1、換熱器的串聯(lián)與并聯(lián)串聯(lián)換熱器在一管式換熱器中，冷熱流體逆流操作，熱流體的進(jìn)出口溫度分別為138 C 0和93 C，冷流體的進(jìn)、出口溫度分別為25 C和65 C?，F(xiàn)有另外一臺完全相同的 000換熱器，試分別計(jì)算兩臺換熱器按以下流程操作時，冷流體的出口溫度分別為多少(兩流體的進(jìn)口溫度不變)？按附圖(1)所示流程操作，即串聯(lián)組合，且每臺換熱器均為逆流流動；按附圖(b)所示流程操作，即串聯(lián)組合，但A為并流而B為逆流流動；按附圖(c)所示流程操作，即串聯(lián)組合，且兩換熱器皆為并流流動。解：分析：關(guān)于換熱的計(jì)算，本質(zhì)為熱量衡算、溫差計(jì)算和傳熱系數(shù)計(jì)算式的綜 合應(yīng)用。這三個公式中，又以熱量衡算和溫差計(jì)算涉及了

2、四個溫度，而在熱量衡 算中除了溫度之外還有冷、熱流體流量之間的關(guān)系式，所以，熱量衡算和溫差計(jì) 算式是換熱器操作計(jì)算的重點(diǎn)和關(guān)鍵，而聯(lián)系熱量衡算和溫差計(jì)算的過渡正是總 傳熱速率方程，也就是總傳熱系數(shù)。本題是有關(guān)換熱器調(diào)節(jié)的，為和原工況下比較，先給出原工況下的熱量衡算， 溫差和總傳熱速率方程的關(guān)系。根據(jù)單臺換熱器的逆流操作工況可得平均傳熱推動力Atm(T t ) (T t) (13865) (93 25)_1222乙jT tln 12-T t211 - 70.5 C1 138 65。ln93 25由熱量衡算式得Wc1 P1W c 265 25 _0 889z：l 0.889T T 138 9312

3、由傳熱速率方程KS T T 138 93 2 0.639 咋 1At70.5(1)按附圖(。)的流程操作，相當(dāng)于傳熱面積增大一倍，即S = 2S ,和K不變。則熱量衡算方程t2 11 W 0.889TT w 2 c 2傳熱速率方程式心M 2 x 0.639 -1.278W1S1Atm1T T (T t 5-Tt)1Tt21In 1T111 一 T t _ _ln _- 1.278Wc T tWc 212 p2聯(lián)立求解式(1)、(2)得土工= 1.152 T2, tiT = 72.6 C, t、= 83.1 C138 一 W - 51.2 C1.278。組合后的平均推動力為At -T1 T2m1

4、 K (2 S)/Wc1 p1(2)按附圖(b)的流程操作，設(shè)冷、熱流體在換熱器A出口處的溫度分別為t和T，則對換熱器A可以寫熱量衡算式和傳熱速率方程為KS T T WAt1 p1mA1T tln 1 0.639 .WcT t1 +1 p1Wc(4)聯(lián)立求解式(3)、(4)可得T = 96.1 C, t = 62.3 C換熱器A的平均推動力為At = Ti-T = i38一96=65.6 CmA KS / Wc 0.639。i pi(5)設(shè)冷、熱流體在換熱器B出口處的溫度為t和T，則T - T；Wci piiAt| WTmBi piWc 2一 T -1 -ln-=0.639T-1T -1 義=

5、1.074 7,-1(6)聯(lián)立求解式(5)、(6)得T = 82.6 Ct =74.C2換熱器的平均推動力96.i - 82.6AtmBKS / Wci pi=2i.i C0.639。設(shè)組合后的平均推動力Atm，則Q = K (2 S) At 2 = KS At A + KS At B，Af =AtA +AtB =+ 2i.i = 43.4。m 2(3)按附圖(c)的流程操作，相當(dāng)于并聯(lián)操作，傳熱面積增大一倍，即S* = 2 S，嗎,嗎和K不變，并熱量衡算式和傳熱速率方程分別為t2 -ti = Y = 0.889-T W 2 C 2K (2 S)Wci piT - T ,itm 31 i T

6、-1 777ln WcT -t +WC2 2 2=1.278T -1(8)= 11.18T-t；聯(lián)立求解式(7)、(8)得T，= 83.5 C,t2 = 73.4C組合后的總平均推動力為t =T-T2= 138一83.5 = 42.6 Cm K (2 S)/Wc1.278。1 p1從三種流程的計(jì)算結(jié)果可以看出，在冷，熱流體進(jìn)口溫度相同的條件下，流 程(Q )因兩流體呈純逆流流動，傳熱推動力即熱流量最大；流程(8)因流體呈純并 流麗流動，傳熱推動力即熱流量最??；而流程(C )介于兩者之間。并聯(lián)換熱器冷、熱流體的總流量分別為嗎與W2，進(jìn)口溫度分別為氣和t1以及A、B兩 換熱器與串聯(lián)換熱器的相同。假

7、設(shè)在串聯(lián)組合時，熱流體走殼程，給熱系數(shù)a 1 = 0.4kW /(m2 . K)，冷流體走管程，給熱系數(shù)a 2 = 2.0kW /(m2 - K)。試求換熱器 并聯(lián)組合，逆流操作，且冷、熱流體均勻分配時，冷流體的出口溫度為多少？與串聯(lián)組合逆流操作相比，總熱流量有什么變化?KSWc1 p1=0.639解：由串聯(lián)換熱器的計(jì)算結(jié)果可知Wcp1 = 0.889Wcp 2根據(jù)本題例所給的條件，可求出串聯(lián)組合時的傳熱系數(shù)為K = 1 1 1 = 1 1 1 = 0.333kW /(m2 k)+ + 以 以 0.4 2.0對于并聯(lián)組合，Wc1_P1熱量衡算式匕一匕=0.889(1)T -T Wc1 25-若

8、殼程中設(shè)置多塊25%圓缺形擋板，則并聯(lián)組合時傳熱系數(shù)K =111=0. 2 kW m K )+0.50.5x0.4 0.5 0由傳熱速率方程式K S T - T=12W ZCm2 P1其中WWc1 P12 x 0.221 x 0.639 =0.8460.333所以1 c2 P1T12Atm11 T -11 (W /2)c ln T1 1-p12 1(W / 2)c 2=0.846T tT一2 = 1.098(2)T t 21聯(lián)立求解式(1)和(2)得= 84.90Ct = 72.2 0C 2在逆流操作時，串聯(lián)組合與并聯(lián)組合得總熱量比(參見串聯(lián)傳熱)為=1.23(倍)0串= W% (T T中)=

9、13872.6 廠 2 % ；1；,E49此結(jié)果說明，在總流量不變得條件下，并聯(lián)組合由于傳熱系數(shù)下降，其傳熱 能力遠(yuǎn)不如串聯(lián)組合逆流操作好。但是，如果流體總流量很大。為減少動力能可 采用并聯(lián)組合。文章來源： HYPERLINK /blog/post/71.html /blog/post/71.html 版權(quán)所有5文章來源： HYPERLINK /blog/post/71.html /blog/post/71.html 版權(quán)所有6應(yīng)用：北京理工大學(xué)2004, 20分，浙江大學(xué)1997如附圖所示，流量為0.5 kg/s、溫度為20 的水（其比熱c = 4.18 kJ / kg - K ） 流過串聯(lián)

10、的兩臺列管式換熱器，以冷卻流量為0.8 kg/s、溫度為120。的某溶液（其 TOC o 1-5 h z 比熱c廣2kJ /kg K ），測得該t溶液的出口溫度為65 。現(xiàn) 隊(duì)手（因故使進(jìn)口水溫降到6 C，水（A | -問：若保持其它進(jìn)口條件不 Tt_2附圖變，則溶液的出口溫度變?yōu)槎嗌伲拷猓悍治觯河笕芤撼隹诘臏囟茸兓?，需先知道原工況下溶液的出口溫度， 先求溶液的出口溫度；然后根據(jù)條件的變化確定新工況下的溫度，本題表面看來 是換熱器的串聯(lián)，其實(shí)還是換熱過程中三個公式的應(yīng)用。原工況下，由換熱器的逆流操作可得熱量衡算，巳 = 土 n t = W1% (T -T ) +1 = 0.8 * 2 (12

11、0- 65) + 20 = 62.11 C W 2c 2 T -七 2 W c 21210.5 x 4.18。0.8 x 2.00.5 x 4.18=0.7656(1)傳熱推動力，七（T 一七（1）= （120一他-（65-20）T -1 ln 葉T-11ln120 一 也65 - 20=51.17 C (2)傳熱速率方程， K二120 - 65 1.0748Wc 1 At 51.17新工況下，由換熱器的逆流操作可得傳熱速率方程，WF=呼t07481 p1mT -T _1 T -t 1(t-t1 -(T ，) tf-1 *ln產(chǎn)-1 11 1 12-1T-t T -T ln 212T -t 1

12、 T-t =ln 21 - 0.7656T；-tT -1 = 1.0748 mtTJ-匕i T-t ln Wc T、-t Wc 2211.2865(4)熱量衡算，0.7656(5)吧氣 _ t-t_Wc 2 _ T - T-聯(lián)立(4)、(5)可得 T = 91.88 C,t2 = 27.53 C華南理工大學(xué)2005, 23分用一套管式換熱器將流量為2000 kg/h的甲苯飽和蒸氣（110。）冷凝為飽和液 體，甲苯的氣化熱為363 kJ/kg。冷卻水在16 r及5000 kg/h的流量進(jìn)入套管內(nèi)管 （內(nèi)徑50 mm）作強(qiáng)制湍流流動，其傳熱膜系數(shù)為1740 w/（m2.K）o水的比熱可取為 4.19 kJ/（kg：c）,假設(shè)甲苯側(cè)熱阻和管壁熱阻遠(yuǎn)小于水側(cè)熱阻。（1）求冷卻水的出口溫度及套管管長；（2）由于氣候變化，冷卻水的進(jìn)口溫度升高到25 c，試計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷 變化（以表示）。忽略物性參數(shù)的變化。（3）冷卻水溫度升高后，有人建議將冷卻水流率加倍，問此時的熱負(fù)荷及冷 卻水出口溫度與未升高時相比如何，計(jì)算出熱負(fù)荷增加或減少的百分?jǐn)?shù)。華東理工大學(xué)1998,