。求a1必须先求冷却水在环隙流动的R。,求R要 先求冷却水的流速u 环隙当量直径d=D-d1=(0.089-2×0005)-0057=0.023m福州大学化工原理电子教案 传热 - 4 - 为求得传热系数 K ，须计算两侧的给热系数  ，故设计者必须决定：① 冷、热流体各走管内还是管 外；② 选择适当的流速。 同时，还必须选定适当的污垢热阻。 由上所述，设计型计算必涉及设计参数的选择。各种选择决定之后，所需的传热面积及管长等换热器 其它尺寸是不难确定的。不同的选择有不同的计算结果，设计者必须作出恰当的选择才能得到经济上合理、 技术上可行的设计，或者通过多方案计算，从中选出最优方案。近年来，利用计算机进行换热器优化设计 日益得到广泛的应用。本节后面的例题仅讨论根据题给条件即可进行设计计算，不涉及设计参数的选择问 题。 （4）选择的依据 ① 流向选择 对热敏性物料，并流操作可避免出口温度过高而影响产品质量。在某些高温换热器中，逆流操作因冷 却流体的最高温度 2 t 和 T1 集中在一端，会使该处的壁温特别高。为降低该处的壁温可采用并流，以延长换 热器的使用寿命。 ② 冷却或加热介质的出口温度的选择。 ③ 流速的选择。 （5）设计型计算的例题 例 1 有一套管换热器，由 57  3.5 mm 与 89  4.5 mm 的钢管组成。甲醇在内管流动，流量为 5000 kg/h，由 60℃冷却到 30℃，甲醇侧的对流传热系数  2 =1512 W/( m2·℃)。冷却水在环隙中流动，其 入口温度为 20℃，出口温度拟定为 35℃。忽略热损失、管壁及污垢热阻，且已知甲醇的平均比热为 2.6kJ/(kg·℃)，在定性温度下水的粘度为 0.84cP、导热系数为 0.61 W/( m2·℃)、比热为 4.174 kJ/(kg·℃)。试 求：（1）冷却水的用量；（2）所需套管长度；（3）若将套管换热器的内管改为  48×3mm 的钢管，其它条 件不变，求此时所需的套管长度。 解：（1）冷却水的用量 ms 2 可由热量衡算式求得，由题给的 P1 c 与 P 2 c 单位相同，不必换算， ms1 的单 位必须由 kg/h 换算成 kg/s，故有： 1.73 4.174 (35 20) (5000 3600) 2.6 (60 30) ( ) ( ) p 2 2 1 1 p1 1 2 2 =  −   − = − − = c t t m c T T m s s kg/s （2）题目没有指明用什么面积为基准，在这种情况下均当作是以传热管的外表面积为基准（以后的 例题都按这个约定，不另行说明），对套管换热器而言就是以内管外表面积为基准，即 A= d l  1 Q = ms1 cp1 (T1 −T2 ) = Kd1 ltm 得 ( ) 1 m s1 p1 1 2 1 m K d t m c T T K d t Q l  − =  =   （a） 建议读者分别先求出 Q 、K 、 m t 的值后再代入式（a）求 l 不易错。 Q 的 SI 制单位为 W ，必须将 ms1 的单位化为 kg/s、 p1 c 的单位化为 J/(kg ·℃)再求 Q ，即 Q = ms1 c p1 (T1 −T2 ) = ( ) 3 5 2.6 10 60 30 1.083 10 3600 5000    − =  W 求 m t 必须先确定是逆流还是并流，题目没有明确说明流向，但由已知条件可知 2 t =35℃＞ T2 =30℃，只有 逆流才可能出现这种情况，故可断定本题必为逆流，于是 ( ) ( ) ( ) ( ) 16.4 30 20 60 35 ln 60 35 30 20 ln 2 1 1 2 1 2 2 1 m = − − − − − = − − − − −  = T t T t T t T t t ℃ 由于管壁及污垢热阻可略去，以传热管外表面积为基准的 K 为 1 2 1 1 2 1 1 −       = + d d K   式中甲醇在内管侧的  2 已知，冷却水在环隙侧的 1 未知。求 1 必须先求冷却水在环隙流动的 Re ，求 Re 要 先求冷却水的流速 u 。 环隙当量直径 de = D − d1 = (0.089 − 2  0.0045) − 0.057 = 0.023 m