题目

化工原理 传热
有一台新的套管换热器,用水冷却油,水走内管,油与水逆流,内管为φ19×3mm的钢管,外管为φ32×3mm的钢管.水与油的流速分别为1.5m/s及0.8m/s,油的密度、比热、导热系数及粘度分别为860kg/m3,1.90×103J/(kg·℃),0.15 W/(m·℃)及1.8×10-3Pa·s.水的进出口温度为10℃和30℃,油的进口温度为100℃,热损失忽略不计,试计算所需要的管长.
若管长增加20%,其它条件不变,则油的出口温度为多少?折油的物性数据不变.
若该换热器长期使用后,水侧及油侧的污垢热阻分别为3.5×10-4(m·℃)/W和1.52×10-3(m·℃)/W,其它条件不变,则油的出口温度又为多少?
传热单元数法做

提问时间：2020-10-17

答案

我来说说,
　　解Ⅰ：由热平衡方程,ρ1.u1.A1.Δt1=ρ2.u2.A2.Δt2
代入数据：1000x1.5x1/4.π(19-3)^2.x20=860x0.8x1/4π[(32-3)^2-19^2]x(100-t2")
得：t2" = 76.7
由于逆流,则平均温差为：　Δm = [(76.7-10)-(100-30)]/ln[(76.7-10)/(100-30)]
=69
又由油的物性参数,c、λ、ν、Pr、解出Re、Nu,从而知 h=112
　　　　　由传热方程：Φb=Φt
代入数据：112x69.A = 1000x1.5x1/4.π(19-3)^2.x20x0.000001
得：　A =3.9㎡=nA"(单个管子的面积）
　　　　　至此,完全解出.（注,由于有两种规格的管子,问的是哪一种不太明确）
　　　　另,计算或有错误,供参考.
　　解Ⅱ（传热单元数法）：
　　　　　由热平衡方程,ρ1.u1.A1.Δt1=ρ2.u2.A2.Δt2
代入数据：1000x1.5x1/4.π(19-3)^2.x20=860x0.8x1/4π[(32-3)^2-19^2]x(100-t2")
得：t2" = 76.7
　　　　　ε = max(t'-t")/(t1'-t2')=(100-69)/(100-30)= 0.44
由于是逆流,则满足：ε＝NTU/(1+NTU)
解得：NTU＝0.78
又因：NTU= kA / min(qm.c)
代入数据,得　A = 3.9 ㎡
　　　　　以下同理.
　另,至于其它都是次要问题,管长增加,其它随面积相应变化；
　　　而将污垢热阻转化为系数加至原h即可.