傳熱學典型習題詳解2

1、單相流體對流換熱及準則關聯(lián)式部分一、基本概念主要包括管內(nèi)強制對流換熱基本特點；外部流動強制對流換熱基本特點；自然對流換熱基本特點；對流換熱影響因素及其強化措施。1、對皆內(nèi)強制對流換熱，為何采用短管和彎管可以強化流體的換熱答：采用短管，主要是利用流體在管內(nèi)換熱處于人口段溫度邊界層較薄，因而換熱強的特點，即所謂的“人口效應”，從而強化換熱。而對于彎管，流體流經(jīng)彎管時，由于離心力作用，在橫截面上產(chǎn)生二次 環(huán)流，增加了擾動，從而強化了換熱。2、其他條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，為什么答：橫向沖刷時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。因為縱向沖刷時相當于外掠平板的流動，熱邊界層較厚，而

2、橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的旋渦，增加了流體的擾動，因而換熱強。3、在進行外掠圓柱體的層流強制對流換熱實驗研究時，為了測量平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要布置測量外壁溫度的熱電偶。試問熱電偶應布置在圓柱體周向方向何處答：橫掠圓管局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)如圖。在0-1800內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的平均值hm與該曲線有兩個交點，其所又力立的周向角分別為小1,小2。布置熱電偶時，應布置在小1,小，對應的圓周上。由于對稱性，在圓柱的下半周還有兩個點以布置。4、在地球表面某實驗室內(nèi)設計的自然對流換熱實驗，到太空中是否仍然有效，為什么答：該實驗到太空中無法得到地面上的實驗結(jié)果。因為自然對流是由流體內(nèi)部的溫度差從

3、而引起密度差并在重力的作用下引起的。在太空中實驗裝置格處于失重狀態(tài)，因而無法形成自然對流，所以無法得到頂期的實驗結(jié)果。5、管束的順排和叉排是如何影響換熱的答：這是個相當復雜的問題，可簡答如下：叉排時，流體在管間交替收縮和擴張的彎曲通道中流動，而順排時則流道相對比較平直，并且當流速和縱向管間距 今較小時易在管的尾部形成滯流區(qū).因此，一般地說，叉排時流體擾動較好換熱比順排強或：順排時，第一排管子正面受到來流的沖擊，故小=0處換熱最為激烈，從第二排起所受到的沖擊變?nèi)?，管列間的流體受到管壁的干擾較小，流動較為穩(wěn)定。叉排時每排管子受到的沖擊相差不大，但由于流體的流動方向不斷改變，混合情況比順流好，一般情

4、況下，差排的平 均換熱系數(shù)比順排時為大。6、空氣沿豎板加熱自由流動時，其邊界層內(nèi)的速度分布與空氣沿豎板受迫流動時有什么不同，為什么答：在自由流動時，流體被壁面加熱，形成自由流動邊界層.層內(nèi)的速度分布與受迫流動時不相同.流體溫度在壁面上為最高，離開壁面后逐漸降到環(huán)境溫度，即熱邊界層的外緣，在此處流動也停止，因此速度邊界層 和溫度邊界層的厚度相等，邊界層內(nèi)的速度分布為，在壁面上及邊界層的外緣均等于零.因此在層內(nèi)存在 一個極大值（見圖1）.受迫流動時，一般說速度邊界層和溫度邊界層的厚度不相等.邊界層內(nèi)的速度分布為壁面處為零，.而外緣處為u式見圖2）。7、試討論在無限空間自由流動紊流換熱時又流換熱強度

5、與傳熱面尺寸的關系，并說明此關系有何使用價值。答：當在無限空間自由流動紊流換熱時，換熱面無論是豎壁、豎管、水平管或熱面向上的水平板，它們的對流換熱準則方程式 Nu=Cn中的指數(shù)n都是1/3，因此方程等式兩邊的定型尺寸可以消去，表明自由流動紊流換熱時，換熱系數(shù)與傳熱面尺寸（定型尺寸）無關.利用這自動?；卣鳎谧杂闪鲃游闪鲹Q熱實驗研究中 可以采用較小尺寸的物體進行試驗，只要求實驗現(xiàn)象的GrPrf直處于紊流范圍8、在對流溫度差大小相同的條件下，在夏季和冬季，屋頂天花板內(nèi)表面的對流放熱系數(shù)是否相同為什么答：在夏季和冬季兩種情況下，雖然它們的對流溫差相同，但它們的內(nèi)表面的對流放熱系數(shù)卻不一定相等。原因

6、:在夏季tftw,即在夏季 溫度較高的水平壁面在上，溫度較低的空氣在下，自然對流不易 產(chǎn)生，因此放熱系數(shù)較低.反之，在冬季，溫度較低的水平壁面在上，而溫度較高的空氣在下，自然對流運動較 強烈，因此，放熱系數(shù)較高。二、定量計算主要包括：單管內(nèi)強制對流換熱；外掠單管及管束的強制對流換熱；大空間自然對流換熱；有限空間自然對流換熱及上述幾種傳熱方式的綜合應用等。1、一套管式換熱器，飽和蒸汽在內(nèi)管中凝結(jié)，使內(nèi)管外壁溫度保持在100C,初溫為25 C,質(zhì)量流量為0.8kg/s的水從套管換熱器的環(huán)形空間中流過，換熱器外殼絕熱良好。環(huán)形夾層內(nèi)管外徑為40mm,外管內(nèi)徑為60mm,試確定把水加熱到55c時所需的

7、套管長度，及管子出口截面處的局部熱流密度。不考 慮溫差修正。解：本題為水在環(huán)形通道內(nèi)強制對流換熱問題，要確定的是管子長度，因而可先假定管長滿足充分發(fā)展的要求.然后再校核。q+） = -x（25 4-55）=40由定性溫度22c,得水的物性參數(shù)2 = 0 635 a - ICjY - - - w/ ,必=心-4 = 60- 40= 20南網(wǎng)=0一02附當里J!住 -Re=155?1,54x0.8一訊4+dJ - 633逐乂1。一（!2乂（。& + 0.04）水被加熱；口一 一一上二 二一：一;假設換熱達充分發(fā)展,M 8 93.30,635h =296232W/ (m , K)換熱量：；1一一；一

8、-W/.93所以:卜7吸-1J 2962,3開工0 04x(100-4。)4兆5=-224 60因0.02,故換熱已充分發(fā)展，不考慮管長修正。2、某鍋爐廠生產(chǎn)的220t/h鍋爐的低溫段管式空氣預熱器的設計參數(shù)為：順排布置，s1=76mm, s2=57mm,管子外徑d0=38mm ,壁厚S =1.5mm；空氣橫向沖刷管束，在空氣平均溫度為133c時管間最大流速u1imax=6.03m/s,空氣流動方向上的總管排數(shù)為44排。設管壁平均溫度tw=165C,求管束與空氣間的對流換熱系數(shù)。如將管束改為叉排，其余條件不變，對流換熱系數(shù)增加多少 解：(1)計算R,maxi,i max由定性溫度tf=133C

9、查附錄，得空氣的物性值為入f=(m - ) v f= x 10-6m2/s, Prf=口 xCilO3S，27.0 x10-6由tw=165C查得 Piw=o 于是 =8487(2)求順排時的對流換熱系數(shù) hf,乂口口招色燒4)口”口=X X也慶上,解得對流換熱系數(shù)為hf=(m2 - C )(3)求叉排時的對流換熱系數(shù)代入數(shù)據(jù)得0.0341=x x 一-,口.砌 1 口 ”解得叉排時的對流換熱系數(shù)為hf=(m2 , C )3、水平放置的蒸汽管道，保溫層外徑d=583mm,壁溫tw=48C,周圍空氣溫度 仁=23Co試計算保溫層外壁的對流散熱量 TOC o 1-5 h z f = -(f+23

10、)解：定性溫度 J -=35.5C= =3.24x10 * LF 丁 273 +35J據(jù)此查得空氣的物性值為人=(m - C),融vm=6m2s, Prm =Pr ?.S1 2 24 10 3 乂煙力拉口一黨妙鼠丁產(chǎn)E7判據(jù)(GrPr) m=x 108109=(10.53流動屬于層流,查表得 C= n=1/4o于是對流換責系數(shù)為=xx 108)4x 0嬰=(m2 - C )單位管長的對流散熱量為 ql=h d do(tw-too)=x X X (48-23)=m 4、溫度分別為100 c和40 C、面積均為x 0.5m2的兩豎壁，形成厚S =15mm的豎直空氣夾層。試計算通過空氣夾層的自然對流

11、換熱量 解：(1)空氣的物性值定性溫度C,據(jù)此，查附錄得空氣的物性值為入m=(m C ),3p m=1.029kg/m ,11 : mx 10 6kg/(m - s), 0 m= 十范=x 10-3K-1, Prm=20 .02 xia-61.029由此，運動粘度為m2/s(2)等效導熱系數(shù)入e因(GrS Pr) m=xi04 2X 105,流動屬層流。Nu =0.1P7 Rmin的汽泡在核心處形成之后，隨著進一步地的加熱，它的體積將不斷增大，此時的熱量是以導熱方式輸入，其途徑一是由汽泡周圍的過熱液體通過汽液界面輸入，另一是直接由汽泡下面的汽固界面 輸入，由于液體的導熱系數(shù)遠大于蒸汽，故熱量傳

12、遞的主要途徑為前者。圍過熱液體繼續(xù)對它進行加熱，直到逸出液面，進入蒸汽空間5、兩滴完全相同的水滴在大氣壓下分別滴在表面溫度為120 c和400c的鐵板上，試問滴在哪塊板上的水滴先被燒干，為什么答：在大氣壓下發(fā)生沸騰換熱時，上述兩水滴的過熱度分別是人二兀-J = 2 c和板二300 C,由大容器飽和沸騰曲線，前者表面發(fā)生的是核態(tài)沸騰，后者發(fā)生膜態(tài)沸騰。雖然前者傳熱溫差小，但其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，從而表面熱流反而大于后者。所以水滴滴在120c的鐵板上先被燒干。二、定量計算主要包括：膜狀凝結(jié)的分析與計算；沸騰換熱的分析與計算。1、壓力為X 105Pa勺飽和水蒸氣,在高為0.3m,壁溫為70c的堅直平板上

13、發(fā)生膜狀凝結(jié)，求平均表面?zhèn)?熱系數(shù)及平板每米寬的凝液量。解：Ps= X 105pa的飽和水蒸氣對應的飽和溫度 ts=90 ,L（90+70） = 80液膜平均溫度- 凝液處)的物性參數(shù)：2=9”* kg/m3,用=0.674 W/ (m K),%二 W55.1m10 呼。&ts=90 對應的汽化潛熱：r=kg。先假定液膜流動處于層流：1 _, J 聲姆再一彳 一19 81*2283一 1x1 爐k971 9x0 67甲355,1x10-* x0,3x(9070)力二1 1 4 =11 1；r檢驗流態(tài)335. Lxl0-5x 2283.1所以，假設層流正確。每米寬平板的凝液量2283.1X103

14、2、一房間內(nèi)空氣溫度為25C,相對濕度為75%。一根外徑為30mm,外壁平均溫度為15c的水平管道 自房間穿過?？諝庵械乃魵庠诠芡獗诿嫔习l(fā)生膜狀凝結(jié)，假定不考慮傳質(zhì)的影響。試計算每米長管子的凝結(jié)換熱量。并將這一結(jié)果作分析：與實際情況相比，這一結(jié)果是偏高還是偏低解：本題房間空氣的相對溫度為 75%,因而從凝結(jié)觀點有25%的不凝結(jié)氣體即空氣。 先按純凈蒸氣凝結(jié) 來計算。25c的飽和水蒸氣壓力1 J 1 Pa,此時水蒸氣分壓力-1 Pa其對應飽和溫度為仆=20.68 =-(f3 +)=1x(20.68 + 15)=17.84液膜平均溫度-二 一二c、新 =0.5936獷/(弧幻 見=106910一

15、%上 0二9她52炮/蘇凝披物性參數(shù)工,，尸行汽化潛熱 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：1 23 19 8 k24527 x 10隈9部52% 0 5936-U. 7；1063x10 x0 03x(20.68-1)J9327 8T/幻53、在X 10 Pa的絕對壓力下，水在表面溫度為 117 c的銅管外表面上進行大容器核態(tài)沸騰。求此情況下銅管外表面上的沸騰換熱系數(shù) h和單位面積的汽化率應解：由飽和壓力查彳|水的飽和溫度 ts=100C, r=x103J/kgo沸騰換熱系數(shù)為:h=A ( 117-100) X (X 105) =x 104W/(m2. C)單位面積的汽化率為：q 3.32Q xio4yfll7 -

16、100 ) m - m=尸,22J7,1K1L)-三、本章提要以下摘自趙鎮(zhèn)南著，高等教育出版社，出版日期：2002年7月第1版?zhèn)鳠釋W就一般情況來說，沸騰和凝結(jié)都屬于強對流換熱方式，這兩種換熱類型在工業(yè)應用中占有極其重要的地位，但它們的物理機制和影響因素與單相對流換熱差別很大。.沸騰換熱大空間飽和沸騰（也稱為池沸騰）是研究的重點，其中又以核態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰兩種形態(tài)為主。汽泡的發(fā) 生、發(fā)展、躍升并脫離加熱表面的過程對池沸騰換熱的強度起決定性作用。理解水的沸騰曲線和各參數(shù)之間的相互關系將有助于掌握沸騰的基本特征。值得特別注意的是所渭臨界熱流密度（CHF）,以及通過調(diào)整壁面熱流密度來控制沸騰過程的時候

17、容易引起的超溫問題。核態(tài)沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算關系式很多，形式上差異較大，計算結(jié)果的誤差甚至可能達到100%。對加熱表面狀況的定量描述始終是沸騰研究的難點，也是重點之一。目前常采用的辦法仍以根據(jù)實驗得出的經(jīng)驗常數(shù)為主。確定臨界熱流密度對給出實際沸騰運行工況點提供了有益的參照。計算膜態(tài)沸騰則必須注意與輻射傳熱方式相結(jié)合。管內(nèi)對流沸騰換熱在工業(yè)上用途廣泛、意義重大，但是其兩相流動狀態(tài)和傳熱機理太過復雜。多組分混合液體核態(tài)沸騰受質(zhì)量傳遞（濃度擴散）的影響很大，汽泡成長減慢，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比單組分低得多。影響大空間飽和核態(tài)沸騰的主要因素包括：液體的熱物性（粘度、密度、表面張力、汽化潛熱和比熱容等），加熱

18、表面的材料和表面狀況，液體的壓力，加熱面的大小和朝向，液位以及不凝氣體的含量等。.凝結(jié)換熱表面凝結(jié)有兩種基本形態(tài)一一膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié),后者的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大高于前者，但在工業(yè)設備中實際發(fā)生的都是膜狀凝結(jié)。努塞爾豎壁膜狀凝結(jié)理論解揭示了層流膜狀凝結(jié)的換熱以通過膜層的導熱為主的本質(zhì)，這無疑為強化膜狀凝結(jié)換熱指明了方向。沿豎壁或豎管的膜狀凝結(jié)液膜也可能發(fā)展成湍流，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)得以明顯提高。判斷凝結(jié)液膜流動狀態(tài)仍然用雷諾數(shù)，但其表達式和單相對流時很不一樣。凝結(jié)液膜從層流轉(zhuǎn)變到湍流的臨界雷諾數(shù)等于16000管內(nèi)凝結(jié)換熱在工業(yè)上有很廣泛的用途。和管內(nèi)沸騰一樣，它也與兩相流的流型及表面狀況等因素有關，

19、是一個比較復雜的問題。多組分混合物的膜狀凝結(jié)同樣頻繁地出現(xiàn)在化工和制冷等重要的應用領域里。和多組分沸騰相同，它的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也明顯地低于單一組分時。影響膜狀凝結(jié)換熱強弱的主要因素包括不凝氣體含量、蒸氣的流速與方向（汽液界畫上的切應力）以及凝結(jié)表面的狀況。珠狀凝結(jié)迄今為止仍是實驗室里的研究課題，主要目標在于形成并維持長期穩(wěn)定的珠狀凝結(jié)狀態(tài)。采用的方法不外乎改變凝結(jié)表面狀況或者改變凝結(jié)液的物性。.強化傳熱技術強化核態(tài)沸騰的基本著眼點在于設法增加活化核化點的數(shù)目。為此主要通過對加熱表面的改性處理，如多孔表面、人工粗糙表面或涂層等措施來實現(xiàn)。管內(nèi)沸騰換熱的強化則大都采用各種內(nèi)肋或者內(nèi)螺紋管。強化膜狀凝

20、結(jié)換熱的出發(fā)點在于促進液膜的排泄以盡可能地使液膜厚度減薄。格雷戈里格效應管是實現(xiàn)這一想法的良好典范。后來研制的各種膜狀凝結(jié)強化管大都是其思想的延續(xù)和發(fā)展。值得注意的是，近年來對雙面同時強化的技術和元件的研究日益受到重視和推祟。熱管是一種構(gòu)思巧妙的高性能傳熱元件，要根據(jù)使用場合的具體情況正確地選擇熱管工質(zhì)，并安排外部的換熱結(jié)構(gòu)。對于冷源、熱源均為氣體，或者是液體的情況，主要的傳熱熱阻顯然都在外部。熱輻射基本定律部分一、基本概念主要包括熱輻射基本概念及名詞解釋、黑體輻射基本定律、實際物體輻射特性及其應用。1、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下去面的哪一面結(jié)箱為什么答：霜會結(jié)在樹

21、葉的上表面。因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表回的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。2、如圖所示的真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出，3處中何處定向輻射強度最大何處輻射熱流最大假設，處對球心所張立體角相同答：由黑體輻射的蘭貝特定律知，定向輻射強度與方向無關。故I = I2=I3o而三處對球心立體角相當，但與法線方向夾角不同，919 2 9 3o所以處輻射熱流最大，處最小 3、有一臺放置于室外的冷庫，從減小冷庫冷量損失的角度出發(fā)，冷

22、庫外殼顏色應涂成深色還是淺色答：要減少冷庫冷損，須盡可能少地吸收外界熱量，而盡可能多地向外釋放熱量。因此冷庫敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見光能量較少，而向外發(fā)射的紅外線較多。4、何謂“漫一灰表面”有何實際意義答：“漫一灰表面”是研究實際物體表面時建立的理想體模型.漫輻射、漫反射指物體表面在輻射、反射時各方向相同.灰表面是指在同一溫度下表面的輻射光譜與黑體輻射光譜相似，吸收率也取定值.“漫一灰表面”的實際意義在于將物體的輻射、反射、吸收等性質(zhì)理想化，可應用熱輻射的基本定律了。大部分工程材料可作為漫輻射表面，并在紅外線波長范圍內(nèi)近似看作灰體.從而可將基爾霍夫定律應用于輻射 換熱計算中。5、你以為

23、下述說法：“常溫下呈紅色的物體表示此物體在常溫下紅色光的單色發(fā)射率較其它色光（黃、綠、蘭）的單色發(fā)射率為高。”對嗎為什么（注：指無加熱源條件下）答：這一說法不對。因為常溫下我們所見到的物體的顏色，是由于物體對可見光的反射造成的.紅色物體正是由于它對可見光中的黃、 綠、藍等色光的吸收率較大，對紅光的吸收率較小，反射率較大形成的.根 據(jù)基而霍夫定律尸a故常溫下呈紅色的物體，其常溫下的紅色光單色發(fā)射率較其他色光的單色光發(fā) 射率要小。6、某樓房室內(nèi)是用白灰粉刷的，但即使在晴朗的白天，遠眺該樓房的窗口時，總覺得里面黑洞洞的，這 是為什么答：窗口相對于室內(nèi)面積來說較小，當射線（可見光射線等）從窗口進入室內(nèi)

24、時在室內(nèi)經(jīng)過多次反復吸收、 反射，只有極少的可見光射線從窗口反射出來，由于觀察點距離窗口很遠，故從窗口反射出來的可見光到達觀察點的份額很小，因而就很難反射到遠眺人的眼里 ，所以我們就覺得窗口里面黑洞洞的 .7、實際物體表面在某一溫度仆的單色輻射力隨波長的變化曲線與它的單色吸收率的變化曲線有何聯(lián)系如巳知其單色輻射力變化曲線如圖所示，試定性地畫出它的單色吸收率變化曲線。答：從圖中可以分析出，該物體表面為非灰體，一，一亙一一，一，一、，根據(jù)基爾霍夫定律，a入=入 ，即為同一波長線與線之比。該物體單色吸收率變化曲線如圖所示。二、定量計算包括建立輻射換熱的能量守恒關系式，蘭貝特定律的應用，利用物體的光輻

25、（即單色）射特性計算輻射 換熱，等等。 21、白天，投射到一大的水平屋頂上的太陽照度Gx= 1100W/m ,室外空氣溫反 氣與屋頂?shù)谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h=25W/(m2 K),屋頂下表面絕熱，上表面發(fā)射率t1 = 27C,有風吹過時空E =,且對太陽輻射的吸收比%=。求穩(wěn)定狀態(tài)下屋頂?shù)臏囟取ＴO太空溫度為絕對零度。穩(wěn)態(tài)時屋頂?shù)臒崞胶猓?一，. 一 對流散熱量1： 口 輻射散熱量太陽輻射熱量,二 一 ： 二丁； 代入中得1./1。5257；36。采用試湊法，解得1r=321 5 = 48.5 cA變化的特性如圖所示。2、已知太陽可視為溫度Ts=5800 K的黑體。某選擇性表面的光譜吸收比隨波長當太

26、陽的投入輻射Gs = 800 W/m2時，試計算該表面對太陽輻射的總吸收比及單位面積上所吸收的太陽能旦 里。解：先計算總吸收比。二為01。）十為計句=0 8x0,8608 + 0 1x(1-0.8608)= 0.7026單位面積上所吸收的太陽能： 3、有一漫射表面溫度T=1500K,已知其單色發(fā)射率隨波長的變化如圖所示，試計算表面的全波長總發(fā)射率和輻射力00Jl跟四二公廠 十 獷F = = 0.1 x 外.1r +。，4 乂（吊一ar 一 吊-ir） + 62乂 （耳口丁 一 耳） 與5r = 5x1500 = 75。械函= 3X1500 = 45QQ/1丁 = 15。由心奶me。主。,曰片i

27、 it =。-013旗周_寸-0.564L“！仃=0.8344查教材P208表8-1得，口-1r 0-文 口_訂所以 e = 0.2756E = = 0,2756 x 5,6S x 150Q4 =7.911X104三、本章提要.熱輻射的基本概念熱輻射是以電磁波（或光量子）形式傳遞熱量的一種方式，凡 0K以上的任何物體都具有一定發(fā)射輻射和吸收輻射的能力，所謂輻射熱交換是發(fā)射與吸收兩種作用的凈效果。 熱輻射是一種基本傳熱方式中唯一一種非接觸的方式。熱射線的波長范圍是一100Mm，其中m m以上的紅外輻射，4Mm以上的遠紅外是很多工業(yè)應用中最主 要的輻射波段。黑體是對任意波長和任何方向的輻射能均可以

28、完全吸收的理想體。人工（等溫）黑體空腔內(nèi)任意位置受到的輻照都相當于腔壁溫度下的黑體輻射， 只要把空腔小孔的直徑作得足夠小， 就可以獲得非常接近理想 黑體的人造表面。.熱輻射參數(shù)與熱韌性輻射力、光譜輻射力、定向輻射力、定向光譜輻射力（法向輻射力）、（定向）輻射強度、定向光譜輻射強度。發(fā)射率、光譜發(fā)射率、定向光譜發(fā)射率（法向發(fā)射率）。吸收率、光譜吸收率。反射率和透過率。投射輻射與有效輻射。不應該，也不需要機械地背誦所有這些概念和定義。它們是有規(guī)律可循的。所有的量均圍繞著兩個基本參數(shù)：波長和空間方位。對特定波長 （過去習慣稱為“單色”，現(xiàn)在按國標一律稱“光譜”），都以該波長 附近寬度等于以范圍內(nèi)的輻

29、射能為基準。對所有冠以“定向”兩個字的物理量，均以空間指定方向的單位立體角為衡量的基準。既非光譜，又非定向，則必定是對全波長和半球向積分后得到的總量。至于“法向”，無非是定向的一種特定情況。需要注意衡量輻射強度的面積基準，明確區(qū)分輻射力和輻射強度的差別，以及表面的發(fā)射率、吸收率隨著哪些參數(shù)改變而改變。.熱輻射的基本定律普朗克定律描述黑體的光譜輻射力與波長、溫度的關系。維思位移定律給出任意溫度黑體最大光譜輻射力所對應波長的定量描述。斯成藩一玻耳茲曼定律確定了黑體的半球向總輻射力與其熱力學溫度之間的單值函數(shù)關系O 蘭貝特余弦定律給出所有漫射表面（應該理解為漫發(fā)射和漫反射）在輻射方向特性上的一個共同

30、規(guī)律，即（定向）輻射強度不隨空間方位改變。基爾霍夫定律指出了材料兩項最重要的輻射物性一一吸收率和發(fā)射率之間的定量關系。參見下表，表中總結(jié)了該定律的全波長、光譜以及光譜定向三種表達形式，應特別注意分清它們各自必須滿足的條件。在把實際表面均當作漫射表面對待的前提下，光譜吸收率與光譜發(fā)射率相等。但對于溫度水平相差極大的輻射源和受輻射體，在應用基爾霍夫定律時必須要謹慎！基爾霍夫定律的三種不同表達形式疊理使用善今羌注農(nóng)侑龍誓舉乘囪i外就權(quán)“球由勺文。,伊,門=%（凡優(yōu)。?。╪=a（n丸條件潴巖灰面意友負而灰體，或灰表面是指光譜發(fā)射率和光譜吸收率與波長無關的理想化表面。漫灰表朗則指既在輻射的方向特性上遵

31、守蘭貝特定律，又在波長特性上滿足式 %（幾篤）二弓（比TJ=小的理想表面。.太陽輻射與環(huán)境輻射太陽在經(jīng)常遇到的輻射熱源中溫度水平最高，其表面有效溫度大大超出工業(yè)上的一般高溫范圍，因此它的輻射能量中有很大比例的可見光。實際材料表面對可見光和對紅外線所表現(xiàn)出來的輻射性能常常差異巨大，而且這種差異是無法用肉眼判斷的。這個特點導致在處理與太陽輻射相關的表面吸收、發(fā)射問題時必須要十分小心。輻射換熱計算部分、基本概念 主要包括：角系數(shù)的定義及性質(zhì)；漫灰表面輻射換熱特點；遮熱板原理及其應用；氣體輻射及太陽輻射特點等。1、簡述輻射換熱封閉空腔網(wǎng)絡法。答：求解輻射換熱問題時與電學中的歐姆定律相比擬，得出一個封閉

32、空腔網(wǎng)絡法。（% 一的?）由任意放置的兩黑體表面間的輻射換熱計算公式：/又心且1 ,式中5-反2）相當于電位差， 4，相當于電阻，叫空間熱阻；%=同一,1 （1-1/又由灰表面間的某表面凈輻射換熱公式：/比4 ,式中（口-心）相當于電位差， 耳& 相當于電阻，叫表面熱阻。具體步驟為：首先所有表面必須形成封閉系統(tǒng)，再繪制熱阻網(wǎng)絡圖，其具體方法為：每一個物體表面為i個節(jié)點（該物體表面應具有相同的溫度和表面輻射吸收特性），其熱勢為有效輻射；每兩個表面間連接一個相應的空間熱阻；每個表面與接地間連接一個表面熱阻和“電池”（黑體輻射力Eb）;若某角系數(shù)為0,即空間熱阻-8,則相應兩個表面間可以斷開，不連接

33、空間熱阻；若某表面絕熱，則其為浮動熱勢，不與接地相連。2、黑體表面與重輻射面相比，均有 J=5。這是否意味著黑體表面與重輻射面具有相同的性質(zhì)答：雖然黑體表面與重輻射面均具有 =號的特點，但二者具有不同的性質(zhì)。黑體表面的溫度不依賴于其他參與輻射的表面，相當于源熱勢。而重輻射面的溫度則是浮動的，取決于參與輻射的其他表面。3、要增強物體間的輻射換熱，有人提出用發(fā)射率大的材料。而根據(jù)基爾霍夫定律，對漫灰表面 =“，即發(fā)射率大的物體同時其吸收率也大。有人因此得出結(jié)論：用增大發(fā)射率的方法無法增強輻射換熱。請判斷這種說法的正確性，并說明理由答：在其他條件不變時，由物體的表面熱阻可知，當越大時，物體的表面輻射

34、熱阻越小，因 而可以增強輻射換熱。因此，上述說法不正確。4、如圖所示，兩漫灰同心圓球殼之間插入一同心輻射遮熱球殼，試問遮熱球殼靠近外球殼還是靠近內(nèi)球殼時，球殼1和球殼2表面之間的輻射散熱量越大答：插入輻射遮熱球殼后，該輻射換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡圖如圖所示。顯然，圖中熱阻R1, R2, R5, R6在遮熱球殼直徑發(fā)生變化時保持不變，但R3 = R4=片4 隨遮熱球殼半 徑的增加而減小。因此，遮熱球殼靠近外球殼即半徑越大時輻射散熱量越大。5、氣體輻射有什么特點答：1）不同氣體有著不同的輻射及吸收特性，即只有部分氣體具有輻射及吸收能力；2）具有輻射及吸收性氣體對波長具有選擇性，如CJ、h2o都各有三個光

35、帶一光譜不連續(xù)。3）輻射與吸收在整個容積中進行。6、太陽能集熱器吸熱表面選用具有什么性質(zhì)的材料為宜為什么答：太陽能集熱器是用來吸收太陽輻射能的，因而其表面應能最大限度地吸收投射來的太陽輻射能，同時又保證得到的熱量盡少地散失， 即表面盡可能少的向外輻射能。但太陽輻射是高溫輻射， 輻射能量主 要集中于短波光譜（如可見光），集熱器本身是低溫輻射，輻射能量主要集中于長波光譜范圍 （如紅外線） 所以集熱器表面應選擇具備對短波吸收率很高，而對長波發(fā)射 （吸收）率極低這樣性質(zhì)的材料。（主要是三表面）封閉輻射系統(tǒng)的、定量計算 包括：角系數(shù)的計算；漫灰表面封閉輻射系統(tǒng)的換熱計算；多漫灰表面換熱計算等。1、求如圖

36、所示空腔內(nèi)壁面 2對開口 1的角系數(shù)解：利用角系數(shù)的互換性和完整性即可求出。由于壁面2為凹表面，羽二 ,所以力1 ,但*U = 1 ,星 _ i13A _ A由角系數(shù)的互換性 /4=凡應得：4 當。2、兩塊平行放置的平板的表面發(fā)射宰均為，溫度分別為t=527C及t2= 27C,板間距遠小于板的寬度與高度。t計算：（1）板1的本身輻射；（2）對板1的投入輻射；（3）板1的反射輻射；（4）板1的有效輻射；（5）板2的有效輻射；（6）板1、2間的輻射換熱量。解：由于兩板間距極小，可視為兩無限大平壁間的輻射換熱，輻射熱阻網(wǎng)絡如圖4 = / 匕旦=工仃乂 1Q冶乂匕27+273）* -13175.7匕=

37、1明列耳0.8= 423 羽%口/=2 + 12= 5.67x10 x(27+273)* +15176.740S板1的本身輻射氏=e1Bw = 0.8x5,fi7xlQ-ft x(527+ 273/ = 1857S5對板1的投入輻射即為板2的有效輻射,板1的反射輻射板1的有效輻射4 = 19430.%Ga =衲/ =4號1 = 1430.1-18579.5 = 85。5 號二板2的有效輻射 板1、2間的輻射換熱量 人 1517機7%33、兩個直徑為0.4m,相距0.1m的平行同軸圓盤，放在環(huán)境溫度保持為300K的大房間內(nèi)。兩圓盤背面不參與換熱。其中一個圓盤絕熱，另一個保持均勻溫度500 K,發(fā)

38、射率為。且兩圓盤均為漫射灰體。試確定絕熱圓盤的表面溫度及等溫圓盤表面的輻射熱流密度。解：這是三個表面組成封閉系的輻射換熱問題，表面 1為漫灰表面，表面2為絕熱表面，表面3相當于黑體。如圖(a)所示。輻射網(wǎng)絡圖見圖(b)o TOC o 1-5 h z 計算角系數(shù)：11一為1一人上G - Ji上%- Ji n-j+ T- 4- -= U1 -弓 1Ix列節(jié)點方程4鳥五 1匕G 一1卜一北_ qX劣列節(jié)點方程其中I .一：&L 星 N 5 67xW0 x500+ =353.75獷f城_1_ 0 6fiA 0.6x 0.1257, A As & Kj 0.1257x0.38=二12 834羽_口 0

39、1257x0.62因而(1), (2)式成為：3543 75 - J1+ 459 27 -占冬 / -八 _ 05320 935412.8314 -459 27-辦 八-4201935412.8314-解得：J1=m2, J2=m2354S75 - 2646.651-0.6= 1345.65 印加0.6等溫圓盤1的表面輻射熱流：4、用熱電偶來測量管內(nèi)流動著的熱空氣溫度，如圖。熱電偶測得溫度t1=400C,管壁由于散熱測得溫度t2 = 350C,熱電偶頭部和管壁的發(fā)射率分別為和。從氣流到熱電偶頭部的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為35W/(m 2 - K)o試計算由于熱電偶頭部和管壁間的輻射換熱而引起的測溫誤

40、差，此時氣流的真實溫度應為多少討論此測溫誤差和換熱系數(shù)的關系，此測溫誤差和熱電偶頭部發(fā)射率的關系。解：熱電偶頭部的能量平衡式為：5其（n1 -限j=m h J,其中熱電偶頭部與管壁的輻射換熱為空腔與內(nèi)包壁的輻射換熱，并忽略熱電偶絲的導熱。氣流的真實溫度為：J h 135由上式可以看出，測溫誤差（& 一口）與換熱系數(shù)成正比，與熱電偶頭部輻射率成反比。即為減少測溫 誤差，應強化熱電偶頭部與熱氣流間的對流換熱，削弱與管壁間輻射換熱。三、本章提要.角系數(shù)角系數(shù)描述輻射表面之間的空間相對位置關系。對漫灰表面而言，在有效輻射均勾的前提下，角系數(shù)是一個純粹的幾何量，即與溫度高低以及表面的輻射熱物件參數(shù)沒有任

41、何關系。角系數(shù)的定義式是建立在蘭貝特定律基礎上的。微元面對有限面的角系數(shù)為定值，而有限面對有限面的角系數(shù)實際上具有積分平均的意義。角系數(shù)有以下三個基本性質(zhì)：互換性： ,-匯融=區(qū)+在2+國=1完整性：J分解性：發(fā)射面被分解：受射面被分解： 計算角系數(shù)的方法主要有：直接積分法、代數(shù)計算法、數(shù)值計算法、圖線法和幾何投影法等。工程計算 多采用代數(shù)法和圖線法。.由透熱介質(zhì)隔開的封閉腔中多個黑表向或漫灰表面的輻射換熱網(wǎng)絡分析法是求所計算的諸表面必須構(gòu)成一個封閉空腔，若有敞口存在，應以虛擬表面將其封閉起來。解黑表面及/或漫灰表面之間輻射熱交換的一種十分有效的方法。兩種網(wǎng)絡單元，即空間熱阻單元和表面熱阻單元

42、是組成任何輻射網(wǎng)絡的基本“細胞”，它們分別等于:米用和求對于黑體，表面熱阻等于零。而每一個灰表面則與一個表面熱阻以及若干個空間熱阻相連接。解直流電路網(wǎng)絡類似的方法，可以求出各個灰表面的有效輻射，并進而求得各表面的凈輻射熱量。封閉腔中的絕熱表面，亦稱為重輻射面，與體系之間沒有凈熱量交換，但是它的存在卻改變了其他表面之間的換熱狀況。從物理概念上講，不可以把重輻射面等同于反射面。在輻射網(wǎng)絡中，絕熱面相應的表面熱阻應略去。面積相對非常大的表面，其表面熱阻必定趨于無窮小，作為近似，在網(wǎng)絡上也常常把它省略掉。但是必須注意區(qū)分這種省略和上述對重輻射面略掉表面熱阻的本質(zhì)差異。.氣體輻射非對稱結(jié)構(gòu)的多原于氣體常

43、有不可忽略的吸收和發(fā)射輻射的能力。它們具有和固體、液體不一樣的兩個基本特征：容積輻射、吸收以及輻射光譜的不連續(xù)光帶式結(jié)構(gòu)。從全波長看，氣體不是灰體。氣體的發(fā)射率取決于氣體的種類、溫度、分壓力和射線平均行程，而氣體的吸收比則除了以上因素之外，還與發(fā)射一方的溫度等有關。迄今求解這兩個參數(shù)的方法仍帶有很大的 經(jīng)驗或半經(jīng)驗性質(zhì)。氣體與黑體或者灰包殼之間的輻射換熱計算在簡化條件下進行，所得結(jié)果可以滿足一般的工程需要。傳熱過程及換熱器部分、基本概念 主要包括傳熱方程式及換熱器設計、對數(shù)平均溫差、換熱器中兩流體沿程溫度變化曲線、強化傳熱及熱阻分析、傳熱系數(shù)實驗測定方法等等。1、對殼管式換熱器來說，兩種流體在

44、下列情況下，何種走管內(nèi)，何種走管外（1）清潔與不?#潔的；（2）腐蝕性大與小的；（3）溫度高與低的；（4）壓力大與小的；（5）流量大與小的；（6）粘度 大與小的。答：（1）不清潔流體應在管內(nèi)，因為殼側(cè)清洗比較困難，而管內(nèi)可定期折開端蓋清洗；（2）腐蝕性大的流體走管內(nèi)，因為更換管束的代價比更換殼體要低，且如將腐蝕性強的流體置于殼側(cè)，被腐蝕的不僅是殼體，還有管子；（3）溫度低的流體置于殼側(cè)，這樣可以減小換熱器散熱損失；（4）壓力大的流體置于管內(nèi)，因為管側(cè)耐壓高，且低壓流體置于殼側(cè)時有利于減小阻力損；（5）流量大的流體放在管外，橫向沖刷管束可使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加；（6）粘度大的流體放在管外，可使管外側(cè)

45、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加。2、為強化一臺冷油器的傳熱，有人用提高冷卻水流速的辦法，但發(fā)現(xiàn)效果并不顯著c試分析原因。答：冷油器中由于油的粘度較大，對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小，占整個傳熱過程中熱阻的主要部分，而冷卻水的對流換熱熱阻較小，不占主導地位，因而用提高水速的方法，只能減小不占主導地位的水側(cè)熱阻，故效果不顯著。3、有一臺鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動，空氣在管束間作多次折流橫向沖刷管束以冷卻管內(nèi)熱水。有人提出，為提高冷卻效果，采用管外加裝肋片并將鋼管換成銅管。請你評價這一方案的合理性。答：該換熱器管內(nèi)為水的對流換熱，管外為空氣的對流換熱，主要熱阻在管外空氣側(cè)，因而在管外加裝肋片可強化傳熱。注意到鋼的導熱系

46、數(shù)雖然小于銅的，但該換熱器中管壁導熱熱阻不是傳熱過程的主要熱阻，因而無需將鋼管換成銅管。4、為了簡化工程計算，將實際的復合換熱突出一個主要矛盾來反映，將其次要因素加以適當考慮或忽略掉，試簡述多孔建筑材料導熱、房屋外墻內(nèi)表面的總換熱系數(shù)、鍋爐爐膛高溫煙氣與水冷壁之間的換熱等三種具體情況的主次矛盾。答：通過多孔建筑物材料的導熱，孔隙內(nèi)雖有對流和輻射，但導熱是主要的，所以熱量傳遞按導熱過程進行 計算，孔隙中的對流和輻射的因素在導熱系數(shù)中加以考慮。房屋外墻內(nèi)表面的總換熱系數(shù)是考慮了對流和 輻射兩因素的復合，兩者所起作用相當，因?qū)α鲹Q熱計算簡便，將輻射的因素折算在對流換熱系數(shù)中較方便些。鍋爐爐膛高溫煙氣

47、與水冷壁之間的換熱，由于火焰溫度高達1000c以上，輻射換熱量很大，而爐膛煙氣流速很小，對流換熱相對較小，所以一般忽略對流換熱部分，而把火焰與水冷壁之間的換熱按輻射換熱計算。5、肋片間距的大小對肋壁的換熱有何影響答：當肋片間距減小時，肋片的數(shù)量增多，肋壁的表面積相應地增大，故肋化系數(shù)0值增大，這對減小熱阻有禾U；此外適當減小肋片間距可以增強肋片間流體的擾動，使換熱系數(shù)h相應提高。但是減小肋片的間距是有限的，一般肋片的間距不小于邊界層厚度的兩倍，以免肋片間流體的溫度升高，降低了傳熱的溫差。6、如何考慮肋片高度l對肋壁傳熱的影響答：肋高l的影響必須同時考慮它對肋片效率7) f和肋化系數(shù)0兩因素的作

48、用。l增大將使7)f降低，但卻能使肋 面積A2增大,從而使0增大。因此在其他條件不變的情況下 ，如能針對具體傳熱情況，綜合考慮上述兩項因素， 合理地選取1,使1/(h 71fB )項達一最低值，從而獲得最有利的傳熱系數(shù) KA彳1以達到增強傳熱的目的。7、試述平均溫差法(LMTD法)和效能一傳熱單元數(shù)法(e-NTU法)在換熱器傳熱計算中各自的特點答：LMTD法和 -NTU法都可用于換熱器的設計計算和校核計算。這兩種方法的設計計算繁簡程度差不多。但采用LMTD法可以從求出的溫差修正系數(shù)小火的大小看出所選用的流動形式接近逆流程度，有助于流動形式的選擇，這是 -NTU法所做不到的。對于校核計算，兩法都

49、要試算傳熱系數(shù)，但是由于LMTD法需反復進行對 數(shù)計算故較 -NTU法稍嫌麻煩些，校核計算時如果傳熱系數(shù)已知 ，則 -NTU法可直接求得結(jié)果，要比LMTD法 簡便得多。8、熱水在兩根相同的管內(nèi)以相同流速流動，管外分別采用空氣和水進行冷卻。經(jīng)過一段時間后，兩管內(nèi)產(chǎn) 生相同厚度的水垢。試問水垢的產(chǎn)生對采用空冷還是水冷的管道的傳熱系數(shù)影響較大為什么答：采用水冷時，管道內(nèi)外均為換熱較強的水，兩側(cè)流體的換熱熱阻較小，因而水垢的產(chǎn)生在總熱阻中所 占的比例較大。而空氣冷卻時，氣側(cè)熱組較大，這時，水垢的產(chǎn)生對總熱阻影響不大。故水垢產(chǎn)生對采用 水冷的管道的傳熱系數(shù)影響較大。二、定量計算 主要包括：復合換熱及傳熱

50、過程、熱阻分析、換熱器設計計算、換熱器校核計算。1、外徑為200mm采暖熱水輸送保溫管道，水平架空鋪設于空氣溫度為-5C的室外，周圍墻壁表面平均溫度近似為0C,管道采用巖棉保溫瓦保溫，其導熱系數(shù)為 入（W/mC） = + （C）。管內(nèi)熱水平均溫度為100C,由接觸式溫度計測得保溫層外表面平均溫度為45 C,表面發(fā)射率為，若忽略管壁的導熱熱阻，試確定管道散熱損失、保溫層外表面復合換熱系數(shù)及保溫層的厚度。解：管道散熱損失包括自然對流散熱損失和輻射散熱損失兩部分。確定自然對流散熱損失:.二 二+（$）=20定性溫度22cxO.703-4.151x10工資1m45-（-5）卜曾 （15.06x10-7

51、則 1一一。1】“ 一h 二麗有:二 43 2gxI。H d0.2=駕丈 0.2 X5605乂45（切=176淺%確定輻射散熱損失: 屬空腔（a2）與內(nèi)包壁（A1）之間的輻射換熱問題，且 洱 0.9x5.67x10 x（45-f273）* -（0-f273）4 = 748.91%單位管長管道散熱損失%0十 *, = 92499%確定保溫層外表面復合換熱系數(shù):%_924 99足一 0） 7Fx0,9x（45 + 5）= 6.543ffx確定保溫層的厚度:由傅立葉定律積分方法獲得。嗎二一27ya吱0% .廿二-(0 027 + 0 00017恢 TOC o 1-5 h z dr ,分離變量得：1瓦

52、 2m /,即：-In y- = -In y = -。927 乂&* - 1)+ %乂QQQQl7Qj -f；J.gpj gg Q 2-1(1=- 0.027x(45-100)十 XxO.00017(453;-100s)2 不di得管道外徑i 閘 *-4 02-011 n_O - 0.保溫層的厚度為-二2、一所平頂屋，屋面材料厚S= 0.2m,導熱系數(shù)入w=(m - K),屋面兩側(cè)的材料發(fā)射率均為。冬初，室內(nèi) 溫度維持tf1=18C,室內(nèi)四周墻壁亦為18C,且它的面積遠大于頂棚面積。天空有效輻射溫度為-60C。室內(nèi)頂棚表面對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h1=(m2 - K),屋頂對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h2=(

53、m2 - K),問當室外氣溫降到多少度 時，屋面即開始結(jié)霜(tw2 = 0C),此時室內(nèi)頂棚溫度為多少此題是否可算出復合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及其傳熱 系數(shù)解：求室內(nèi)頂棚溫度t1 W1穩(wěn)態(tài)時由熱平衡，應有如下關系式成立：室內(nèi)復合換熱量 =導熱量建內(nèi)復合換熱量 ”/ 二 n因=，且結(jié)霜時- C,可得:U+刊即020,529(18-wl)-hO,9x5.67xlO(2914-TiJCo求室外氣溫tf2* = % 葭-a J因”=，可得：A i,7(” 一上解1 - % (5八0 6土門=0 -% + 04巧同-虱）忠 F）,即：1 8-0）+絲史ZN1（24-213%居0.2x21.121.1注意到傳熱

54、方向，可以求出復合換熱系數(shù)hf1、hf2依據(jù)=（T：o -，wi）=段屯1 -。1）得4 - 4 %i =瓦+%=0.52?+ 4,687 =幻%吹 吹依據(jù)1,二，0（“一弓）二友屋-5）,得熱-2&2- hn 二為十%”= 211-26,237=-5.137求傳熱系數(shù)KK =-1 = -， = 3.078 %/1511U.21/冊. 1只539606-5.137kJ3、一蒸汽冷凝器，內(nèi)側(cè)為ts=110C的干飽和蒸汽，汽化潛熱 r=2230色甲P別為30c和80C,已知內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)分別為 104您 ,及3000 為了強化傳熱在外側(cè)加肋，肋壁面積為原面積的 4倍，肋壁總效率7=, 位時間冷凝蒸

55、汽量。解：對數(shù)平均溫差：Af= 110-30 = 20 c, Ai 120W/m2C、0.0001m2C/W ,且可忽略管壁的導熱熱阻，試利用對數(shù)平均溫差法確定該套管式換熱器的換熱面積。解：(1)確定換熱器最大可能的傳熱量:皿=% 12 1) = (0 125 x 2100) x (210 - 4 0) = 44625JF確定換熱器的效能:根據(jù)熱平衡方程式GgY)= C式確定熱流體出口溫度，即:0.125x2100八工”j旅,210-401 4確定換熱器的面積:對數(shù)平均溫差：210-95 = 115 c, A/i = 110-40 = 70 c一&1115 -70TAi二 90.6570= g

56、%y)= 9125x2100) X (210-110) = 26250冊 + 0.0004 +2000= 107.14+ 0 0001120K人力一 2年。7笈位施 107.14x90.655、用進口溫度為12C、質(zhì)量流量為18X 103kg/h的水冷卻從分儲器中得到的80c的飽和苯蒸氣。使用順流換熱器，冷凝段和過冷段的傳熱系數(shù)均為980W/(m2 K)o己知苯的汽化潛熱為 395X 103j/kg,比熱容為1758J/(kg - K)o試確定將質(zhì)量流星為 3600kg/h的苯蒸氣凝結(jié)并過冷到40c所需的換熱面積。解：本題屬換熱器設計計算問題，因為苯蒸氣側(cè)既有有相變的換熱，又有單相流動，故需對

57、冷凝段和過冷段分段計算。先計算總傳熱量:W = 3 6x10s /(3600 x395x!03= 3.95 xlO5 W過冷段：-(一13600乂1758父(X0-40)= 7Q320 甌由冷凝段熱平衡，有:,其中取7K的比定壓熱容：。管183J (上* K)所以:冷凝段對數(shù)平均溫差:冷凝段換熱面積:由過冷段熱平衡:得:%=12 +庫r 陽.3.95x10吃小3600= 30.9 七(80-12)-(30-30.9) 80-12in80-30.9二5K 七h 屯 3.95x10*A =3 = 95處 980 x58的二%聲形匕-)上二3叱堂20心短洪15x10 X41233600他-30.9)

58、-(40-343)一”,80-30.9In40-343故過冷段換熱面積:= 34.370320 =1980 x 20.2該順流換熱器總換熱面積為：.- 注：(1)讀者可以計算當按逆流布置時的換熱面積，并將計算結(jié)果與順流相比較;(2)題中取水的比定壓熱容為cp2= 4183J/(kg-K),嚴格地講，在12m及t2未知時，cp2未知，因此應該采用迭代方法。考慮到水在12c34.3C之間變化時，比定壓熱容 cp2的變化很小，因而可近似取cp2= 4183J/(kg - K)。6、壓力為的水蒸氣在殼管式換熱器的殼側(cè)凝結(jié)，且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為13500W/(m2 K)。該換熱器有單殼程和雙管程，每個管程由130根長為2m的黃銅管組成，管子的內(nèi)、外徑分別為13.4mm和15.9mm。冷卻水進入管道時的溫度為20c且平均流速為l.25m/s。試計算：該換熱器的傳熱系數(shù)；冷卻水的出口溫度；蒸汽 的凝結(jié)率解：本題屬換熱器的校核計算問題，因水的出口溫度未知.因