1换热器的串联与并联换热器的串联与并联 http://210.44.195.12/tsuhg/hgyl/edit/Uploadfile/200958103750815.doc 换热器的串并联.doc - 210.44.195.12 1. 串联换热器串联换热器 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 Co和93 Co，冷流体的进、出口温度分别为25 Co和65 Co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 解：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 12211221()()(13865)(9325)70.513865lnln9325mTtTttCTt Tt−−−−−−∆==−− −−ot2 (a)t1 T2 t2 T1 A B t T T2 t1 T1 A B (b)t1 T2 t1 T1 A B (c)2由热量衡算式得 1121221265250.88913893ppWctt W cTT−−===−−由传热速率方程 1211138930.63970.5pmTTKS Wct−−===∆(1) 按附图(a)的流程操作，相当于传热面积增大一倍，即'2SS=，而12,W W和K不变则 热量衡算方程 11211222'0.889'ppW ctt TTW c−==−(1) 传热速率方程式 12111'(2 )2 0.6391.278pmTTKS Wct−==×=∆121212211121122221''1ln1.278(')(')'1'ln'ppTTTt TtTtWcTt TtW c Tt−−==−−−−−− −1221'1.152'Tt Tt−=−(2) 联立求解式(1)、(2)得 22'72.6,'83.1TC tC==oo组合后的平均推动力为 12 1 11'13872.651.2(2 )/1.278m pTTtCKSWc−−∆===o(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 1111220.889ppW ctt TTW c−==−(3) 1111111221ln0.639 1ppmApTTTtKS WcWctTt W c−−===∆−+113.344Tt Tt−=−(4) 联立求解式(3)、(4)可得 396.1,62.3TC tC==oo换热器 A 的平均推动力为 11113896.165.6/0.639mA pTTtCKS Wc−−∆===o设冷、热流体在换热器B出口处的温度为2't和2'T，则 112222'0.889'ppW ctt TTW c−==−(5) 221111222''1ln0.639'1ppmBpTTTtKS WcWctTt W c−−===∆−−22'1.074'Tt Tt−=−(6) 联立求解式(5)、(6)得 2'82.6TC=o' 274.3tC°= 换热器的平均推动力 211'96.1 82.621.1/0.639mB pTTtCKS Wc−−∆===o设组合后的平均推动力' mt∆，则 2(2 )mmAmBQKStKS tKS t=∆=∆+∆， '65.621.143.422mAmB mtttC∆+∆+∆===o(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'2SS=，12,W W和K不变，并热量衡算式和传热速率方程分别为 11211222'0.889'ppW ctt TTW c−==−(7) 1211111132222'(2 )1ln1.278''1ppmpTTTtKS WcWctTt W c−−===∆−+112211.18''Tt Tt−=−(8) 4联立求解式(7)、(8)得 22'83.5,'73.4TC tC==oo组合后的总平均推动力为 '1211'13883.542.6(2 )/1.278m pTTtCKSWc−−∆===o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. 并联换热器并联换热器 冷、热流体的总流量分别为1W与2W，进口温度分别为1T和1t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2 10.4/()kWmKα=⋅，冷流体走管程，给热系数2 22.0/()kWmKα=⋅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？ 解：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 212110.333/()1111 0.42.0KkWmkαα===⋅ ++对于并联组合， 120.889ppWcWc=110.639pKS Wc=2 12Wt 1 12WT1t 2T2 2Wt1 1 12WT⋅' 2t W2 ' 2t 2TBA 5热量衡算式 11 ' 21 ' 221220.8892ppWc tt W cTT−==−(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 '0.550.810.211/()11 0.50.40.52.0KkWm K==⋅ +××由传热速率方程式 ' 121 12mpTTK S Wtc−=∆其中 ''111122 0.221 0.6390.8460.333 2ppK SKKS WKWcc××=×== 所以 '' 1212 ' 1121221ln0.846(/2)1(/2)pmpTTTt WctTt Wc−−==∆−−' 12 ' 211.098Tt Tt−=−(2) 联立求解式(1)和(2)得 '0 284.9TC= '0 272.2tC= 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 ' 11121 112()13872.61.23138 84.92(2ppWcTTQ WQcTT−−串串‘并并－＝＝＝－）(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 6应用：应用： 北京理工大学北京理工大学 2004，，20 分，浙江大学分，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/pckJ kg K=⋅)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2/pckJ kg K=⋅)， 测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：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， 111121 2121 2212220.8 2()(12065)2062.110.5 4.18ppppW cW ctttTTtCW cTTW c−×=⇒=−+=−+=−×o11220.8 2.00.76560.5 4.18ppW cW c×==×(1) 传热推动力，12211221()()(12062.11)(6520)51.1712062.11lnln6520mTtTttCTt Tt−−−−−−∆===−− −−o(2) 传热速率方程， 1211120651.074851.17pmTTKS Wct−−===∆(3) 新工况下，由换热器的逆流操作可得 传热速率方程， 1211'1.0748'pmTTKS Wct−==∆水 B A 0t0T2T1T121,mt2t溶液附图 71212121221211121211212222112122121'''11lnln(')('')''''''11''ln''''1ln1.07481.28651 0.7656''''ppTTTtTt TtTtttWcTtTt TtTTW c TtTtTt TtTt−−−==−−−−−−−−−− −−−==⇒=−−−(4) 热量衡算， 11212212''0.7656'ppW ctt W cTT−==−(5) 联立(4)、(5)可得22'91.88,'27.53TC tC==oo华南理工大学华南理工大学 2005，，23 分分 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/(m2·K)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 华东理工大学华东理工大学 1998，，20 分分 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2350/()WmK⋅，加热器的换热面积为12 m2，泵的输送量为5000/Wkg h=，重油的比热容2.0/pckJ kg K=⋅试求换热器应具有多大的换热面积才能满足要求？(槽内重油因搅拌而温度均一，忽略热损失)19.7 m2 ) 。