【正文】 。℃) m1Cp1== kJ/(s℃) ；m2Cp2== kJ/(s℃) ∵ m1Cp1m2Cp2， ∴油為最小值流體。 NTUh=KA/(m1Cp1)=42510/1890=， Cr= 得： εh= （2）求水量增加20%時水出口溫度 根據題意此時K值近似不變，故NTUh可以認為不變； C39。R=m1Cp1/(m39。2Cp2)=()= 查得 ε39。==(T1T39。2)/T1t1)=(175T39。2)/(17535) 解得 T39。2= ℃ 由 Q=m1Cp1(T1T39。2)=m39。2Cp2(t39。2t1) ()=(t39。235) 解得 t39。2= ℃ 解： 油為熱流體 WhCph=270= kJ/(h℃) 水為冷流體 WcCpc=360= kJ/(h℃) ∵WhCphWcCpc， ∴油為最小值流體。 Cr=WhCph/WcCpc=270(360)=NTU=KA/(WhCph)=(3742)/(2701000/3600)= ε=(1exp[()])/{[()]}= 由 ε= (T1T2)/T1t1)=(100T2)/(10010)= 解得T2= ℃ 由 Q=WhCph=WcCpc=270()=360(t210) 解得 t2= ℃ 解： WhCph/WcCpc= (t2t1)/( T1T2)=(6040)/(10080)=1，即Cr=1 于是 ε=[1exp(2NTU)]/2 NTU=KA/WhCph=(T1T2)/△tm △tm=(6020)/ln(60/20)= ℃； NTU=20/= 代入ε式求得 ε=[1exp(2)]/2= 當并流改為逆流時，A、K不變(題設)，故NTU不變，于是： ε= NTU/(1+ NTU)=(1+)= ε=(T1T39。2)/(T1t1)= (T39。2為逆流時熱流體出口溫度) ε=(100T39。2)/(10040)=； 得 T39。2=10060= ℃ 逆流熱量衡算式為： WhCph(T1T39。2)=WcCpc(t39。2t1) WhCph=WcCpc，故 ()=(t39。240)； 解得 t39。2= ℃ 解： 當忽略管壁及污垢熱阻時 K=1/[1/α1+1/α2]=α1α2/(α1+α2)=405000/(40+5000)= W/(m2℃) 由于α1α2，故應設法增大α2值。 在管程允許的壓力降范圍內增大空氣的流量，則 α39。2==40=80 W/m2 ℃ K39。=805000/(80+5000)= W/(m2℃) K39。/K= 若將α1增大一倍：α39。1=10000 W/(m2℃) K39。39。=4010000/(40+10000)= W/(m2℃) K39。39。/K=≈1 解： （1）WhCph(T1T2) =(t2t1) ∴ 10000(560T2)= 10000(430300) 解得 T2= ℃ （2） Q= WhCph( T1T2)=(10000/3600)103()=106 W △tm=[(560430)()]/ln[(560430)/()]=126 ℃ ∴ K=Q/(A△tm )= 106/(90126)= W/(m2℃) 解： 不可行，原因是： 流量不變 d2u=常數，當管徑增加時， u∝1/d2， α∝ d增加A增加 A∝d 綜合以上結果，αA∝1/，管徑增加，αA減少 根據 WcCpc(t2t1)=kiAi△tm =αAi(t2t1)/ln[(twt1)/(twt2)] WcCpc=αAi/ln[(twt1)/(twt2)]， ∵ αA↓，則 (twt1)/(twt2)↓ ∴ t2↓ 解： （a）高溫的飽和蒸汽冷凝加熱冷流體，使其溫度升高 △tm=(△t1△t2)/ln(△t1/△2)= [(Tt1)(T t2)]/ln[(Tt1) /(T t2)] （b）高溫的飽和蒸汽冷凝加熱某液體，使其沸騰 △tm=Tt （c）熱流體和冷流體逆流換熱，熱流體放出顯熱，沿傳熱面方向溫度降低；冷流體吸收顯熱，沿傳熱面方向，溫度升高。 △tm=(△t1△t2)/ln(△t1△t2) =[(T1t2)(T2 t1)]/ln[(T1t2) /(T2 t1)] 解： （1）WhCph(T1T2)=WcCpc(t2t1)∴ 3500(10060)=Wc(5040) 解得 Wc=7990 kg/h （2）△tm逆=[(T1t1)(T2 t2)]/ln[(T1t1)/(T2 t2)]= [(10050)(6040)]/ln(50/20)= ℃ △tm并=[(T1t2)(T2 t1)]/ln[(T1t2)/(T2 t1)]= [(10040)(6050)]/ln(60/10)= ℃ Q=KA△tm = WhCph(T1T2)= 3500(10060) =105 kJ/h ∴ A逆= Q/ K△tm逆=105/[(2000/1000)3600]= m2 A逆=πdoL逆 ∴ L逆= A逆/(πdo)= ()= m 同理，A并= Q/ K△tm并=105/[(2000/1000)3600]= m2 ∴ L并= A并/(πdo)= ()= m 解： Q =WhCph(T1T2)=WcCpc(t2t1) t2= WhCph(T1T2)/ (WcCpc)+ t1=5000(500200)/(4000)+30=393 ℃ （1）Q= WhCph(T1T2)= (5000/3600)103(500200)=106 W A=nπd1L=5016=236 m2， △tm=[(T1 t2)+(T2 t1)]/2=[(500393)+(20030)]/2=139 ℃ K=Q/(A△tm)=106/(236139)= W/(m2℃) （2）因為并流操作時，應有T2t2，由前熱衡算知，當T2=200 ℃時，t2=393 ℃T2，所以并流操作時，T2不可能達到200 ℃。 解： 原條件下： Q1=rWh1=K1A△tm1=WcCpc(t2t1) （1） △tm1=[(T t1)+(T t2)]/2= [(11030)+(11045)]/2= ℃ K1≈α氣1 空氣流量增加一倍時，空氣出口溫度為t39。2，則 Q2=rWh2=K2A△tm2=2WcCpc(t39。230) （2） K2≈α氣2 α氣2/α氣1=(u2/u1)==，即K2/ K1= △tm2=[(T t1)+(T t39。2)]/2= [(11030)+(110t39。2)]/2=95t39。2/2（1）/（2），有： K1A△tm1/(K2A△tm2)=WcCpc△t1/[2WcCpc(t39。230)] [(95t39。2/2)]=15/[2(t39。230)] 解得：t39。2= ℃ 所以加熱蒸汽用量增加倍數： Wh2/ Wh1=2WcCpc ()/(WcCpc15)= 解： （1）△tm=(△t1△t2)/ln(△t1/△t2)=[(12080)(12095)]/ln(40/25)= ℃ Q= WcCpc(t2t1)=(361000/3600)4200(9580)=630103 W A=Q/(K△tm)=630103/(2800)= m2 A=nπd(2L)=302L= m2 L=≈ m （2） (do/di)R1=1/K污1/K凈 1/K污=25/20+1/2800=+= ∴ K污=2128 W/(m2℃) Q39。= WcCpc(t39。2t1)=K污A△tm (361000/3600)4200(t39。280)=2128[(12080)(120t39。2)]/ln[(12080)/(120t39。2)] =(t39。280)/ln[40/(120t39。2)] ln40ln(120t39。2)=，解得 t39。2=92 ℃ 可采取措施：（1）提高加熱蒸汽溫度(調節(jié)加熱蒸汽壓力) （2）清除污垢。 解： （1）Q1= WhCph(T1T2)=1200(200100)=240000 kJ/h Q2= WcCpc(t2t1)=Q1 t2=t1+Q1/(WcCpc)=10+240000/(1000)= ℃ △tm=(△t1△t2)/ln(△t1/△t2)=[()(10010)]/ln()=110 ℃ 1/K1=1/α1+(1/α2)(d1/d2)=1/250+(1/2000) (25/20)= m2℃/W K1= W/(m2℃) A1=Q1/(K△tm)=240000103/(3600110)= m23 m2 故該換熱器合用。 （2）t39。1=30 ℃時 t39。2= t39。1+Q1/(WcCpc)=30+240000/(1000)= ℃ △t39。m=(△t39。1△t39。2)/ln(△t39。1/△t39。2)= [()(10030)]/ln()= ℃ A39。1= Q1/(K△t39。m)=240000103/(3600)= m23 m2 所以該換熱器已不適用。 解決辦法：可以調大水量，使t2↓，從而△tm↑。 解： 由題意知：K≈αi ，αi∝ 現空氣流量增加20%，若仍使用原換熱器進行操作，則必須提高加熱蒸汽溫度(即壓強)才能完成任務。 P提高后 α39。i/αi =()= 由傳熱速率方程 Q=KA△tm≈αiA△tm 原工況時： △tm=(△t2△t1)/ln(△t2/△t1)=[(11520)(11580)]/ln(95/35)= ℃ ∴ Q≈ 流量增大后： Q39。=K39。A△t39。m≈α39。iA△t39。m=△t39。m== 等式兩邊消去αiA，于是：△t39。m=℃△t39。m=(△t39。2△t39。1)/ln(△t39。2/△t39。1)=[(T39。20)(T39。80)]/ln((T39。20)/(T39。80))= ℃ 解得 T39。= ℃ 查附錄知， kgf/cm2即可完成任務。 解： （1）求傳熱面積A 由熱量衡算求冷卻水出口溫度t2 Q=rWh=WcCpc(t2t1) 3602000=4500(t215) 解得 t2= ℃ △tm=[(T t1)+(T t2)]/2= [(11015)+()]/2=(95+)/2= ℃ 1/K=1/αo+(1/αi)(do/di)=1/10000+(1/1500)(57/50)= m2℃/W 解得 K= W/(m2℃) A=Q/(K△tm)=(3601032000/3600)/()= m2 （2）當水初溫升至20 ℃時，且水量增加一倍時 新工況下：t39。1=20 ℃，W39。c=2Wc=9000 kg/h，α39。i/αi =(u)== 設新工況下的總傳熱系數為K39。，則 1/K39。=1/αo+(1/α39。i)(do/di)=1/10000+[1/(1500)](57/50)= m2℃/W 解得 K39。= W/(m2℃) 用ε─NTU法求t39。2 ε=(t39。2t1)/(T1t1)=1exp(NTU) NTU=K39。A/(W39。cCpc)= [(9000/3600)103]= ∴ (t39。220)/(11020)=1exp() 解得 t2=50 ℃ 新工況下冷凝蒸汽量W39。h=Q39。/r=9000103(5020)/ (360103)=3135 kg/h2000kg/h 故原換熱器能完成每小時冷凝2000 kg甲苯蒸汽的任務。 解： （1）Q= WcCpc(t2t1) =(151000/3600)103(5020)=105 W； △tm=[(T t1)+(T t2)]/2= [(13020)+(13050)]/2=95 ℃ Ko=1/[1/αo+ (d/λ)(do/dm) +(1/αi)(do/di)] =1/[1/10000+()()+(1/700)()]= W/(m2℃) （2）Vc=Wc/ρc=(151000/3600)/858= m3/s Ai=Vc/u= n=4Ai/(πdi2)=4()=31根； Ao=Q/(Ko△tm)= 105/(95)= m2 L= Ao/(nπdo)=(31)= m，可取為2 m。 （3）因為管程流速小，α也小，故應強化管程