정답이 있는 열교환기 (LMTD) 학습지

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이름: ____________________ 날짜: ____________

1.쉬움

고온 기름(1.5 kg/s, c_p = 2.3 kJ/(kg·K))이 향류 열교환기에서 135 °C에서 90 °C로 냉각된다. 이 기름은 10 °C로 들어오는 물 0.8 kg/s(c_p = 4.18 kJ/(kg·K))를 가열한다. 주위로의 열손실은 없다. 물의 출구 온도 T_c,out을(를) 구하시오.

ṁ_h = 1.5 kg/sc_p,h = 2.3 kJ/(kg·K)T_h: 135 → 90 °Cṁ_c = 0.8 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 10 °C

T_c,out = °C

2.쉬움

대향류 열교환기에서 고온 유체는 140에서 65 °C까지 냉각되고 저온 유체는 20에서 85 °C까지 가열된다. 대수 평균 온도 차 ΔT_lm을(를) 구하시오.

T_h: 140 → 65 °CT_c: 20 → 85 °C

ΔT_lm = K

3.보통

대향류 열교환기가 90 kW을(를) 전달한다. 고온 유체는 140에서 50 °C까지 냉각되고 저온 유체는 30에서 80 °C까지 가열된다. 총괄 열전달 계수는 200 W/(m²·K)이다. 필요한 전열 면적 A을(를) 구하시오.

Q̇ = 90 kWU = 200 W/(m²·K)T_h: 140 → 50 °CT_c: 30 → 80 °C

A = m²

4.보통

셸 앤드 튜브 열교환기(셸 1패스, 튜브 2패스)가 380 kW를 전달해야 한다. 고온 유체는 135 °C에서 65 °C로 냉각되고 저온 유체는 25 °C에서 75 °C로 가열된다. 이 배치의 LMTD 보정 계수는 F = 0.95이고 U = 300 W/(m²·K)이다. 필요한 전열 면적 A을(를) 구하시오.

Q̇ = 380 kWF = 0.95U = 300 W/(m²·K)T_h: 135 → 65 °CT_c: 25 → 75 °C

A = m²

5.어려움

전열 면적 8 m², U = 3000 W/(m²·K)인 응축기의 관 바깥쪽에서 증기가 일정한 120 °C로 응축된다. 냉각수(3 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K))는 10 °C로 관에 들어간다. 물의 출구 온도 T_c,out을(를) 구하시오.

T_s = 120 °CA = 8 m²U = 3000 W/(m²·K)ṁ = 3 kg/sc_p = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 10 °C

T_c,out = °C

6.어려움

향류 이중관 열교환기에서 고온 기름(0.3 kg/s, c_p = 2.3 kJ/(kg·K))이 내관을 흐르며 155 °C에서 125 °C로 냉각된다. 환형 공간의 물(0.2 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K))은 20 °C로 들어간다. 내관의 지름은 20 mm이며 U = 300 W/(m²·K)는 이 지름을 기준으로 한다. 필요한 관 길이 L을(를) 구하시오.

ṁ_h = 0.3 kg/sc_p,h = 2.3 kJ/(kg·K)T_h: 155 → 125 °Cṁ_c = 0.2 kg/sT_c,in = 20 °CD = 20 mmU = 300 W/(m²·K)

L = m

정답표

1. T_c,out = 56.43 °C
2. ΔT_lm = 49.83 K
3. A = 12.36 m²
4. A = 27.03 m²
5. T_c,out = 103.8 °C
6. L = 10.21 m

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