换热器的串与并联.doc

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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。(a)t1T2t2T1ABtTT2t1T1AB(b)t1T2t1T1AB(c)t2解：分析：关于换热的计算，

2、本质为热量衡算、温差计算和传热系数计算式的综合应用。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由热量衡算式得由传热速率方程(1)按附图(a)的流程操作，相当于传热面积增大一倍，即，而和不变。则热量衡算方程(1)传热速率方程式(2

3、)联立求解式(1)、(2)得组合后的平均推动力为(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(3)(4)联立求解式(3)、(4)可得换热器A的平均推动力为设冷、热流体在换热器B出口处的温度为和，则(5)(6)联立求解式(5)、(6)得换热器的平均推动力设组合后的平均推动力，则，(3)按附图(c)的流程操作，相当于并联操作，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(7)(8)联立求解式(7)、(8)得组合后的总平均推动力为从三种流程的计算结果可以看出，在冷，热流体

4、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，进口温度分别为和以及A、B两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？t1W2BA解：由串联换热器的计算结果可知A根据本题例所给的条件，可求出串联组合时的传热系数为对于并联组合，热量衡算式

5、(1)若壳程中设置多块25％圆缺形挡板，则并联组合时传热系数由传热速率方程式其中所以(2)联立求解式(1)和(2)得在逆流操作时，串联组合与并联组合得总热量比(参见串联传热)为(倍)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。应用：北京理工大学2004，20分，浙江大学1997水BA溶液附图如附图所示，流量为0.5kg/s、温度为20℃的水(其比热)流过串联的两台列管式换热器，以冷却流量为0.8kg/s、温度为120℃的某溶液(其比热)，测得该溶液的出

6、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热量衡算，(1)传热推动力，(2)传热速率方程，(3)新工况下，由换热器的逆流操作可得传热速率方程，(4)热量衡算，(5)联立(4)、(5)可得华南理工大学2005，23分用一套管式换热器将流量为2000kg/h的甲苯饱和蒸气(110℃)冷凝为饱和

7、液体，甲苯的气化热为363kJ/kg。冷却水在16℃及5000kg/h的流量进入套管内管(内径50mm)作强制湍流流动，其传热膜系数为1740w/(m2·K)。水的比热可取为4.19kJ/(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

8、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12