傳熱學(xué)第四版課后題答案第十章知識(shí)講解

1、傳熱學(xué)第四版課后題答案第十章第十章思考題1、所謂雙側(cè)強(qiáng)化管是指管內(nèi)側(cè)與管外側(cè)均為強(qiáng)化換熱表面得管子。設(shè)一雙側(cè)強(qiáng)化管用內(nèi) 徑為di、外徑為do的光管加工而成，試給出其總傳熱系數(shù)的表達(dá)式，并說明管內(nèi)、外 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算面積。答：由傳熱量公式：_t1_1In （d0/dj1hi di i i2ho do oo得以管內(nèi)表面為基準(zhǔn)得傳熱系數(shù)：1d1 In(do /d1)d1hodo管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)得計(jì) 算面積為d1 1管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)得計(jì)算面積為d° o2、在圓管外敷設(shè)保溫層與在圓管外側(cè)設(shè)置肋片從熱阻分析的角度有什么異同？在什么情 況下加保溫層反而會(huì)強(qiáng)化其傳熱而肋片反而會(huì)削弱其傳熱？答：在

2、圓管外敷設(shè)保溫層和設(shè)置肋片都使表面換熱熱阻降低而導(dǎo)熱熱阻增加，而 一般情況下保溫使導(dǎo)熱熱阻增加較多，使換熱熱阻降低較少，使總熱阻增加，起到削 弱傳熱的效果；設(shè)置肋片使導(dǎo)熱熱阻增加較少，而換熱熱阻降低較多，使總熱阻下 降，起到強(qiáng)化傳熱的作用。但當(dāng)外徑小于臨界直徑時(shí)，增加保溫層厚度反而會(huì)強(qiáng)化傳 熱。理論上只有當(dāng)肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積小于1時(shí)，肋化才會(huì)削弱傳熱。3、重新討論傳熱壁面為平壁時(shí)第二題中提出的問題。加肋是否起強(qiáng)化傳熱的作1。答：傳熱壁面為平壁時(shí)，保溫總是起削弱傳熱的作用, 用還是取決于肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積是否人于4、推導(dǎo)順流或逆流換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算式時(shí)做了一些什么假設(shè)，這些

3、假設(shè)在 推導(dǎo)的哪些環(huán)節(jié)中加以應(yīng)用？討論對(duì)大多數(shù)間壁式換熱器這些假設(shè)的適用情形。5、 對(duì)于 qm1c1 qm2C2、qm1C1 qm2C2 及 4耐& qm2C2三種情形，畫出順流與逆流 時(shí)冷、熱流體溫度沿流動(dòng)方向的變化曲線，注意曲線的凹向與qmC相對(duì)大小的關(guān)系。6、進(jìn)行傳熱器設(shè)計(jì)時(shí)所以據(jù)的基本方程是哪些？有人認(rèn)為傳熱單元數(shù)法不需要用到 傳熱方程式，你同意嗎？答：換熱器設(shè)計(jì)所依據(jù)的基本方程有：qmQ（t1 t1 ） qm2C2（t2 t? ） KA tm傳熱單元法將傳熱方程隱含在傳熱單元和效能之中。7、在傳熱單元數(shù)法中有否用到推導(dǎo)對(duì)數(shù)平均溫差時(shí)所做的基本假設(shè)，試以順流換熱 器效能的計(jì)算式

4、推導(dǎo)過程為例予以說明。答：傳熱單元數(shù)法中也用到了推導(dǎo)平均溫差時(shí)的基本假設(shè)，說明略o8、什么叫換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算，什么叫校核計(jì)算？答：已知流體及換熱參數(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)新的換熱器的過程叫做設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)已有的 換熱器，根據(jù)流體參數(shù)計(jì)算其換熱量和流體出口參數(shù)的過程叫做校核計(jì)算。9、在進(jìn)行換熱器的校核計(jì)算時(shí)，無論采用平均溫差法還是采用傳熱單元數(shù)法都需要 假設(shè)一種介質(zhì)的出口溫度，為什么此時(shí)使用傳熱單元數(shù)法較為方便？答：用傳熱單元數(shù)法計(jì)算過程中，出口溫度對(duì)傳熱系數(shù)的影響是通過定性溫度來 體現(xiàn)的，遠(yuǎn)沒有對(duì)平均溫差的影響大，所以該法用于校核計(jì)算時(shí)容易得到收斂的計(jì)算 結(jié)果。10、試用簡明語言說明強(qiáng)化單相強(qiáng)制對(duì)流換熱、核

5、態(tài)沸騰及膜狀凝結(jié)的基本思想。答：無相變強(qiáng)制對(duì)流換熱的強(qiáng)化思路是努力減薄邊界層強(qiáng)化流體的擾動(dòng)與混 合；核態(tài)沸騰換熱的強(qiáng)化關(guān)鍵在于增加汽化核心數(shù)；膜狀凝結(jié)換熱強(qiáng)化措施是使液膜 減薄和順利排出凝結(jié)液。11、在推導(dǎo)換熱器效能的計(jì)算公式時(shí)在哪些環(huán)節(jié)引入了推導(dǎo)對(duì)數(shù)平均溫差時(shí)提出的四 個(gè)假設(shè)？習(xí)題 10-1、在一氣氣套管式換熱器中，中心圓管的內(nèi)外表面都設(shè)置了肋片，試用下表所列符 號(hào)導(dǎo)出管內(nèi)流體與環(huán)形夾層中流體之間總傳熱系數(shù)的表達(dá)式。基管的導(dǎo)熱系數(shù)為解：由熱量公式，單位 管長傳熱量:1_hi Ai hiAfi it丄d2rih0Ar 0 h0 Af 0t fi.0Inhi Ati0i 1 2ritf 0r。(

6、1)式中，內(nèi)側(cè)肋面總效率外側(cè)肋面總效率:h0At00i00AtiAfi 0AtiAr0Af。 0Af 0對(duì)外側(cè)總面積而言的傳熱系數(shù)k,則有：hi Atioiri1h0 0010-2、已知：一有環(huán)肋的肋片管、水蒸氣再管內(nèi)凝結(jié)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為12200W/( m由(1)( 2)兩式得: *K)空氣橫向掠過管外，按總外表面面積計(jì)算的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為72.3 W/( m*K)。肋片管基管外徑為25.4mm,壁厚2mm，肋高15.8mm，肋厚0.318mm，肋片中心線間距為2.5mm。基管與肋片均用鋁做成，入=169W/ (m*K)。求：當(dāng)表面潔凈無垢時(shí)該肋片管的總傳熱系數(shù)。解：k11 AoAn1h0 A

7、1Amh2 02 2Aodo(s ) 2 (ria )3.1416 25.4 (2.5 0.381)2 3.1416(12.7 15.8 0.381/2)212.72169.1 4158.5 4327.6 mm2A d1l 3.1416 21.4 2.5 168.1mm2參數(shù)：(h)1.5 (上)0.50.536A1仃22.26由圖215查得：0 78A do 1 25 h di 4300 20f A20.789f0A0故得：2k 50.2W/(m *k)10-3、一臥式冷凝器采用外徑為25mm,壁厚1.5mm的黃銅管做成熱表面。已知管外冷凝側(cè)的平均傳熱系數(shù)2h°5700W/(m K

8、)，管內(nèi)水側(cè)平均的表2面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi 4300W/(m K)。試計(jì)算下列兩種情況下冷凝器按管子外表面 面積計(jì)算的總傳熱系數(shù)(1) 管子內(nèi)外表面均是潔凈的(2) 管內(nèi)為海水，流速大于 1m/s，結(jié)水垢，平均溫度小于 50°C,蒸汽側(cè)有油。 解：1/h0 1/5700 1.7543 10 4m2 K/W422.643 10 4m2 K/W由參考文獻(xiàn)1,表9T查得:海水污垢系數(shù) Rfi 0.0001m2 K /W蒸汽含油污垢系數(shù) Rfo 0.0002m2 K /W黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)=109W/m K(1)管子內(nèi)外表面均是潔凈 時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)kohoFindhi di22200.9W/m K1.7

9、453 102 1092042.63 10(2)管子內(nèi)外表面結(jié)垢后的傳熱系數(shù)k0w1k°Rf 0Rfid°di0.00022200.9250.0001 21302.1W/m K20ARe流動(dòng)截面積d124ud10.785 0.0342909679.075 10 4m2,u11.763m/sh采用式(5-54),0.80.40.023 Re Pr d27144w/(m * k)10-4、已知：一套管式換熱器長 2m，外殼內(nèi)徑為 6cm,內(nèi)管外直徑為 4m,厚3mm。內(nèi)管中流過冷卻水，平均溫度為 40 C,流量為0.0016 m2 /s。14號(hào)潤滑油以平均溫度 70 C流過環(huán)行

10、空間，流量為 0.005 m /s。冷卻水系統(tǒng)處理的冷卻塔水，管壁材料為黃銅。求：內(nèi)外壁面均潔凈及長時(shí)間運(yùn)行結(jié)垢后的總傳熱系數(shù)值。解：水側(cè)h1的計(jì)算6 240C 時(shí),0.635W/(m*k),v0.659 10 m /s,pr 4.31油側(cè)ho的計(jì)算流動(dòng)的截面積：A2 7(d22 d12) 57 10 3m2U2 空 3.185m/s,A2620.1439w/(m* k),v 34.3 10 m /s,Pr 444U2 d12d 1 /3 U f 0 14Re 口 1857,h01.86 (RePr)( -) .vdl Uwlw近似的取為40C，則：34.3 863.2 10 6kg/(m*s

11、)uw 880.7 124.4 10 6kg /(m* s),uf于是h1.86 (0.1439) (1857 4440.020.02)2/32 )( 34.3 863.2 )(880.7 124.2)0.14224.8w/(m2*k)利用此值重新確定管壁溫度，略去壁面熱阻不計(jì)，則內(nèi)側(cè)熱阻在總熱阻中的比值為:0.0356R1 R0tw tl (70 40) 0.0356 41.1,uw 119.43 880.11重新計(jì)算得：h1225.6w/(m2k)因而內(nèi)外壁都干凈時(shí)，k0218w/(m2 k)油，水側(cè)均結(jié)垢時(shí)，取 0°.°002, 1°.0002k0則| 21

12、73w/(mk).1/h 0 (1/h11)d,d210-5、已知：一種用于制冷劑凝結(jié)換熱的雙側(cè)強(qiáng)化管用直徑為19、16.4mm的胚管加工而成，長1.0m。在一次試驗(yàn)中測得冷卻水進(jìn)出口溫度分別為24.6 C及29.2 C,平均水速為0.91m/s,按胚管尺寸計(jì)算的管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為1.82x 104W/(m 2*K),管外凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為1.25 x 104 W/(m 2*K),管材為銅。求：按胚管外表面計(jì)算的總傳熱系數(shù)值。并分析管內(nèi)水側(cè)采用強(qiáng)化表面后的強(qiáng)化效果。k解：2 d1，取=400W/(m*k),則有:k6.369若管內(nèi)不強(qiáng)化，則按365103.495 108 106794.

13、1w/(m2* k).D-B 公式計(jì)算時(shí)：tf 27.2 c, v 0.8613 10 6m2/s,0.613w/(m* k), pr 5.87, Re 17327Nu 0.023 173270.8 5.870.4114.8, h 4292.7119內(nèi)側(cè)熱阻變?yōu)?292.716.42.699 10 4m2*k/w可見如不強(qiáng)化內(nèi)側(cè)熱阻要加大5倍左右。平均溫壓計(jì)算10-6、已知：順流與逆流布置。求：分別按 qm1C1>qm2C2及qm1C1<qm2C2兩種情況下，用溫度分布曲線說明對(duì)數(shù)平均溫差總 是小于相應(yīng)的算術(shù)平均溫度。解： 對(duì)順流換熱器，無論 qm1C1>qm2C2或qm1C

14、1<q m2C2,都只有如下一種圖形，只是冷、熱流體的 曲線斜率不同。g品ggq/i <q210-7、已知：逆流式套管換熱器，qmici = qm2C2，滿足推導(dǎo)對(duì)數(shù)平均溫差條件的前提。求：沿?fù)Q熱表面的局部熱流密度的變化規(guī)律。解：此時(shí)不同的截面上冷熱流的總溫差保持為常數(shù)，由于傳熱系數(shù)K也為常數(shù)，因而該換熱面已進(jìn)入均勻熱流密度的狀態(tài)。10-8、已知：一加熱器中用過熱水蒸氣來加熱給水(電廠中把送到鍋爐中去的水稱為給 水)。過熱蒸汽在加熱器中先被冷卻到飽和溫度，再凝結(jié)成水(雖然溫度不變，但是有相變熱)，最后被冷卻成過冷水，冷熱流體的總流向?yàn)槟媪?，熱流體單相介質(zhì)部分的 qmlCl<q

15、m2C2.求：畫出冷、熱流體的溫度變化曲線。解：10-9、已知ti 300 C，ti 210 C，t2 100 C, t2200 C ,試計(jì)算下列流動(dòng)布置時(shí)換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差：(1) 逆流布置；(2) 一次交叉，兩種流體均不混合；(3) 1 - 2型殼管式，熱流體在殼側(cè);(4) 2 4型殼管式，熱流體在殼側(cè);(5) 順流布置。解：(1)t1 t1210100 110trt1 t 2300200100t1 trtm110 100In (t1/tr ) 104.9 C ln (110/100)2001000.5300 1003002100.9200 100t 2t 2由參考文獻(xiàn)1，圖917查得=

16、 0.92tm 104.9 0.9296.5 C(3)由參考文獻(xiàn)1，圖915查得=0.85104.9 0.8589.2 C(4)由參考文獻(xiàn)1，圖9-16杳得=0.97tm104.90.97101.8 Ct1t1 t2300100200trt1 t221020010tmt1tr2001063.4 Ctmln(t1 /tr) ln (200/10)p 210 3000.45, R 100 2001.111解：(1) 1-2 型100 300210 30010-10、已知：一定的布置方式及冷、熱流體一定的進(jìn)出口溫度。求：熱流體在管內(nèi)側(cè)及在殼側(cè)的兩種安排對(duì)數(shù)平均溫差值有無差別？以上題中(3)(4)中情

17、形為例，設(shè)熱流體在管側(cè)，重新計(jì)算其對(duì)數(shù)平均溫差。從這一計(jì)算中例可得出怎 樣的推斷。杳圖 9-150.85, tm 104.9 0.8589.2 c(2) 2-4 型，P 0.45, R 1.11，由圖 9-16,0.97, tm 104.9 0.97101.8 c10-11、已知：初始溫度為t1的流體流入壁溫為t0=常數(shù)的平行板通道，通道長為I流體質(zhì)量為qm,比熱容為Cp,流體與平板間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h為常數(shù)。求證：流經(jīng)該通道后流體與平板間的換熱量為=q mcp(t0-t1)(1-e-2h/(q)證明：如圖示，對(duì)長為dx的微元段，可以列出以下熱平衡式：qmCpd(t° t) 2

18、h(t0 t)dx,令 t t°,2hx hdx,由此得Ce qmCp,x 0時(shí),則有qmCpitit0,得2hxqmcp le流體經(jīng)過長為 L的一段通道后的總換熱量等于出口截面上的焓減進(jìn)口處的焓，故 有：2hlqmcp lqmcplq mcplq mc p e2hlqmcptoti qmCp e 10在本題中主流方向的坐標(biāo)與一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱總參數(shù)分析中的時(shí)間坐標(biāo)相類似。10-12、已知：在已順流式換熱器中傳熱系數(shù)k=a+b t其中a、b為常數(shù)， t為任一截面上的周期誤求證；該換熱器的總傳熱量為，其中k' k-分別為入口段與出口段的傳熱系數(shù)。證明:k a b t',k”

19、k” r k t”b t-,聯(lián)立解得at廠，將此式從b t代人d tuk-j+tdA 見教材 P325，得: 一udAx.a b tA=0到A做積分，得:1|n ta a b ttt-丄Int/a b七即 at-/a b t-uAx將此式應(yīng)用于換熱器流體出口處，即Ax=A處并將a的表達(dá)式代入，得:tt” k t"-1 n -k" t' k- t”k- t-另一方面按u的定義有：uAuqm1C1qm2C2titit2”t2(tt2) (tt2) t t”A kk"將此式代入上式，整理之，即得:In k- - t- /(k- t-)。換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算10-13、

20、臺(tái)1 - 2型殼管式換熱用來冷卻11號(hào)潤滑油。冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，2t2 20 C， t250 C，流量為 3kg/s;熱油入口溫度為 6O0c, k 350W /(m K)。試計(jì)算：(1)油的流量；(2)所傳騠遞熱量；(3)所需的傳熱面積。解: (1)查得潤滑油及水的比熱 分別為c1 2148J / kg C,c2 4174J /kg C Tm?。？乜 3 4174 (50 20)4.37kg/S則qm1Ciqm2C2 t2t132148 (1004174 (50 20)60)375.66KWtit1t2602040 Ctrt1tmt2t1 tr100504050 CIn(t1/tr) In(

21、40/50)型 44.8j竺空0.375 t1 t2100 20PR 1.333 0.3750.5由參考文獻(xiàn)1，t1 t1tm= 44.8A - k tm1/R圖915查得0.940.32 C3375.66 10350 40.321/1.333t2 t20.75竺宜1.33350 20= 0.926.62m210-14、一個(gè)殼側(cè)為一程的殼管式換熱器用來冷凝 凝18kg蒸汽。進(jìn)入換熱器的冷卻水的溫度為2k 84W/(m K)，問所需的傳熱面積是多少?的飽和水蒸氣，要求每小時(shí)內(nèi)冷250C，離開時(shí)為35°C。設(shè)傳熱系數(shù)為7 355Pa解：由水的飽和壓力表 查得：ts 39.87 C，r 2

22、407.3KJ / kgqm r18 2407.3 103/3600 12036.5Wt1 ts t239.87 25 14.87trts t239.87 35 4.87tmt1 tr14.87 4.87In (t1/tr) In (14.87/4.87)A -K tm12036.51800 8.960.74m2解：逆流溫度差為tm af84 29In 84/29r 11945R -3.893516故查圖 9-15 ,tm 51.720.9247.58 c求：所需的傳熱面積式多少。10-15、已知：在一臺(tái)1-2型管殼式換熱器中，管內(nèi)冷卻水從16C升高到35C，管外空氣從119C下降到45C，空

23、氣流量為19.6kg/min，換熱器的總傳熱系數(shù)K=84 w/( * k)51.72 p 35 160.184C 119 160.92 ,故對(duì)數(shù)平均溫差119 45空氣平均溫差為282 C, Cp1009J/ kg*k19.6119 45100924391W空氣的換熱量60A。243916.1m2故需傳熱面積47.58 84。10-16、已知：某工廠為了利用廢氣來加熱生活用水，自制了一臺(tái)簡易的殼管換熱 器，煙氣內(nèi)徑為 30mm的鋼管內(nèi)流動(dòng)，流速為30m/s，入口溫度為 200C，出口溫度取為100 C。冷水在管束與外殼之間的空間內(nèi)與煙氣逆向的流動(dòng)，要求把它從入口處 的20 C加熱到50 C 煙

24、氣物可按附錄中標(biāo)準(zhǔn)煙氣的物性值查取。水側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 遠(yuǎn)大于與煙氣側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，煙氣的輻射換熱可略而不及。求：估算所需的直管長度。解：因?yàn)樗畟?cè)換熱系數(shù)遠(yuǎn)大于煙氣側(cè)之值，因而管壁的平均溫度可取為水的平均溫 度，20 5035C27.17于10 6煙2m /s,0.0357w/ m* ktf竺迦150Prud 0.03 30°68用二 27.17 10 633125采用式（5-54）來估算，貝U Nu0.80.30.023 Re Pr84.658465 °.0357100.7w/m*0.03d2u4t 1947WAh tdL100.7150由35熱八、L所以19473.1

25、416 100.7150 351.784m。10-17、已知:在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進(jìn)口溫度20 C,出口溫度 壁厚為1mm的管子。管壁導(dǎo)熱系數(shù)t2為t”80 C,管外流過冷水，進(jìn)口溫度350KW ,共有53根內(nèi)徑為16mm、40w/ m* k，管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)管子內(nèi)、外表面都是潔凈的。h°t,10070 C,C出口溫度總換熱量150°w/m*k ,管內(nèi)流體為一個(gè)流程。求：所需的管子長度。解：計(jì)算管內(nèi)平均換熱系數(shù)。tf 1 1008020.68w/ m* k , Pr 1.95Cp 4208, qm4159Kg /sCp tRe4qm4 4.159/5

26、3du3.1416 0.016 314.9 1019830906C u 314.9 10 Kg / m* s ,0 80 3h 0.023Re . Pr 3273w/ m* k dtm80 20100 70In 60/3043.28 C A 8.38m2,A n dL,1965 w/ rn * kW / 111 r11d2hoh1d1a2.80m.本題中冷熱流體總溫差為43.3 C,管外冷流體側(cè)占 68%，管內(nèi)側(cè)約占32%，故不必考慮溫差的修正。10-18、壓力為1.5X 105Pa的無油飽和水蒸氣在臥式殼管式冷凝器的殼側(cè)凝結(jié)。經(jīng)過處理的 循環(huán)水在外徑為 20mm、壁厚為1mm的黃銅管內(nèi)流過，

27、流速為1.4m/s，其溫度由進(jìn)口處的560C升高到出口的94°C。黃銅管成叉排布置，在每一豎直排上平均布置9根。冷卻水在管內(nèi)的流動(dòng)為兩個(gè)流程，管內(nèi)已積水垢。試確定所需的管長、管子數(shù)及冷卻水量。傳熱量1.2 107W解：(1平均傳熱溫差由冷凝壓力查得飽和蒸 汽溫度為111.32 C則:tm94 56,111.32 56In111.32 9432.72 C(111.32105)/2 108.2 C查得凝結(jié)水物性參數(shù)為:3l 952.3kg/m3l 0.685W/m K263.2 10 6kg/m sr 2235kJ/kg對(duì)水平管外凝結(jié)換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)231/4h00.729gr 11(

28、2)管外凝結(jié)換熱系數(shù)設(shè)管外壁溫度tw 105 C,則tmd(ts tw) n0.7299.8 2235 103 952.3 0.628263.2 10 6 0.02(111.32 105) 98809W/(m2 K)(3)管內(nèi)換熱系數(shù)由tf (56 94)/275 C查得水的物性參數(shù)= 0.671W /(m C) ,= 0.39 10 6m2/s, Pr 2.38對(duì)管內(nèi)對(duì)流換熱，表面 傳熱系數(shù)0.80 4h10.023 Ref Prd0.6711.4 0.018 080420.023(6) . 2.38 .8552W/(m K)0.0180.39 10(4)熱阻：查參考文獻(xiàn)1,表91,蒸汽側(cè)污

29、垢熱阻r0 0.0001水側(cè)污垢熱阻 n 0.0002管壁熱阻(黃銅 =131W/m K) (d1 /2 )ln(d2/dj 8 10(5)傳熱系數(shù)1h。d2 “ d22 did2(1di(hiri)10.0001 8 10 88091743W /(m2 K)k tm 1743h。t 880916 20 / 1 (0.0002)18 8552由傳熱方程q1 由凝結(jié)換熱q2 q與q2相差2%,(6) 傳熱面積：A /(k(7) 冷卻水量32.72 57030W/m2(111.32 105)55673W / m2上述計(jì)算有效。tm)1.2 107 /(1743 32.72)210m2水的比熱：Cp

30、 4191J/kg k1 2 107 75.35kg/sI? )4191 (94 56)qm2Cp (t2水的密度3=974.8kg/ m75.35u 974.8 1.44 5.52 10 2d23.14 0.0182兩個(gè)流程共需管434根(8)流動(dòng)截面:單程管數(shù)n管子長度IA1qm25.52 10 2m24A1217A2102n d 434 3.14 0.0210-19、已知：要設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式冷凝器去凝結(jié)7.7m50E的飽和水蒸氣，以獲得800kg/h的凝結(jié)量，可供給大的冷卻水量為 20kg/s,初溫為20C .已知有一些外 徑為20mm、壁厚2mm的黃銅管，每根長為2m。假設(shè)管壁的熱阻可以不

31、計(jì)，2冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，總的污垢熱阻取為 0.0003m K/W (按黃銅管內(nèi)表面積計(jì) 算)，冷卻水側(cè)為一程，估算凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)時(shí)可假定黃銅管按正方 行排列。求：所需的黃銅管數(shù)。 解：為確定傳熱系數(shù)要假定管子根數(shù) n,設(shè)n=140。3傳熱量可由凝結(jié)側(cè)確定：800 2383 10 /3600 529.5KW。為計(jì)算冷卻水出口溫度，需先假定其平均溫度，設(shè)為23E，則0.605w/ m k6u 943.4 10 kg/ m s ,Pr 6.54,Cp 4181J / kg s ,冷卻水進(jìn)口溫差t26.33qm2C2C,即平均溫度為23.17 r，與假定值十分接近。水側(cè)換熱系數(shù)h1。 4qm

32、12050,ud0.023Re0'8 Pr04 0.023 102050'8 6.540'4 89.79.7 0.60523392W /(m K)0.016ReNuhi水蒸氣凝結(jié)系數(shù)h(°取tm將th 0.65613645 © 貝y990.2kg/m ,0.642W m k ,u 601.4 10 kg / m sq/h的關(guān)系式代入(231/3gr_udg6-4）整理之，得Ao 140 3.14160.02 217.59m2,故 q029500230102W/m17.591/3h 0.6561982383000601.4 10 6140根管子按正方形

33、排列，按內(nèi)表面計(jì)算的傳熱系數(shù)：1-沁丄$d2 h0 d0k1 A1 tm990.220.64230.02 30102ri 2140 11.83, g 9052W/(m2 K)16787W/(m2 K)ka1430w/ m kA1tmh1214.07m ,'26.7 c,1430 14.07 26.7537206W529500相差僅1.2 %，上述計(jì)算有效，另外從熱阻分析可 6C,故液膜平均溫度為47C，與假設(shè)值45C僅差與熱平衡熱量 知，凝結(jié)側(cè)的溫度降為 2C，由此而引起的物性變化對(duì)h0的影響液可忽略。如不考慮管壁熱阻，則k11464w/mk'1464 14.07 26.7 5

34、49979W與熱平衡熱量529500W相差僅3.6 %，仍在工程計(jì)算允許的誤差范圍內(nèi)。換熱器校核計(jì)算10-20、已知：一臺(tái)1-2型殼管式換熱器用30C的水來冷卻120C的熱油Co 2100W kg k，冷卻水流量為1.2kg/s,油流量為2kg/s總傳熱系數(shù)2k 275W/ m k，傳熱面積為A 20m2。求：水與油各自的出口溫度。Cp 4174j/ kg k , qmCmin 2 21000.8385解：設(shè)平均溫度為40C，qmCmax 1.2 41742利用習(xí)題24中提供的公式得11 0.181061 0.8385 1.305 -1 0.181060.53750.5375,t”120 0.

35、5375120 309071.6Co 120t23071.6°8385t2”30 0.8385 48.470.6t2mC，70.6 30250.3C,Cp值與4174十分接近，故不必重算。10-21、在一臺(tái)逆流式水水換熱器中，t1t232 C，流量為每小時(shí)13A=3.75m 2,試確定熱水的出口溫度。875 C ,流量為每小時(shí)2500kg，總傳熱系數(shù)k 1 740W /(m9000kg ,解:設(shè)冷、熱水平均溫度分cp1 4191J /kg k別為40 C和75 C,則可查得:cp2 4174J / kg kK)，傳熱面積B (qmC)19000 41910.6694(qmc)2135

36、00 4174kA1740 3.75NTU0.623(qmc)min 9000 4191/3600NTU法，逆流換熱器的效能 為：B 0409=1 exp( NTU)1 B1 Bexp ( NTU )1=t1 t1t1 t2tlti(t1 t2)87.5 0.409 (87.5 32)64.8 C平均溫度驗(yàn)算:t1 mtlt2(t1t1 )/2(qmC)1b際)2(87.5t2t2t2/2 19.6064.8)/20.6694t2m冷熱流體平均溫度與設(shè)定相差很小, 10-22、欲采用套管式換熱器使t1200 C, qi 0.0144kg/s, t276.15(87.5 64.8) 15.20

37、C計(jì)算結(jié)果有效。熱水與冷水進(jìn)行熱交并給出35 C,qm2 0.0233kg/s o取總傳熱系數(shù)為2 2k 980W /(m K),A °.25m，試確定采用順流與逆流兩種布置時(shí)換熱器所交換的熱 量、冷卻水出口溫度及換熱器的效能。解：（1）順流換熱設(shè)冷、熱水平均溫度分 別為65 C和150 C，則可查得:Cpi 4313J/kg kCp2 4183J/kg k(qmC) 1(qm©20.0144 43130.0233 41830.637NTUkA980 0.253.945(qmC)min 0.1444 4313由NTU法，順流換熱器的效能 為:1- exp ( NTU ) 1

38、 B0.610t1 t1又 =11t1t1(t1 t2 ) 200 0.610 (200 35)h t299.4 C平均溫度驗(yàn)算：t1m (t1t1 )/2 (200 99.4)/2 149.7t2B(t1t1 ) t20.637 (200 99.4) 35 99 Ct2m (t2 t2 )/267 C與假設(shè)值相符合，所以計(jì)算有效=qm1G t10.0144 4313 (200 99.4)6248W(2) 逆流換熱設(shè)冷、熱水平均溫度分 別為80 C和125C,則可查得:Cpi 4258J/kg kCp2 4195J/kg kB(qmc)1(qmC)20.0144 42580.0233 4195

39、0.628NTUkA(qmC) min980 0.250.0144 42583.99NTU法，逆流換熱器的效能 為:1- exp( NTU ) 1 B1 Bexp( NTU )21 B又=t1 t1t1t1(t1t2 ) 200 0.9 (200 35)t1 t251.5 C平均溫度驗(yàn)算：t1 m(t1t1 )/2 (200 51.5)/2 125.8t1(qmC)1Bt20.628 (200 51.5) 93.3 Ct2(qmC)2t2m t2t2/2 128.3 C冷熱流體平均溫度與設(shè)定相差很小，計(jì)算結(jié)果有效t2t2 t2 93.3 35 128.3 Cqm2C2 t20.0233 419

40、5 93.3 9119W10-23、已知：為利用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣來加熱高壓水，采用1-2型肋片管換熱器。在一此測定中得出：燃?xì)獾馁|(zhì)量流量為2kg/s,進(jìn)口溫度t 325E，冷卻水質(zhì)量流量為0.5kg/s,匸25 C, t” 150 C,按氣體側(cè)基管直徑的換熱面積為23.8m .燃?xì)馕镄钥山瓢锤戒浿袠?biāo)準(zhǔn)煙氣的值查取。求：該條件下的總傳熱系數(shù)。2mt2 t2”225150、287.5 CC C p 24205kg k換熱量qm2Cp2 t2 262812W為確定煙氣的平均比熱需假設(shè)其出口溫度，設(shè)t” 205 Ct 325 205t1m2265 C，Cp1 1113.3j kg k，故325t”2

41、111.3 262813t"由此得325畀81：207 C，與假設(shè)值十分接近，不必重復(fù)計(jì)算。tmcp175 182In 175/182178.5 p 325 207°C,325 250.393,R150 253252071.060.91, tm0.91 178.5162.4,kA tm2628123.8 162.4426W m2 k010-24、已知：在習(xí)題10-15中，如果冷卻水流量增加50%，但冷卻水和空氣的 進(jìn)口溫度、空氣流量及傳熱面積均不變，傳熱系數(shù)也認(rèn)為不變，問傳熱量可增 加多少？為比較準(zhǔn)確地獲得值，1-2型換熱器可按下式計(jì)算；1 W21/2 1expNTU 1

42、W21/21 exp NTU 1 W21/21WJ式中qmCminq m C max 從傳熱過程的機(jī)理來說，此時(shí)假定傳熱系數(shù)不變是否合理？傳熱量的增加主要是通過什么途徑實(shí)現(xiàn)的？如果空氣流量增加 50%，還可以假定K不變嗎? 解；設(shè)冷卻水流量增加后其平均比熱的變化可以不計(jì)，w qmC空氣原有的qmC水代入計(jì)算式得：35 16119 450.73610.257增加冷卻水量后此值為0.1711，增加水流量前的效能119 45119 160.71840由式(9-17 )可知，因?yàn)閝m° min及t”保持不變,1.025''0.7184，故傳熱量增加了 2.5 %，引起傳熱量增

43、加的一個(gè)主要原因是冷卻水量增加后對(duì)數(shù)平均溫差有所上升。如果空氣流量增加 50%，就不能假定K不變，因?yàn)榇藭r(shí)空氣側(cè)換熱系數(shù)有顯著增加，而空氣 側(cè)熱阻為主要熱阻。10-25、已知：有一臺(tái)逆流套管式冷油器，冷卻水流量為0.0639kg/s,進(jìn)水溫度t1 35 C熱油進(jìn)口溫度為120C，油的比熱容為2.1kj/(kg*k)，傳熱面積為2 21.4m，總傳熱系數(shù)為280W m k .如果油的出口溫度不得低于60C，冷卻水 的出口溫度不得高于85C .求：該冷油器所能冷卻的最大油流量。解：最大的油流量相應(yīng)于t” 85 C時(shí)的情形。現(xiàn)以t2 85 C計(jì)算，最后檢驗(yàn)t2”是否能滿足要求(qmC)2 t2t21

44、3350W丄13350m kA 1.4 280C34C，因而得t 35341n £t70即 120 85，解此方程得坊68 C>60C,故滿足要求。68-35 = 33 < 35 故成立qm由0.122Kg/s 440Kg/hC p 油 b ti由此得P。熱阻的分析與分離10-26、已知：有一臺(tái)液-液換熱器，甲、乙兩種介質(zhì)分別在管內(nèi)、外作強(qiáng)制對(duì) 流換熱。試驗(yàn)測得的傳熱系數(shù)與兩種液體流速的變化情況如附圖所示。求：試分析該換熱器的主要熱阻在哪一側(cè)？解：主要熱阻在介質(zhì)乙這一側(cè)，因?yàn)樵黾咏橘|(zhì)甲的流速對(duì)傳熱系數(shù)的影響并 不大，而增加介質(zhì)乙的流速則使傳熱系數(shù)明顯上升，這說明介質(zhì)乙對(duì)總

45、熱阻有 舉足輕重的影響。10-27、已知：一臺(tái)逆流式換熱器剛投入工作時(shí)在下列參數(shù)下運(yùn)行：» 360 C，t300 C，t2 30 C，t2200 C2 , qm1C1=2500W/K,K=800 W m k .運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)，在陥心、qm2C2、及 t12 保持不變的情形下，冷流體只能被加熱到162C，而熱流體的出口溫度則高于 300 Co求：此情況下的污垢熱阻及熱流體的出口溫度 解：不結(jié)垢時(shí)，270 160tm210.2Aln 270/160CJ36030060qm2 C2q m1C1250020030170結(jié)垢后，弘2® t2 882.4又2500 360 30020.

46、892m k tm 800 210.2882.4W/Kqm1Gqm2C2t2” t2,h帚162 302550360 t882.42.833,t36012.833162 30313.4tm1k”283.4 198In 283.4/198283.2 kC，1164710.892 238.22548.2W m k1 R, R 11824 10 1 1.25 10 4W m2 kk548.280016230116471W10-28、已知：為了查明汽輪機(jī)凝汽器在運(yùn)行過程中結(jié)垢所引起的熱阻，分別用 潔凈的銅管及經(jīng)過運(yùn)行已經(jīng)結(jié)垢的銅管進(jìn)行了水蒸氣在管外凝結(jié)的試驗(yàn)，測得 了以下數(shù)據(jù)。（數(shù)據(jù)見書上習(xí)題）求：已

47、使用過的管子的水垢熱阻（按管外表面積計(jì)算）52.610.352.613.140.88ft m52.610.3In52.613.1ckn16.721034397W m2 kA tm0.09140.881 11-5.53 10 4m2 k/w解：（1）對(duì)清潔管,tm10.5 14.1換熱量t 21 .49'12.3 c Cp 4189J / kg k310 Wtm52.110.552.1 14.1in 5210539.7752.1 14.1knA tm2149 1035810W m2 k0.093 39.77結(jié)垢時(shí),(2)3換熱量qmCp t 16.72 10 Wtm 11.7 c, Cp

48、 4190J/kgk10-29、已知：在一臺(tái)潔凈水冷式冷凝器中，保持換熱量及冷凝溫度不變而改變 水速，測得數(shù)據(jù)如下（見書上習(xí)題）求：試用威爾遜圖解法決定蒸汽凝結(jié)時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)解:k0設(shè)凝結(jié)換熱系數(shù)為h d11Rwh°1水側(cè)換熱系數(shù)oh Clu0.8則有:h°h°Rwd°C1d110.8u這是形如ya bx的直線方程,1 ra kwh°Rw, x10.8u0h0x2X)aRw2y x2x1.8332102m K/W,Re曲 1.8018 10 5m2111K/W1.6530210K/W1041.6530210-30、已知：在附圖所示的立式氨冷凝器

49、的換熱過程中，冷卻水膜與壁面間的h°6050W/m2污垢熱阻 k k。43975810換熱規(guī)律可近似地表示為h1 c1qnml其中qm為單位圓周長度的質(zhì)量流量，而氨1/3側(cè)凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可表示為 h0 GM 對(duì)于直徑為51mm，厚3mm的 光滑潔凈的鋼管，試驗(yàn)測得下表所列數(shù)據(jù)。（表見課本習(xí)題）nhiGq mi求：試用圖解法確定系數(shù)及指數(shù) n （參閱本章參考文獻(xiàn)【26】） 解：按題意可列出：（1），h。1ko1/3Gq 1Rwho,丄AoAi（3），Rw為壁面熱阻1A0n 11Ao1/3Rwq m5876w/ m kq上式可改寫為：koAGcoA （ 4）。此式是形如y a b

50、x的直線方程，取定一個(gè)n值，記為n1，可由此而得c1及Co，記為c11及Co1;利用所得的Co1，油式（2）可算出各工況下的ho，記為ho1，于是可利用（3）式分離出各工況下的h1，記為h11，對(duì)（1）取對(duì)數(shù)得Igg Igo nlgqm，此式又可看成是以94叫為自變量，lgh1為因變量的直線 方程，于是利用最小二乘法方法可得出 C1及n的值，分別記為C12及n2，如果n2與n1的偏差及C12及G1的偏差小于允許值，則計(jì)算即可終止，此題宜用計(jì)算 機(jī)求解，答案見教材。終止迭代時(shí)，C1 °25，n 5 1o , K的計(jì)算值與實(shí)測值間的最大相對(duì)偏差小于3.3% .C151.54,Co侮1 10 ,n 0.5292。10-31、已知：對(duì)氟利昂22在單根水平放置的雙側(cè)強(qiáng)化管外的凝結(jié)換熱測得