4-17在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m。试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。

解：变化前?tm??t1??t2?150?15???100?40???92.6℃

?t1150?15lnln100?40?t2?变化后?tm??t1??t2?150?15???80?40???78.1℃

?t1150?15lnln80?40?t2?qm?cp??t，故变化前后传递的热量变化Q??Q物性数据不变时，由Q由Q150?80?1.4Q

150?100?KS?tm，故变化前后K不变时

1.4KS?tm??S??S?KS??tm?tm92.6?1?1.4??1.85m ??tm78.14-18重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。 解：由题意得：

并流时：热流体（重油）：T1=243℃ → T2=167℃ 冷流体（原油）：t1=128℃ → t2=157℃

?Q?qmhcph?T1?T2??76qmhcph?qmccpc?t2?t1??29qmccpc?KS?tm

?tm??t1??t2?243?128???167?157???43℃

?t1243?128lnln167?157?t2改为逆流后：热流体（重油）：T1=243℃ → T2′=？ 冷流体（原油）：t2′=？ ← t1=128℃ 同理：Q????t1???t2??128?qmhcph?KS?tm? qmhcph?T1?T2????243?T2??qmhcph?qmccpc?t2?2976?

t2?128243?T2??——（1） ?T2??578.45?2.62t2???tm????T2??128??t1??t2?243?t2?——（2）

??t1243?t2lnln?t2T2??128又

Q?tm29??——（3）

?t2??128Q??tm由（1）（ 2）（ 3）解得t2′=161.41℃；T2′=155.443℃

??49.5℃ ?tm4-19某厂用0.2MPa（表压）的饱和蒸汽（冷凝热为2169KJ/Kg，温度为132.9℃）将环丁砜水溶液由105℃加热至115℃后送入再生塔。已知流量为200m/h，溶液的密度为1080kg/m，比热容为2.93KJ/(Kg·℃)，试求水蒸气消耗量，又设所用传热器的总传热系数为700 W／(m·℃)，试求所需的传热面积。

23

3

200?1080?2.93??115?105??1758kJ/s

3600Q1758蒸汽消耗量qmh???3600?2.92?103kg/h

r2169?132.9?105???132.9?115??22.52℃

?tm?132.9?105ln132.9?115解：Q?qmccpc?t2?t1??Q1758?103S???111m3

K??tm700?22.524-20在一管壳式换热器中，用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液体。苯蒸气的体积流量为1650m／h，常压下苯的沸点为80.1℃，汽化热为394kJ/kg。冷却水的进口温度为20℃，流量为36000kg／h，水的平均比热容为4.18KJ／(kg·℃)。若总传热系数Ko为450W/(m·℃)，试求换热器传热面积So。假设换热器的热损失可忽略。

解：苯蒸气的密度为 ?2

3

?PM1?78?kgm3?2.692kgm3 RT0.08206??273?80.1? Wh?1650?2.692kgh?4441.8kgh

Q?Wh??4441.8?394kJh?1.75?106kJh?4.86?105W

Q?WcCpc?t2?t1??解出 t236000?4.18?103?t2?20??4.86?105

3600?31.6℃

求?tm

苯 80.1 → 80.1 水 31.6 20 ———————————————— ?t 48.5 60.1

?tm?60.1?48.5?C?54.1?C

60.1ln48.5Q4.86?1052

S??m?20m2K?tm450?54.1

4-21一传热面积为50m的单程管壳式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33 000kg／h，温度由20℃升至38℃。溶液的温度由110℃降至60℃。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下，冷水出口温度增到45℃。试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设：(1)两种情况下，流体物性可视为不变，水的平均比热容可取为4.187kJ/(kg·℃)；(2)可按平壁处理，两种工况下αi和αo分别相同；(3)忽略管壁热阻和热损失。

解：求清洗前总传热系数K ?t2

m??110?38???60?20??C?54.2?C

ln110?3860?20Q33000?4.187?103??38?20? K??Wm2??C?255Wm2??CS?tm3600?50?54.2????

求清洗后传热系数K? 由热量衡算 qmhcph?T1?T2??qmccpc?t2?t1?

??t1? qmhcph?T1?T2???qmccpc?t2 T2??T1?qmccpcqmhcphT?T110?60???t1??T1?12?t2??t1????t2??110?45?20???40.6℃

t2?t1?38?20? ?t?m??110?45???40.6?20??C?38.6?C

ln110?4540.6?2033000?4.187?103??45?20? K?Wm2??C?497.16Wm2??C

3600?50?38.6???? 清洗前两侧的总传热热阻

?RS?11?11?2?32?????m??CW?1.9?10m??CW KK??255497.16?

4-22在一逆流套管换热器中，冷、热流体进行热交换。两流体的进、出口温度分别为t1=20℃、t2=85℃，T1=100℃、T2=70℃。当冷流体的流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数可视为相同，换热器热损失可忽略。

解：热：T1=100℃ → T2=70℃ 冷：t2=85℃ ← t1=20℃

热流体放热Q 放=qmhCph（T1 - T2 ） 冷流体吸热Q 吸=qmcCpc（t1-t2）

由传热Q=KSΔtm ，?tm??70?20???100?85??C?29.07?C

ln70?20100?85∴Q=29.07KS

冷流体流量增加一倍后：

热：T1=100℃ → T2， 冷：t2 ← t1=20℃

?T2?20???100?t2?而K，S 不变， Q?Q???tm?tmln ?Q??QT2?20100?t229.07

又Q???cpc?t2??t1??qmhcph?T1?T2??，?2qmccpc?t2??20??qmhcph?100?T2?? qmc用试差法得t2′=63.8℃；T2′=59.8℃∴Q′/Q=1.34

4-23一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃。空气在换热器的管内呈湍流流动。绝压为180kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20％，而空气的进、出口温度不变。试问应采取什么措施才能完成任务。作出定量计算。假设管壁和污垢热阻均可忽略。（答：将饱和蒸汽压强提高到200kPa)

解：绝压为180kPa的饱和水蒸气温度为116.6℃

??空???蒸,?K??空

则原工况：q2cp2(t2?t1)?KS?tm??空st2?t1T?t1lnT?t2

?q2cp2lnT?t1??空S （1）

T?t2流量加倍后，空气进、出口温度不变：

?'空q'?(2)0.8?20.8?1.741?空q2?q'2cp2(t2?t1)??'空St2?t1T'?t1lnT'?t2 （2）

?2q2cp2lnT'?t1?1.741?空ST'?t22ln（2）/（1）得：

T'?t1T'?t2?1.741

T?t1lnT?t2T'?20116.6?20?1.741ln

T'?80116.6?80解得：T'?120.2℃。 即加热蒸汽应上升为200kPa。 ?2ln