常用换热系数
某工厂有一台列管式换热器,每小时将一定量的气体从80℃冷到60℃,冷却水温度由20℃升到30℃,气体在管内流过,冷却水在管外与气体成逆流。经核算,该换热器的传热系数K =40w /(m 2⋅︒C ) ,现生产需要气体出口温度更低,有人提出将一结构及大小与已用一台完全一样的换热器并联使用,气体量与原一台时相同,只是分成相等的两股送入,冷却水进出每个换热器的温度仍与原来的一样。试计算:(1)此时气体的出口温度为多少?(2)两台换热器应如何安排才能把气体冷却到更低的温度?
设:气体处理量与冷却水进出口温度都不变,忽略管壁与冷却水热阻,气体温度改变引起的物性改变也忽略不计。
解:一台换热器情况:
∆t (T 1-t 2) -(T 2-t 1) (m =
2=80-30) +(60-20)
2
=45
所以 Q =KS ∆t m =40⨯S ⨯45=1800S
又因 W g C pg (T 1-T 2) =W g C pg (80-60) =20W g C pg 气体放出的热量与冷却水得到的热量相等,所以: 1800S =20W g C pg 即
S 1
W C =
(1) g pg 90
(1)两台相同换热器并联使用
∆t '(T 1-t 2) -(T 2'-t 1) (80-30) +(T 2'-20) m
=2=2=30+T 2'
2
W g
'=0. 5W g 由于管间为水,管内为气体, αw 〉〉αg 故有 K =αg 气膜控制
又
α. 8g =AW 0g =K =40
α'0. 8
g =A (W g /2)
=K ' 所以 K AW 0. 8g 140
K '=A (W 0. 8=(0. 5)
0. 8= g /2) K '故 K '=40⨯(0. 5)
0. 8
=23
Q '=K 'S '∆t '30+T 2'
m
=23⨯2S ⨯2
=23S (30+T 2') =W g C pg (80-T 2') 1
S
80-T 2'W =
+T (g C pg 23(302')
2) 联立(1)式和(2)式解得: T 2'=57. 6︒C (2)两台相同换热器串联使用时
∆t ''=(T 1-t 2) -(T 2''-t 1) (80-30) +(T 2''-20) 30+T 2'm
2=2='
2
K ''=K =40
Q ''=K ''S ''∆t ''=40⨯2S ⨯30+T 2''
m
2
=40S (30+T 2'') =W g C pg (80-T 2'')
S
80-T 2''W =
40(30+T (3) g C pg 2'')
联立(1)式和(3)式解得: T 2''=46. 15︒C 因此两台串联使用可使气体出口温度降低到更低。
2
3. 板式热交换器的经验传热系数
3