傳熱學楊世銘第四版答案

1、第十章思考題1、所謂雙側(cè)強化管是指管內(nèi)側(cè)與管外側(cè)均為強化換熱表面得管子。設(shè)一雙側(cè)強化管用內(nèi)徑為5、外徑為山的光管加工而成，試給出其總傳熱系數(shù)的表達式，并說明管內(nèi)、外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算面積。答：由傳熱量公式：.tG J i11. lng/di)1hi-di'i i2二.九二d。 0得以管內(nèi)表面為基準得傳熱系數(shù)：k 二11dilndo/di)dihi J ih0d° 一：。0管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)得計算面積為ndiR管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)得計算面積為兀d°P°2、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強化其傳熱而肋片

2、反而會削弱其傳熱？答：在圓管外敷設(shè)保溫層和設(shè)置肋片都使表面換熱熱阻降低而導熱熱阻增加，而一般情況下保溫使導熱熱阻增加較多， 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，起到強化傳熱的作用。但當外徑小于臨界直徑時，增加保溫層厚度反而會強化傳熱。 理論上 只有當肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積小于 1時，肋化才會削弱傳熱。3、重新討論傳熱壁面為平壁時第二題中提出的問題。答：傳熱壁面為平壁時， 保溫總是起削弱傳熱的作用，加肋是否起強化傳熱的作用還是取決于肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積是否人于1。4、推導順流或逆流換熱器的對數(shù)平均溫差計

3、算式時做了一些什么假設(shè)，這些假設(shè)在推 導的哪些環(huán)節(jié)中加以應用？討論對大多數(shù)間壁式換熱器這些假設(shè)的適用情形。5、對于q mi ci - qm2c2 ' q mici <qm2c2及qm1C1 = qm2c2三種情形，畫出順流與逆流時冷、熱流體溫度沿流動方向的變化曲線，注意曲線的凹向與qmC相對大小的關(guān)系。6、進行傳熱器設(shè)計時所以據(jù)的基本方程是哪些？有人認為傳熱單元數(shù)法不需要用到傳 熱方程式，你同意嗎？答：換熱器設(shè)計所依據(jù)的基本方程有：F*fif= qmici(ti -ti ) =qm2c2。2 一t? ) = KA %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

4、中有否用到推導對數(shù)平均溫差時所做的基本假設(shè)，試以順流換熱器 效能的計算式推導過程為例予以說明。答：傳熱單元數(shù)法中也用到了推導平土溫差時的基本假設(shè)，說明略 o8、什么叫換熱器的設(shè)計計算，什么叫校核計算？答：已知流體及換熱參數(shù)， 設(shè)計一個新的換熱器的過程叫做設(shè)計計算，對已有的換熱器，根據(jù)流體參數(shù)計算其換熱量和流體出口參數(shù)的過程叫做校核計算。9、在進行換熱器的校核計算時，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，為什么此時使用傳熱單元數(shù)法較為方便？答：用傳熱單元數(shù)法計算過程中，出口溫度對傳熱系數(shù)的影響是通過定性溫度來體現(xiàn)的，遠沒有對平均溫差的影響大，所以該法用于校核計算時

5、容易得到收斂的計算結(jié)果。10、試用簡明語言說明強化單相強制對流換熱、核態(tài)沸騰及膜狀凝結(jié)的基本思想。答：無相變強制對流換熱的強化思路是努力減薄邊界層.強化流體的擾動與混合；核態(tài)沸騰換熱的強化關(guān)鍵在于增加汽化核心數(shù)；膜狀凝結(jié)換熱強化措施是使液膜減薄和順利排出凝結(jié)液。11、在推導換熱器效能的計算公式時在哪些環(huán)節(jié)引入了推導對數(shù)平均溫差時提出的四個 假設(shè)？習題10-1、在一氣一氣套管式換熱器中，中心圓管的內(nèi)外表面都設(shè)置了肋片，試用下表所列符號導出管內(nèi)流體與環(huán)形夾層中流體之間總傳熱系數(shù)的表達式?；艿膶嵯禂?shù)為九。解：由熱量公式，單位 管長傳熱量:.-t。1 =1hi Atihi Afi iInr0 -h

6、oAro hoAfo 0tfi -tf0j曳.一hiAti0i 2rih0 At0 00式中，內(nèi)側(cè)肋面總效率：,二Ati *Afi"。AtiAA -外側(cè)肋面總效率：00= % 0 °Af 0對外側(cè)總面積而言的傳 熱系數(shù)k,則有:01=kAt0（tfi -tf0）由(1) (2)兩式得:k =1Ato . A9 |n r0 .1hi Atioi 2rih0 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/( itf*K)空氣橫向掠過管外，按總外表面面積計算的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為72.3 W/( m2 *K)O肋片管基管外徑為25.4mm,壁厚2m

7、m,肋高15.8mm ,肋厚0.318mm ,肋片中心線間距為 2.5mm?；芘c肋片 均用鋁做成， 入=169W/ ( m*K)。求：當表面潔凈無垢時該肋片管的總傳熱系數(shù)。解：k =1工& .三& . 1h0 A1 , Am h2 0A，/、 c /22、A0 =二d0(s -:)2二(r1 -r2 )_ _ _2_2=3.1416 25.4 (2.5 -0.381) 2 3.1416(12.7 -15.8 0.381/2) -12.7 ，一， ，一一 2=169.1 4158.5 =4327.6mm- 一，一一， 一一 ，一一， 2A1 - pl =3.1416 21.4

8、2.5 =168.1mm參數(shù)：(h )1.5(上產(chǎn)5 =0.536Ar1/r2 =2.26由圖2 -15查得：f =0.78, 0A1f A2二 0.789A0故得：k =50.2W/(m2 * k)25mm ,壁厚1.5mm的黃銅管做成熱表面。已知管外10-3、一臥式冷凝器采用外徑為u _ c _7nm/ -2 1/ 冷凝側(cè)的平均傳熱系數(shù)h。一5 700W /(m K),管內(nèi)水側(cè)平均的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)2% = 4 300W /(m K)o試計算下列兩種情況下冷凝器按管子外表面面積計算的總傳熱系數(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

9、76;C,蒸汽側(cè)有油。1 dx hi d解：1/h0 =1/5700 =1.7543 10“m2 K/W1254 2=2.643 10 m K/W4300 20由參考文獻 H表91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黃銅的導熱系數(shù)K = 109W/m K管子內(nèi)外表面均是潔凈時的導熱系數(shù)k0 :101d0 1nd01 d0 Inh021 di hi di=1 二2200.9W/m2 K40.025 1 2541.7453 10In- 2.63 102 109 20(2)管子內(nèi)外表面結(jié)垢后的 傳熱系數(shù)k 二11 D D d

10、0-Rf0 Rfik0di1_ 0.0002 0.0001一 二1302.1W/m2 K 252200.92010-4、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 40C,流量為0.0016 m2/so 14號潤滑油以平均溫度 70c流 過環(huán)行空間，流量為 0.005 itf/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間運行結(jié)垢后的總傳熱系數(shù)值。解：水側(cè)hl的計算40c時，九=0.635W/(m*k),v =0.659父 10*m2/s, pr = 4.312_4 / _ 2 入 _4 2 ,Ai=0.

11、785 0.034 =9.075 10 m , u1 二1.763m/s4 ud1 Re = 1 -90967 流動截面積v' _ 08 _ 04 一h = 0.023Re . Pr . =7144w/(m * k)米用式(5-54) ,d油側(cè)h。的計算j 223 2A2 = M -d1 ) =1.57 10 m2流動的截面積：4u2 = v2 =3.185m/s, =0.1439w/(m* k),v =34.3 10-6m2/s,Pr 444A2cU2d12/cLr 1/ cc ' /c c d 、1/3 / U f、0.14Re = =1857,h0 =1.86(Re Pr

12、 )()vd l Uwl w近似的取為40 C,則：Uw =880.7 124.4 10'kg/(m* s),u f = 34.3 863.2 10/kg/(m*s)于是 h =1.86 (3) (1857 444 些產(chǎn)(刑3 -嚴=224.8w/(m2*k) 0.022880.7 124.2利用此值重新確定管壁溫度，略去壁面熱阻不計，則內(nèi)側(cè)熱阻在總熱阻中的比值為：R=0.0356Ri Rotw =tl (70 - 40) 0.0356 =41.1,Uw =119.43 880.11重新計算得：h1 =225.6w/(m2k)因而內(nèi)外壁都干凈時，k0 =218w/(m2 k)油，水側(cè)均

13、結(jié)垢時，取力=0.0002, ；1 =0.0002k0 =則1/h ,力.(1/% , ；1)d/d2-2二 173w/(m2 k).10-5、已知：一種用于制冷劑凝結(jié)換熱的雙側(cè)強化管用直徑為19、16.4mm的胚管加工而成，長1.0m。在一次試驗中測得冷卻水進出口溫度分別為24.6C及29.2 C,平均水速為0.91m/s,按胚管尺寸計算的管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 數(shù)為1.25 X 104 W/(m 2*K),管材為銅。1.82 x 104W/(m 2*K),管外凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯登螅喊磁吖芡獗砻嬗嬎愕目倐鳠嵯禂?shù)值。并分析管內(nèi)水側(cè)采用強化表面后的強化效果。k 二11 d0 d0 , d0 ln

14、 解:=6794.1w/(m2*k).h1 d12 九 d1，取 K =400W/(m*k),則有:6.369 10， 3.495 106 8 10-5若管內(nèi)不強化，則按 D-B公式計算時：tf =27.2 C, v = 0.8613x10-6m2/s,入 =0.613w/(m*k), pr =5.87,Re =17327Nu =0.023 173270.8 5.8704 =114.8,h1 二4292.71194 22.699 10-m * k/w 內(nèi)側(cè)熱阻變?yōu)?292.7 16.4可見如不強化內(nèi)側(cè)熱阻要加大 5倍左右。平均溫壓計算10-6、已知：流與逆流布置。求：分別按qm1C1>q

15、m2c2及qm1C1<qm2c2兩種情況下，用溫度分布曲線說明對數(shù)平均溫差總 是小于相應的算術(shù)平均溫度。解:4M10-7、已知：逆流式套管換熱器,求：沿換熱表面的局部熱流密度的變化規(guī)律。qm1C1=qm2c2,滿足推導對數(shù)平均溫差條件的前提。解：此時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) 換熱面已進入均勻熱流密度的狀態(tài)。K也為常數(shù)，因而該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，體的總流向為逆流，熱流體單相介質(zhì)部分的 求：畫出冷、熱流體的溫度變化曲線。再凝結(jié)成水，最后被冷卻成過冷水，冷熱流qm1C

16、1<qm2c2.解:10-9、已知t1 =300匕3 =210七，t2 =100匕t2 = 200七，試計算下列流動布置 時換熱器的對數(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) ti = ti -t2 = 210-100 = 110tr = ti -t2= 300-200 = 100t1 -tr 110-100tm = = = 104.9 Cln(t1 /tr)ln(110/100)(2)P200-100 =05300-10011 - t1R 二t2-t2300

17、-210200-100=0.9由參考文獻11圖917查得 邛=0.92tm = 104.9 0.92 = 96.5 C(3)由參考文獻1圖915查得 中=0.85% =104.9 0.85 = 89.2 C(4)由參考文獻1圖916查得中=0.97 tm =104.9 0.97=101.8 C(5兒=t1 -t2 =300-100 = 200tr =t1 -t2 =210 -200 =10tm200-10ln(t1 /tr) ln(200/10)=63.4 C10-10、已知：一定的布置方式及冷、熱流體一定的進出口溫度。求：熱流體在管內(nèi)側(cè)及在殼側(cè)的兩種安排對數(shù)平均溫差值有無差別？以上題中(3)

18、 (4)中情形為例，設(shè)熱流體在管側(cè)，重新計算其對數(shù)平均溫差。從這一計算中例可得出怎樣的推 斷。解:(1) 1-2 型210 -300100 -300= 0.45, R =100 -200210 -300= 1.111查圖 9-15,中=0.85,Atm =104.9父0.85 =89.2 c(2) 2-4 型,P=0.45,R=1.11，由圖 9-16,甲=0.97, 口= 104.9父 0.97 = 101.8 c10-11、已知：初始溫度為t1的流體流入壁溫為 b=常數(shù)的平行板通道，通道長為l流體質(zhì)量為qm,比熱容為Cp,流體與平板間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h為常數(shù)。求證：流經(jīng)該通道后流體與

19、平板間的換熱量為=qmcp(t0-t1)(1-e-2h/(q)證明：如圖示，對長為 dx的微元段，可以列出以下熱平衡式:-qmCpd(t0 -t) =2h(t° t)dx,令日=t 1°,2hx2hx北=2,由止匕得e =Ce飛就，x = 0寸用=d=ti to,得e =de飛再 則有口qmcp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烙減進口處的崎，故 有：/ 2hl f 2hl 9 ”qmCp -g&Cp =dqmCp eqmCp -1 =(to -ti qmCp eqmCp -1'，/o在本題中主流方向的坐標與一維非穩(wěn)態(tài)導熱總參數(shù)分析中的時間

20、坐標相類似。10-12、已知：在已IM流式換熱器中傳熱系數(shù)k=a+bAt其中a、b為常數(shù)， t為任一截面上的周期誤差。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)。k,. ：t, -k,. ：t，,a =證明：由 k =a+bAt ,k =a+bAt ,聯(lián)立解得Af At”，k = a b&代人 d (At )uk&dA(見教材 P325 )得:d )=-udAx.a b.：t將此式從A=0到Ax做積分，得:11n立 a a b tX'nJt/g + b&LuAx將此式應用于換熱器流體出口處，即Ax=A處并將a的表達式代入，得:A&#

21、39; 即 a Mt, /(a + bit,)t Tt"k' t''In= -uA k'' t -k' t'k'；t'2”七(t1，-t2，)-(t1，, -t2'') t'- t另一方面按u的定義有：1 u =+01。qm2c2 J中-A將此式代入上式，整理之，即得：k'' t' -k' t',1n 卜"kdt )L換熱器設(shè)計計算10-13、一臺12型殼管式換熱用來冷卻11號潤滑油。冷卻水在管內(nèi)流動，F(xiàn)M,cc Qc2LC Qc2clza

22、，/ _2/t2 =20 C，t2=50 C,流量為 3kg/s；熱油入口溫度為60°c,k = 350W/(m 'K)。試計算：(1) 油的流量；(2) 所傳齷遞熱量；(3) 所需的傳熱面積。解：(1)查得潤滑油及水的比熱 分別為Ci =2148J/kg戶Cq = 4174J / kg戶C則qmiqm2c2n2G；：ti3 4174 (50 -20)2148 (100-60)=4.37kg/s(2)。-qm2c2 式2 =3 4174 (50 -20) =375.66KW(3)t1 =3-t2 =60 -20 =40 C-t2 =100 -50 =50 Ctmt1 -

23、9;trln(t1/tr)ln(40/50)403 . 44.8 Ct2 -t2P v -2t1 -t250-20 =0.375100 -20t1 -t1R = J1-t2 - t2100 -60 . 0g二 1.33350 -20PR =1.333 0.375 =0.51/R = 1/1.333 = 0.75由參考文獻11圖915查得中=0.9 ,tm=44.8 0.9 =40.32 C一 一一 一 3A.Jk ：tm375.66 1032=26.62m2350 40.3210-14、一個殼側(cè)為一程的殼管式換熱器用來冷凝 凝18kg蒸汽。進入換熱器的冷卻水的溫度為2k=84W/(m K),問

24、所需的傳熱面積是多少?7 355Pa的飽和水蒸氣，要求每小時內(nèi)冷250C,離開時為 35°C。設(shè)傳熱系數(shù)為解：由水的飽和壓力表 查得：ts=39.87口C, r = 2407.3KJ / kg 。=qm r =18 2407.3 103/3600 = 12036.5W t1=tst2 =39.8725 =14.87tr =ts-t2 =39.87-35 =4.87=8.96t T 14.87-4.87ln(t1 /tr) - ln(14.87/4.87)0Kim12036.51800 8.96=0.74m210-15、已知：在一臺1-2型管殼式換熱器中，管內(nèi)冷卻水從16c升高到35

25、C,管外空氣從119c下降到45C,空氣流量為19.6kg/min ,換熱器的總傳熱系數(shù) K=84 w/(m * k) 求：所需的傳熱面積式多少。解：逆流溫度差為，384-29=51.72ln 84/29C,35-16119 -16= 0.184c 119 -45 故查圖9-15 ,甲=0.92 ,故對數(shù)平均溫差R = =3.8935-16tm =51.72 父 0.92 =47.58 c119 45 _空氣平均溫差為2 一 c, cp =1009J/(kg*k )19.6中= 119 -45 1009 =24391W空氣的換熱量60',A 243910 . 2A。= = 6.1m故需

26、傳熱面積47.58 8410-16、已知：某工廠為了利用廢氣來加熱生活用水，自制了一臺簡易的殼管換熱器， 煙氣內(nèi)徑為 30mm的鋼管內(nèi)流動，流速為 30m/s,入口溫度為 200C,出口溫度取為 100C。冷水在管束與外殼之間的空間內(nèi)與煙氣逆向的流動，要求把它從入口處的20 C加熱到50 c.煙氣物可按附錄中標準煙氣的物性值查取。水側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠大于與 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：因為水側(cè)換熱系數(shù)遠大于煙氣側(cè)之值，因而管壁的平均溫度可取為水的平均溫度，20 50 即一2二35Ct 100 200對于煙氣：2 C, V =27.1710 m /

27、s,九=0.0357w/(m* k)Pr =0.68, Re= 33125ud _ 0.03 30v - 27.17 10上采用式(5-54)來估算，則 Nu =0.023Re0.8 Pr0.3 =84.6584.65 0.0357 h 二0.03= 100.7w/ m* k二 1947W 由對流換熱公式：1=Ah. t=：dL 100.7 150-35L 所以=1.784mo3.1416 100.7 150 -35194710-17、已知：在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進口溫度 t, =100 C出口溫度 為t” =80C,管外流過冷水，進口溫度t2, =20 C,出口溫度 力” =

28、70 C,總換熱量=350KW ,共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子。管壁導熱系數(shù) 4 =40w/（m* k ）,管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) =1500w/（m* k ）, 管內(nèi)流體為一個流程。 管子內(nèi)、外表面都是潔凈的。求：所需的管子長度。解：計算管內(nèi)平均換熱系數(shù)。1tf -2 100 8090 c u =314.9父10"6 Kg/(m* s )九=0.68w/(m* k ) Pr =1.959cp =4208,qm = =4159Kg/sCp、tRe 3二du=198304 4,159/533.1416 0.016 314.9 10*h =0.023Re°，8

29、Pr0,3 - = 3273w/ m* k d11 Tdl一 一 2h0 h1dl二965w/ m* k80 -20 - 100 -70 =43,282mIn (60/30 )c, A=8.38m2,A = nndL,A L = = 2.80m.n 二d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1.5 X 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，流速為 1.4m/s,其溫度由進口處的560C升高到出口的94°C。黃銅管

30、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)的流動為兩個流程，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 o解：(1)平均傳熱溫差由冷凝壓力查得飽和蒸 汽溫度為111.329則:tm94 -56,111.32-56ln111.32 -94= 32.72 C(2)管外凝結(jié)換熱系數(shù)設(shè)管外壁溫度 tw =105七,則。=(111.32 = 105)/2 =108.2七查得凝結(jié)水物性參數(shù)為：_39 = 952.3kg/m-=0.685W/m K= 263.2 106kg/m s r=2235kJ/kg對水平管外凝結(jié)換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1/4h 0 729. gr

31、Plh0 = 0. 729 黑”d(ts-tw) n_-3339.8 2235 10952.3 0.628=0. 729 父z'263.2X10 x0.02(111.32 105)父91/4= 8809W/(m2K)(3)管內(nèi)換熱系數(shù)由tf =(56+94)/2 =75七查得水的物性參數(shù)0.671W/(m 七),0.39M10m2/s, Pr = 2.38對管內(nèi)對流換熱，表面 傳熱系數(shù)' _0,8 _ 0 4h1 =0,023 -Ref PLd= 0.0230.6710.018(1.4 0.018 )0.80.39 102.3804_2= 8552W/(m2 K)(4)熱阻：查

32、參考文獻 H表91,蒸汽側(cè)污垢熱阻r0 =0,0001水側(cè)污垢熱阻 r1 =0,0002管壁熱阻(黃銅 九=131W/m K)(d1/21)ln(d2/d1) =810(5)傳熱系數(shù)1 d2 1d2 d2 , 1、r0 In ( r1) h02dld1 h1162010.0001 8 10(0.0002)880918 8552-1743W /(m2 K)由傳熱方程 q1 =k. tm =1743 32.72 =57030W/m2由凝結(jié)換熱 q2 = h0 t =8809 (111.32-105) =55673W/m2與42相差2%,上述計算有效。(6)傳熱面積：(7)冷卻水量(8)流動截面:A

33、 =O/(k ：tm) =1.2 107 /(1743 32.72) = 210m2水的比熱：cp =4191J/kg kqm2 =- = -1.2 10 =75.35kg / s cp(t2 -t2 )4191 (94 -56)水的密度P=974.8kg/m3ai =qm275.35974.8 1.422= 5.52 10 m2單程管數(shù)n竽蓬藍=217兩個流程共需管434®管子長度 l = -!A- =210 = 7.7m2n 二d 434 3.14 0.0210-19、已知：要設(shè)計一臺臥式冷凝器去凝結(jié) 50 c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

34、20kg/s,初溫為20 c.已知有一些外徑為 20mm、壁厚2mm的黃銅管, 每根長為 2m。假設(shè)管壁的熱阻可以不計，冷卻水在管內(nèi)流動，總的污垢熱阻取為20.0003 m K/W (按黃銅管內(nèi)表面積計算)，冷卻水側(cè)為一程，估算凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠?系數(shù)時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。傳熱量可由凝結(jié)側(cè)確定：中=800 2383 103/3600 = 529.5KW。為計算冷卻水出口溫度，需先假定其平均溫度，設(shè)為 23C,則九=0.605w/(m永)，u =943.4110*kg/(m s)Pr =6.54,Cp =4181J/(k

35、g s)冷卻水進口溫差：一 中 t2 =6.33qm2c2C,即平均溫度為 23.17 C,與假定值十分接近。水側(cè)換熱系數(shù)幾。4qmRe m =12050, 二 udNu =0.023Re°.8 P”4 =0.023 102050.8 6.540.4 =89.79.7 0.6050.0162=3392W /(m K)水蒸氣凝結(jié)系數(shù)h0。取 tm=45c,則 P=990.2kg/m3,九= 0.642W(m k )u =601.4M10_6kg/(m s),h =0.6561將& =q/ h的關(guān)系式代入（6-4 ）整理之，得凸2rL3、 grP九1/3udg ),qA0A0 =

36、140M3.1416M0.02M2=17.59m2,故 q0 =h =0.65619.8 2383000 990.22 0.6423295002=30102W/m217.591/3|L 601.410-6 0.02 30102= 16787W/(m2 K)140根管子按正方形排列,按內(nèi)表面計算的傳熱系數(shù):.140 -11.83, h0 =9052W/(m2 K)ka 二工 二m立h1d2=1430w/ m k工業(yè)h0 d0A1 =14.07m2,r =k1A1tm&m =26.7c,，,=1430M14.07父26.7 =537206W與熱平衡熱量=529500相差僅1.2%,上述計算

37、有效，另外從熱阻分析可知，凝結(jié) 側(cè)的溫度降為6C,故液膜平均溫度為 47 C,與假設(shè)值45c僅差2C,由此而引起的物性變 化又h0的影響液可忽略。如不考慮管壁熱阻，則k1 =1464w/ m k3=1464 14.07 26.7 =549979W與熱平衡熱量6=529500W相差僅3.6%,仍在工程計算允許的誤差范圍內(nèi)。換熱器校核計算10-20、已知：一臺1-2型殼管式換熱器用30 c的水來冷卻120 C的熱油（Co =210OW（kg k ）冷卻水流量為1.2kg/s，油流量為2kg/s k =275W/（m2 k ）,傳熱面積為 A = 20m2。求：水與油各自的出口溫度。總傳熱系數(shù)cp

38、=4174j/kg k,n解：設(shè)平均溫度為 40 C,(qmc)max2 21001.2 4174=0.83851= 0.5375w =2,1 +0.8385 + 1.305 父 1 + 0.18106利用習題24中提供的公式得1-0.18106102 -t”t2 -30=0.5375,t” =120 -0.5375 90 =71.6 = 0.8385120 -30C。120 -71.670.6 30 _t2” =30+0.838548.4 =70.6 c, t2m ='2=50."cp值與4174十分接近，故不必重算。10-21、在一臺逆流式水水換熱器中，流量為每小時13

39、500kg，總傳熱系數(shù) 水的出口溫度。L =87.59，流量為每小時 9000kg, t2 =32°C , 2解:設(shè)冷、熱水平均溫度分別為402和75c則可查得:cp1 =4191J/kg kcp2 =4174J/kg kk=1 740W/(m ,K),傳熱面積A=3.75m2,試確定熱(qmc)19000 4191B U0.6694NTU =kA1740 3.75 =0.6 2 3(qm*13500 4174(qmc)min 9 0 0 04 1 9/13 6 0 0s - NTU法，逆流換熱器的效能 為：1- ex p(-NTU )1 - Bl?八” - 1-BexP(-NTU)

40、1-BF0.409一 t -t又 ；=-1-= G =G - 1G -t2 ) =87.5-0.409 (87.5-32)t1 -t2= 64.8 C平均溫度驗算： Ffttm =(3 t1 )/2 =(87.5 64.8)/2 =76.15Lt1(qmc)11 = 'qm " =B= t2 =0.6694 (87.5-64.8) =15.20 C寸2(qmc)2rt2m 力*/2 =19.60冷熱流體平均溫度宦相差很小，計算將皴。10-22、欲采用套管式換熱器使熱水與冷水進行熱交換，并給出FFt1 =200，qM =0.0144kg/s, t? =35匕 qm2 = 0.0

41、233kg/s o 取總傳熱系數(shù)為 2 2k980W/(m K),A0.25m，試確定采用順流與逆流兩種布置時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65c和150 口C,則可查得:cp1 =4313J/kg k cp2=4183J/kg k(qmc)10.0144 4313B = m_2!0.637(qmC)20.0233 4183NTUkA(qmc)min980父0.25 =39450.1444 43138NTU法，順流換熱器的效能 為:1exp-NTU )1 - BE 八；=- =0.610又尸一t1 =3 一；(t1 -t2 )

42、= 200 -0.610 (200 -35)t1 - t2=99.4 C平均溫度驗算：tm =(L3 )/2 =(200 99.4)/2 =149.7FF*Ft2 =B(t1 -t1 ) t2 =0.637 (200 -99.4) 35 -99 CF并12m =&t2 )/2 =67 C與假設(shè)值相符合，所以 計算有效6=qm1c1&1 =0.0144 M 4313 M (200 -99.4)二 6248W(2)逆流換熱設(shè)冷、熱水平均溫度分 別為80nC和125C,則可查得:cp1 =4258J/kg k cp2 =4195J/kg k(qmc) 1 _ (qm©2.

43、kA0.0144 4258 =0.6280.0233 4195NTU 二(qmc)min980m0.25 .3 990.0144 4258由6-NTU法，逆流換熱器的效能 為:后 1- exp(-NTU)1B*091-Bexp(-NTU)21-BEt又；=t1 =t - ；(t1 -t2 ) -200-0.9 (200- 35)t1 -t2= 51.5 C平均溫度驗算：4叫& 一 (qmc)2t1m=(t1 t)/2 =(200 51.5)/2=125.8=B=t2 =0.628 (200-51.5) = 93.3 C12m =t2t2/2 = 128.3 C冷熱流體平均溫度與設(shè)定相差

44、很小，計算結(jié)果有效t2 = 12 t2 =93.3 35=128.3 C。-qm2Q t2 =0.0233 4195 93.3 = 9119W10-23、已知：為利用燃氣輪機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：燃氣的質(zhì)量流量為2kg/s,進口溫度t, = 325 C ,冷卻水質(zhì)量流量為0.5kg/s,2t,=25C, t” =150 C,按氣體側(cè)基管直徑的換熱面積為3.8m .燃氣物性可近似按附錄中標準煙氣的值查取。求：該條件下的總傳熱系數(shù)。12m 解t2' -t2”25 150'2二87.5,c p 2 = 4205 j ( kg k )換熱量：

45、J=qm2cp2 12 =262812Wo為確定煙氣的平均比熱需假設(shè)其出口溫度，設(shè)t” =205 ct1m325 205= 265 C, cp1 =1113.3j(kg k ),故(325 t” 卜2M111.3 = 262813t” 由此得262813= 325 2072 M111.3 C,與假設(shè)值十分接近，不必重復計算。tm cp175 -182 =178.5In(175/182) c,325 - 207150-25p 一一 0.393, R 一一 1.06325 - 25325 - 207D 2628122甲-0.91, . ：tm =0.91 178.5 =162.4, k =426W

46、 m2 kA.：tm3.8 162.4o10-24、已知：在習題10-15中，如果冷卻水流量增加 50%,但冷卻水和空氣的進口溫度、 空氣流量及傳熱面積均不變， 傳熱系數(shù)也認為不變， 問傳熱量可增加多少？為比較準確地獲得名值，1-2型換熱器可按下式計算；=2J1 十W 十(1 .W2 1/21+e*NTU(1+W2|/2： 1expLNTU(1+W2 )式中熱過程的機理來說，此時假定傳熱系數(shù)不變是否合理？傳熱量的增加主要是現(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，（qmC b氣35-16W =0.257原有的（qmC119 -45,增

47、加冷卻水量后此值為代入6計算式得： “0.7361（qm C）max ,從傳通過什么途徑實0.1711 ,增加水流量前的效能119-45=0.7184119 -16由式（9-17）可知，因為故傳熱量增加了2.5%,（qmCmin及t T保持不變,迪=1.0250.7184引起傳熱量增加的一個主要原因是冷卻水量增加后對數(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，因為此時空氣側(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：有一臺逆流套管式冷油器，冷卻水流量為 0.0639kg/s,進水溫度"=35C熱2油進口溫度為120 C,油的比熱容為2.1kj/（

48、kg*k）,傳熱面積為1.4m，總傳熱系數(shù)為2280W（m k）.如果油的出口溫度不得低于60 C,冷卻水的出口溫度不得高于85 C .求：該冷油器所能冷卻的最大油流量。解：最大的油流量相應于t” =85 C時的情形?，F(xiàn)以t2 =85C計算，最后檢驗t2是否能滿足要求。'=(qmC)2 t2" -t2, =1 335/0120 -85 - t- -35中 133500，=34kA 1.4黑280 C,因而得In120-85 '、.Lt” 35 )二3434ln即L ” -35120 -85 )-70,解此方程得1 " = 68 C > 60 C,故滿足

49、要求。qm油一=0.122Kg/s = 440Kg/h由此得熱阻的分析與分離Cp油t1 -t110-26、已知：有一臺液-液換熱器，甲、乙兩種介質(zhì)分別在管內(nèi)、外作強制對流換熱。試驗 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)，因為增加介質(zhì)甲的流速對傳熱系數(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)乙對總熱阻有舉足輕重的影響。10-27、已知：一臺逆流式換熱器剛投入工作時在下列參數(shù)下運行：1' = 360 C , ti" = 30° c,2t2 =30 C, t2 =200

50、 c , qmlCl =2500W/K,K=800 W（m k）.運行一年后發(fā)現(xiàn)，在 qmlCl 'qm2c2、及1、t2,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 C。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，tm270 -160ln 270/160= 210.2Ak：tm2500 360 一300 = 0.892m2800 210.2qm£ t2” -t2' 162 -30 qmT 飛-t；, - 360-年二tm283.4 -198In 283.4/198= 283.2 k ="'4Il=548

51、.2Wm2 kC, 0.892 M 238.2,360 - 30060qm2c2 =qm1G25008 824W/K200 -301 7 0.結(jié)垢后 ：.：，=qm2c2、t2 =882.4 162 -30 = 116471W 又25501=2.833,t=360 162-30 =313.4 882.42.8331111一 _=R,. R=一一 =1824 10 -1.25 10 W m2 kk” k548.2 800,10-28、已知：為了查明汽輪機凝汽器在運行過程中結(jié)垢所引起的熱阻，分別用潔凈的銅管及經(jīng)過運行已經(jīng)結(jié)垢的銅管進行了水蒸氣在管外凝結(jié)的試驗，測得了以下數(shù)據(jù)。（數(shù)據(jù)見書上習題）求：

52、已使用過的管子的水垢熱阻（按管外表面積計算）,10.5 14.1 解：(1)對清潔管，m -2- . c Cp =4189J 4 kg 永)換熱量中=qmCp, t = 21 .4910 3Wtm52.1-10.5)752.1 -14.1kn6A tmln52.1-10.552.1 -14.1_ 21.49 103-0.093 39.77-39.77= 581CW m2 k10.3 13.1 _結(jié)垢時，m 2. c, Cp =4190J kg k)換熱量=qmCpdt = 16.72父103 W二tm52.6 -10.3)T52.6 -13.1Inkn'52.6-10.3、i<5

53、2.6-13.1 J16.72 103= 40.88A tm0.091 40.88-4397W m2 k污垢熱阻11Z =kk04397 5810=5.53 10-m2 k/w10-29、已知：在一臺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（見書上習題）求：試用威爾遜圖解法決定蒸汽凝結(jié)時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。0.8解：設(shè)凝結(jié)換熱系數(shù)為h0,水側(cè)換熱系數(shù)hl =Clu ，則有：11c 1y =，-，a = 丁 Rw, x 二一08 這是形如y=a+bx的直線方程，kwh0u ?！?xy% xi y x2_4 2_= 1.8332 10 m K/W,Re = 一2 10111_ _ 52= 1.8018 10 m K/W142.一 =aRw =1.65302 10"m K/Wh