정답이 있는 열교환기 (LMTD) 학습지

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이름: ____________________ 날짜: ____________

1.쉬움

고온 기름(2 kg/s, c_p = 2.5 kJ/(kg·K))이 향류 열교환기에서 110 °C에서 70 °C로 냉각된다. 이 기름은 15 °C로 들어오는 물 1 kg/s(c_p = 4.18 kJ/(kg·K))를 가열한다. 주위로의 열손실은 없다. 물의 출구 온도 T_c,out을(를) 구하시오.

ṁ_h = 2 kg/sc_p,h = 2.5 kJ/(kg·K)T_h: 110 → 70 °Cṁ_c = 1 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 15 °C

T_c,out = °C

2.쉬움

병류 열교환기에서 고온 유체는 160 °C에서 145 °C로 냉각되고 저온 유체는 20 °C에서 100 °C로 가열된다. 대수 평균 온도차 ΔT_lm을(를) 구하시오.

T_h: 160 → 145 °CT_c: 20 → 100 °C

ΔT_lm = K

3.보통

향류 열교환기가 30 kW를 전달한다. 전열 면적은 2.5 m²이다. 고온 유체는 165 °C에서 120 °C로 냉각되고 저온 유체는 30 °C에서 135 °C로 가열된다. 총괄 열전달 계수 U을(를) 구하시오.

Q̇ = 30 kWA = 2.5 m²T_h: 165 → 120 °CT_c: 30 → 135 °C

U = W/(m²·K)

4.보통

응축기에서 증기가 관 바깥쪽에서 일정한 120 °C로 응축된다. 냉각수(3 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K))가 관 안을 흐르며 10 °C에서 30 °C로 가열된다. 총괄 열전달 계수는 1000 W/(m²·K)이다. 필요한 전열 면적 A을(를) 구하시오.

T_s = 120 °Cṁ = 3 kg/sc_p = 4.18 kJ/(kg·K)T_c: 10 → 30 °CU = 1000 W/(m²·K)

A = m²

5.어려움

향류 이중관 열교환기에서 고온 기름(0.2 kg/s, c_p = 2.3 kJ/(kg·K))이 내관을 흐르며 140 °C에서 55 °C로 냉각된다. 환형 공간의 물(0.8 kg/s, c_p = 4.18 kJ/(kg·K))은 20 °C로 들어간다. 내관의 지름은 32 mm이며 U = 500 W/(m²·K)는 이 지름을 기준으로 한다. 필요한 관 길이 L을(를) 구하시오.

ṁ_h = 0.2 kg/sc_p,h = 2.3 kJ/(kg·K)T_h: 140 → 55 °Cṁ_c = 0.8 kg/sT_c,in = 20 °CD = 32 mmU = 500 W/(m²·K)

L = m

6.어려움

뜨거운 기름(1.5 kg/s, c_p = 2.3 kJ/(kg·K))이 대향류 열교환기에서 80에서 50 °C까지 냉각된다. 기름은 25 °C로 들어오는 물 3 kg/s(c_p = 4.18 kJ/(kg·K))을(를) 가열한다. U = 1500 W/(m²·K)일 때 필요한 전열 면적 A을(를) 구하시오.

ṁ_h = 1.5 kg/sc_p,h = 2.3 kJ/(kg·K)T_h: 80 → 50 °Cṁ_c = 3 kg/sc_p,c = 4.18 kJ/(kg·K)T_c,in = 25 °CU = 1500 W/(m²·K)

A = m²

정답표

1. T_c,out = 62.85 °C
2. ΔT_lm = 83.7 K
3. U = 219.7 W/(m²·K)
4. A = 2.516 m²
5. L = 11.99 m
6. A = 1.986 m²

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