(3)壳方和管方流体分别为二程和四程的换热器。 解：
(1) W?29400kg/h t1?20℃???t2?50℃ T1?60℃???T2?100℃
?t1?40℃ ?t2?50℃
40?50?t25 ?tm??45℃ (??2)
2?t14?或者 ?tm＝44.8℃
（2）由?tm＝44.8℃ P?由图4-40（a） ??t?50?20100?60?0.375 R??1.33
100?2050?20??0.94 ?tm，=??t??tm?0.94?44.8?42.1℃
?，
（3）同理由图4-40（b） ??t?0.97 ?tm=??t??tm?0.97?44.8?43.5℃
14.一列管换热器，管外用2.0×105Pa的饱和水蒸气加热空气，使空气温度从20℃加热到80℃，流量为2000kg?h-1，现因生产任务变化，如空气流量增加50％，进、出口温度仍维持不变，问在原换热器中采用什么方法可完成新的生产任务？ 解： t?20?80=50℃ 2空气在50℃下的物性参数：
??1.093kg/m3 Pr?0.698 Cp?1.017kJ/kg.k ??0.028w/m.k
水蒸气在P?2?105Pa的饱和温度Ts?120.2℃
q1?w1Cp(t2?t1)=h1A?tm1 (1) q2?w2Cp(t2?t1)=h2A?tm1 (2)
设为强制湍流，在新的空气流量下饱和蒸汽温度为：Ts1 由（1）和（2）式得：
w2h2?tm2?tm2=1.5 ??1.50.8
w1h1?tm1?tm1?tm1?80?2080?20 ?tm2?
120?20Ts1?20lnln120?80Ts1?80解得： TS1 =125℃ 使蒸气饱和温度提高到125℃即可。
15、在一套管式换热器，内管为φ180×10mm的钢管，用水冷却原油，采用逆流操作，水在内管中流动，冷却水的进口温度为15℃，出口温度为55℃，原油在环隙中流动，流量为500 kg?h-1，其平均比定压热容为3.35kJ?kg-1?℃-1，要求从90℃冷却至40℃，已知水侧的对流表面传热系数为1000W?m-2?℃-1，油侧的对流表面传热系数为299 W?m-2?℃-1，（管壁热阻及垢阻忽略不计）。试求：
（1） 所需冷却水用量（水的比热取4.18 kJ?kg-1?℃-1，忽略热损失）；
（2） 总传热系数；
（3） 套管换热器的有效传热长度；
（4） 若冷却水进口温度变为20℃，问此时会出现什么情况？ 解（1） q?w1Cp1(t2?t1)?w2Cp2(T1?T2) w1?4.18?（55-15）=500?3.35?（90-40） w1=500kg/h
(2) Ko=
1d01?hid0h0?11801?160000299?224w/m2.k
(3) t1?15℃???t2?55℃ T1?40℃???T2?90℃
?t1?25℃ ?t2?35℃
q?K0A0?tm ?tm?35?25?29.7℃ 35ln25500?4.18?(55?15)?103=224?0.18?L?29.7?? 3600 L=6.17m
(4) t1?20℃
a 若维持水的流量及其它的条件不变，则水的出口温度
t2?500?3.35?(90?40)?20?60℃
500?4.18水的出口温度过高导致结垢。
b 若水的出口温度不变，则必须增加水的流率 由 w2?500?3.35?(90?40)?572kg/h
4.18?(50?20)此时换热器的管长也变化即需要换一个热交换器。
16.在并流的换热器中，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℃，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，试求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可以忽略。 解： 在原冷却器中 对油 q?w1Cp1(150?100) （1） 对水 q?w2Cp2(40?15) （2） 并流时 ?t1?150?15?135℃ ?t2?100?40?60℃
?tm?135?60?92.5℃ 135ln60 q?K0A0?tm=w1Cp1(150?100)
在新的冷却塔中 对油 q1?w1Cp1(150?80) （3） 对水 q1?w2Cp2(t2?15) （4） 解上述方程得： t2=50℃
q1?K0A01?tm1=w1Cp1(150?80)
?t1?150?15?135℃ ?t2?80?50?30℃ ?tm?135?30?69.8℃ 135ln50q1150?80L169.8 L1=1.85L=1.85m ??q150?100L92.5
17. 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℃。若维持两种油的初温和流量不变，而将两种油改为逆流，试求此时流体的平均温度差和它们的终温，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，热损失可以忽略不计。 解：并流时 重油 q?w1Cp1(243?167)?K0A0?tm （1） 原油 q?w2Cp2(157?128)?K0A0?tm （2）
?tm?(243?128)?(167?157)?43℃
115ln10逆流时
重油 q1?w1Cp1(243?T2)?K0A0?tm1 （3）
原油 q1?w2Cp2(t2?128)?K0A0?tm1 （4） 联立方程用试差法求得:
T2?172℃ t2?168℃
?tm?(243?168)?(172?128)?58℃
175ln44
18. 一定量的空气在蒸气加热器中从20℃加热到80℃。空气在换热器的管内呈湍流流动。压强为1.8kgf?cm-2
的饱和蒸气在管外冷凝。现生产要求空气流量增加20%，而空气的进，出口温度不变，试问应采取何措施才能完成任务。作出定量计算。假设管壁和污垢热阻均可忽略。 解： t?20?80=50 OC 2空气在50 ℃下的物性参数：
??1.093kg/m3 Pr?0.698 Cp?1.017kJ/kg.k ??0.028w/m.k
水蒸气在P?1.77?105Pa的饱和温度Ts?116℃ 当空气流率增加20%设蒸汽温度为 Ts1
q1?w1Cp1(80?20)?KiAi?tm1 （1） q2?w2Cp2(80?20)?Ki2Ai?tm2 （2）
w2?1.2w1
?tm1?Ki2hi2??1.20.8 Kihi80?20?43.28℃ 80ln2080?20 （3）
Ts1?20lnTs1?80?tm2?由（1）、（2）和（3）式得：Ts1=118℃
19. 90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50℃。换热器的传热面积为6m2，总传热系数为230 W?m-2?℃-1。若正丁醇的流量为1930kg?h-1，冷却介质为18℃的水，试求：
(1)冷却水的出口温度；
(2)冷却水的消耗量，以m3?h-1表示。 解： (1) q?w1Cp1(90?50)?K0A0?tm
90?50?70℃ 2o
由70C查表得正丁醇的CP?2.8kJ/kg.k
w1?1930kg/h t?由题可知：K0=230w/m2.k A0=6m2
??t2?50℃ t1?90℃???T2?18℃ T1℃? ?tm?(90?T1)?(50?18)
(90?T1)ln32(90?T1)?(50?18)1930?2.8?103? (90-50)=230?6?
(90?T1)3600ln32
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