换热器的串联与并联

1、换热器的串联与并联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138 C 0和93 C，冷流体的进、出口温度分别为25 C和65 C。现有另外一台完全相同的 000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)？按附图(1)所示流程操作，即串联组合，且每台换热器均为逆流流动；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；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

2、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Atm(T t ) (T t) (13865) (93 25)_1222乙jT tln 12-T t211 - 70.5 C1 138 65。ln93 25由热量衡算式得Wc1 P1W c 265 25 _0 889z：l 0.889T T 138 9312

3、由传热速率方程KS T T 138 93 2 0.639 咋 1At70.5(1)按附图(。)的流程操作，相当于传热面积增大一倍，即S = 2S ,和K不变。则热量衡算方程t2 11 W 0.889TT w 2 c 2传热速率方程式心M 2 x 0.639 -1.278W1S1Atm1T T (T t 5-Tt)1Tt21In 1T111 一 T t _ _ln _- 1.278Wc T tWc 212 p2联立求解式(1)、(2)得土工= 1.152 T2, tiT = 72.6 C, t、= 83.1 C138 一 W - 51.2 C1.278。组合后的平均推动力为At -T1 T2m1

4、 K (2 S)/Wc1 p1(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t和T，则对换热器A可以写热量衡算式和传热速率方程为KS T T WAt1 p1mA1T tln 1 0.639 .WcT t1 +1 p1Wc(4)联立求解式(3)、(4)可得T = 96.1 C, t = 62.3 C换热器A的平均推动力为At = Ti-T = i38一96=65.6 CmA KS / Wc 0.639。i pi(5)设冷、热流体在换热器B出口处的温度为t和T，则T - T；Wci piiAt| WTmBi piWc 2一 T -1 -ln-=0.639T-1T -1 义=

5、1.074 7,-1(6)联立求解式(5)、(6)得T = 82.6 Ct =74.C2换热器的平均推动力96.i - 82.6AtmBKS / Wci pi=2i.i C0.639。设组合后的平均推动力Atm，则Q = K (2 S) At 2 = KS At A + KS At B，Af =AtA +AtB =+ 2i.i = 43.4。m 2(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S* = 2 S，吗,吗和K不变，并热量衡算式和传热速率方程分别为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；联立求解式(7)、(8)得T，= 83.5 C,t2 = 73.4C组合后的总平均推动力为t =T-T2= 138一83.5 = 42.6 Cm K (2 S)/Wc1.278。1 p1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(Q )因两流体呈纯逆流流动，传热推动力即热流量最大；流程(8)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。并联换热器冷、热流体的总流量分别为吗与W2，进口温度分别为气和t1以及A、B两 换热器与串联换热器的相同。假

7、设在串联组合时，热流体走壳程，给热系数a 1 = 0.4kW /(m2 . K)，冷流体走管程，给热系数a 2 = 2.0kW /(m2 - K)。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?KSWc1 p1=0.639解：由串联换热器的计算结果可知Wcp1 = 0.889Wcp 2根据本题例所给的条件，可求出串联组合时的传热系数为K = 1 1 1 = 1 1 1 = 0.333kW /(m2 k)+ + 以 以 0.4 2.0对于并联组合，Wc1_P1热量衡算式匕一匕=0.889(1)T -T Wc1 25-若

8、壳程中设置多块25%圆缺形挡板，则并联组合时传热系数K =111=0. 2 kW m K )+0.50.5x0.4 0.5 0由传热速率方程式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联立求解式(1)和(2)得= 84.90Ct = 72.2 0C 2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=1.23(倍)0串= W% (T T中)=

9、13872.6 厂 2 % ；1；,E49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： HYPERLINK /blog/post/71.html /blog/post/71.html 版权所有5文章来源： HYPERLINK /blog/post/71.html /blog/post/71.html 版权所有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c = 4.18 kJ / kg - K ） 流过串联

10、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 TOC o 1-5 h z 比热c广2kJ /kg K ），测得该t溶液的出口温度为65 。现 队手（因故使进口水温降到6 C，水（A | -问：若保持其它进口条件不 Tt_2附图变，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，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)传热推动力，七（T 一七（1）= （120一他-（65-20）T -1 ln 叶T-11ln120 一 也65 - 20=51.17 C (2)传热速率方程， K二120 - 65 1.0748Wc 1 At 51.17新工况下，由换热器的逆流操作可得传热速率方程，WF=呼t07481 p1mT -T _1 T -t 1(t-t1 -(T ，) tf-1 *ln产-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)热量衡算，0.7656(5)吧气 _ t-t_Wc 2 _ T - T-联立(4)、(5)可得 T = 91.88 C,t2 = 27.53 C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 r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/（m2.K）o水的比热可取为 4.19 kJ/（kg：c）,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 c，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,