1、文章来源：http:/ 版权所有 1换热器的串联与并联1. 串联换热器在一管式换热器中，冷热流体逆流操作，热流体的进出口温度分别为和 ，冷流体的进、出口温度分别为 和 。现有另外一台完138C9 25C6全相同的换热器，试分别计算两台换热器按以下流程操作时，冷流体的出口温度分别为多少 (两流体的进口温度不变)？(1) 按附图(a)所示流程操作，即串联组合，且每台换热器均为逆流流动；(2) 按附图(b)所示流程操作，即串联组合，但 A 为并流而 B 为逆流流动；(3) 按附图(c )所示流程操作，即串联组合，且两换热器皆为并流流动。解：分析：关于换热的计算，本质为热量衡算、温差计算和传热系数计算
2、式的综合应用。这三个公式中，又以热量衡算和温差计算涉及了四个温度，而在热量衡算中除了温度之外还有冷、热流体流量之间的关系式，所以，热量衡算和温差计算式是换热器操作计算的重点和关键，而联系热量衡算和温差计算的过渡正是总传热速率方程，也就是总传热系数。本题是有关换热器调节的，为和原工况下比较，先给出原工况下的热量衡算，温差和总传热速率方程的关系。根据单台换热器的逆流操作工况可得平均传热推动力 121()()(3865)(92)70.5lnlnmTttt Ct2(a) t1T2t2T1A BtT T2t1T1A B(b)t1T2t1T1A B(c)文章来源：http:/ 版权所有 2由热量衡算式得
3、1212650.893pWctT由传热速率方程 12.7.pmKSct(1) 按附图(a)的流程操作，相当于传热面积增大一倍，即 ，而2S和 不变。则12,WK热量衡算方程 (1)1212 0.89pWctT传热速率方程式 11().631.27pmKSct2 1211122 ln.8()()lnpTTtttWc(2)12.5Tt联立求解式(1)、(2) 得 27.6,83.1Ct组合后的平均推动力为 1211.5.()/78mpTtKSWc(2) 按附图(b) 的流程操作，设冷、热流体在换热器 A 出口处的温度分别为和 ，则对换热器 A 可以写热量衡算式和传热速率方程为tT(3)1120.8
4、9pctT1112ln.63ppmATtKSWcct(4)13.4Tt联立求解式(3)、(4) 可得文章来源：http:/ 版权所有 396.1,2.3TCt换热器 A 的平均推动力为 1896.15./03mApt CKSWc设冷、热流体在换热器 B 出口处的温度为 和 ，则2tT(5)122 0.89pctT22112 ln.63ppmBTtKSWcct(6)2.074Tt联立求解式(5)、(6) 得 8.6C2.3t换热器的平均推动力 219.1./063mBpTtKSWc设组合后的平均推动力 ，则t，2()mAmBQtKSt 65.143.ABt C(3) 按附图 (c)的流程操作，相
5、当于并联操作，传热面积增大一倍，即， 和 不变，并热量衡算式和传热速率方程分别为2S12,WK(7)1122 0.89ptTc111322()ln.78ppmTtSWctc文章来源：http:/ 版权所有 4(8)12.8Tt联立求解式(7)、(8) 得 23.5,7.4Ct组合后的总平均推动力为 1218.6()/7mpTtKSWc从三种流程的计算结果可以看出，在冷，热流体进口温度相同的条件下，流程( a)因两流体呈纯逆流流动，传热推动力即热流量最大；流程(b)因流体呈纯并流丽流动，传热推动力即热流量最小；而流程(c )介于两者之间。2. 并联换热器冷、热流体的总流量分别为 与 ，进口温度分
6、别为 和 以及 A、B 两1W21Tt换热器与串联换热器的相同。假设在串联组合时，热流体走壳程，给热系数，冷流体走管程，给热系数 。试求换热210.4/()kWmK 22.0/()kWmK器并联组合，逆流操作，且冷、热流体均匀分配时，冷流体的出口温度为多少？与串联组合逆流操作相比，总热流量有什么变化？解：由串联换热器的计算结果可知根据本题例所给的条件，可求出串联组合时的传热系数为120.89pWc10.639pKSc A A21t 12WT 1t2T t12 12T2tW2 2t2BA文章来源：http:/ 版权所有 52120.3/()1.4KkWm对于并联组合，热量衡算式 (1)12210
7、.89pctT若壳程中设置多块 25圆缺形挡板，则并联组合时传热系数0.50.8.1/()142KkWmK由传热速率方程式 11mpTSWtc其中 11220.6390.84ppKc所以 121212ln.6(/)pmTTtWct(2)12.098tT联立求解式(1)和(2) 得 24.C027.tC在逆流操作时，串联组合与并联组合得总热量比(参见串联传热)为(倍)12()138.62349pWcTQ串串 并 并 ）此结果说明，在总流量不变得条件下，并联组合由于传热系数下降，其传热能力远不如串联组合逆流操作好。但是，如果流体总流量很大。为减少动力能可采用并联组合。文章来源：http:/ 版权所
8、有 6应用：北京理工大学 2004，20 分，浙江大学 1997如附图所示，流量为 0.5 kg/s、温度为 20 的水(其比热 )4.18/pckJgK流过串联的两台列管式换热器，以冷却流量为 0.8 kg/s、温度为 120 的某溶液(其比热 )，测2/pckJgK得该溶液的出口温度为 65 。现因故使进口水温降到 6 ，问：若保持其它进口条件不变，则溶液的出口温度变为多少?解：分析：欲求溶液出口的温度变化，需先知道原工况下溶液的出口温度，先求溶液的出口温度；然后根据条件的变化确定新工况下的温度，本题表面看来是换热器的串联，其实还是换热过程中三个公式的应用。原工况下，由换热器的逆流操作可得
9、热量衡算， 1 1212212 0.82()(165)20.154p pWcWcttTt CT(1)120.8.76554pc传热推动力， (2)121()()(20.1)(6520)1.7lnlnmTttt C 传热速率方程， (3)12651.0748.pmKSWct新工况下，由换热器的逆流操作可得传热速率方程， 12.0748pmTSct水 BA0tT2112,mt 2t溶液附图文章来源：http:/ 版权所有 7(4)12 121212 11 221212 lnln()()ln l.0748.86510.765 pTTtTtttt WcttTT热量衡算，(5)12120.765pWct
10、联立(4)、(5)可得 29.8,.3TCt华南理工大学 2005，23 分用一套管式换热器将流量为 2000 kg/h 的甲苯饱和蒸气(110 )冷凝为饱和液体，甲苯的气化热为 363 kJ/kg。冷却水在 16 及 5000 kg/h 的流量进入套管内管( 内径 50 mm)作强制湍流流动，其传热膜系数为 1740 w/(m2K)。水的比热可取为 4.19 kJ/(kg)，假设甲苯侧热阻和管壁热阻远小于水侧热阻。(1) 求冷却水的出口温度及套管管长；(2) 由于气候变化，冷却水的进口温度升高到 25 ，试计算换热器的热负荷变化( 以% 表示 )。忽略物性参数的变化。(3) 冷却水温度升高后，有人建议将冷却水流率加倍，问此时的热负荷及冷却水出口温度与未升高时相比如何，计算出热负荷增加或减少的百分数。华东理工大学 1998，20 分槽内盛有 20 吨重油，拟用图示装置在 4 小时内将其从 20 加热至 80 ，加热介质为 120 的饱和水蒸汽，在加热过程中，传热系数的平均值为，加热器的换热面积为 12 m2，泵的输送量为 ，重2350/()WmK 50/Wkgh油的比热容 。试求换热器应具有多大的换热面积才能满足要求？.0/pckJg(槽内重油因搅拌而温度均一，忽略热损失)。(19.7 m 2 )
