福州大学化工原理电子教案传热 例2将流量为2200kgh的空气在列管式预热器内从20℃加热到80℃。空气在管内作湍流流动,116℃ 的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加20%,而空气的进、出口温度不变。问采用什 么方法(可以重新设计一台换热器,也可仍在原预热器中操作)能够完成新的生产任务?请作出定量计算 (设管壁及污垢的热阻可略去不计) 分析:空气流量m2增加20%而其进、出口温度不变,根据热量衡算式Q=m2Cp2(2-4)可知Q增 加20‰。由总传热速率方程Q=KAMn可知增大K、A、Δrm均可增大Q完成新的传热任务。而管径d、 管数n的改变均可影响K和A,管长l的改变会影响A,加热蒸汽饱和温度的改变会影响△m。故解题时 先设法找出d、n、及△n对Q影响的关系式。 解:本题为一侧饱和蒸汽冷凝加热另一侧冷流体的传热问题。蒸汽走传热管外侧其α1的数量级为10° 左右,而空气(走管内)的α2数量级仅10,因而有α1>>α2。以后碰到饱和蒸汽冷凝加热气体的情况, 均要懂得利用a1>>a2这一结论。 原工况: Q (2-t) (O不必求出) 2-l1 =61.2℃ 116-80 因为管壁及污垢的热阻可略去,并根据a1>>a2,有 1,1d1 d Q=KA△m≈a2nml1 由于空气在管内作湍流流动,故有 023R3 d, 40.785d2n0.785d2n 所以 a2=0.023 d2(0.7385d2ng 式中C在题给条件下为常数,将上式代入式(a)得 Q nrd2lAtm=c 新工况: (2-t1)=2g 1208C a2=0.023 (1.2m dl2(0.785d2nu 1208C Q=a,n'rd2I'At n'nd'l'At =1.2.8C 12△rn 式(c)÷式(a)并利用式(b)的结果可得 Q 1(d O d2 根据式(d),分以下几种情况计算 1、重新设计一台预热器 (1)管数n、管长l、Δtn不变,改变管径d。由式(d)得福州大学化工原理电子教案 传热 - 6 - 例 2 将流量为 2200kg/h 的空气在列管式预热器内从 20℃加热到 80℃。空气在管内作湍流流动，116℃ 的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加 20%，而空气的进、出口温度不变。问采用什 么方法（可以重新设计一台换热器，也可仍在原预热器中操作）能够完成新的生产任务？请作出定量计算 （设管壁及污垢的热阻可略去不计）。 分析：空气流量 ms 2 增加 20%而其进、出口温度不变，根据热量衡算式 ( ) s 2 p 2 2 1 Q = m c t − t 可知 Q 增 加 20%。由总传热速率方程 Q = KAtm 可知增大 K 、 A 、 m t 均可增大 Q 完成新的传热任务。而管径 d 、 管数 n 的改变均可影响 K 和 A ，管长 l 的改变会影响 A ，加热蒸汽饱和温度的改变会影响 m t 。故解题时 先设法找出 d 、 n、l 及 m t 对 Q 影响的关系式。 解：本题为一侧饱和蒸汽冷凝加热另一侧冷流体的传热问题。蒸汽走传热管外侧其 1 的数量级为 104 左右，而空气（走管内）的  2 数量级仅 101，因而有 1 ＞＞  2 。以后碰到饱和蒸汽冷凝加热气体的情况， 均要懂得利用 1 ＞＞  2 这一结论。 原工况： ( ) s 2 p 2 2 1 Q = m c t − t （ Q 不必求出） m t 61.2 116 80 116 20 ln 80 20 ln s 2 s 1 2 1 = − − − = − − − = T t T t t t ℃ 因为管壁及污垢的热阻可略去，并根据 1 ＞＞  2 ，有 1 2 2 1 2 1 1 2 1 1 d d d d K             = + − 1 m 2 2 m 1 2 m 2 n d l t d l t d d Q = KAt    =   （a） 由于空气在管内作湍流流动，故有 0.8 0.4 2 2 0.023 Re Pr d   =     d n m d n d u d m Re 2 s 2 2 2 2 2 s 2 0.785 0.785 = =  = 所以 1.8 2 0.8 0.4 0.8 2 s 2 2 2 0.785 0.023 n d C P d n m d r =         =     式中 C 在题给条件下为常数，将上式代入式（a）得 0.8 2 m 0.2 1.8 2 m 2 0.8 d n l t n d l t c n d C Q  =   =  新工况： Q = ms  2 cp 2 (t 2 − t 1 ) =1.2ms 2 cp 2 (t 2 − t 1 ) =1.2Q （b） 1.8 2 0.8 0.8 0.4 0.8 2 2 2 2 1.2 C 0.785 1.2 0.023 n d P d n m d r s   =              =    1.8 2 m 0.2 0.8 1.8 2 m 2 0.8 0.8 2 2 m 1.2 C 1.2 C d n l t n d l t n d Q n d l t         =    =     =   （c） 式（c）÷式（a）并利用式（b）的结果可得 1.2 1.2 m m 0.8 2 2 0.2 0.8 =                        =   t t d d l l n n Q Q （d） 根据式（d），分以下几种情况计算 1、重新设计一台预热器 （1）管数 n 、管长 l 、 m t 不变，改变管径 d 。由式（d）得