傳熱學(xué)第四版課后題標(biāo)準(zhǔn)答案第十章

1、傳熱學(xué)第四版課后題答案第十早作者:日期: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d0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=11ln(do/di)1hi di ii 2h0 d0 0 0得以管內(nèi)表面為基準(zhǔn)得傳熱系數(shù)：11 d11n(d0/d1)d1hi i i2h0d0 0 0管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)得計(jì) 算面積為di i管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)得計(jì)算面積為do 02、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

2、會(huì)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(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。答：傳熱壁面為平壁時(shí)，保溫總是起削弱傳熱的作用，加肋是否起強(qiáng)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(dǎo)順流或逆流換熱器的對數(shù)平均溫差計(jì)算式時(shí)做了

3、一些什么假設(shè)，這些假設(shè) 在推導(dǎo)的哪些環(huán)節(jié)中加以應(yīng)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qmiCi qm2c2、qmiG qm2c2及qmiCi qm2 c2三種情形，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：qmiCi(ti ti ) qm2c2。2 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

4、計(jì)算式推導(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)平土溫差時(shí)的基本假設(shè)，說明略。8、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)制對流

5、換熱、核態(tài)沸騰及膜狀凝結(jié)的基本思想。答：無相變強(qiáng)制對流換熱的強(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(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?；艿膶?dǎo)熱系數(shù)為。解：由熱量公式，單位 管長傳熱量:t1hi Atihi Afi i1 . 0 In 2i1hb Ar 0h Af 0tfi11hi Ai0i 2t f 0,

6、0In ih。A。式中，內(nèi)側(cè)肋面總效率0i外側(cè)肋面總效率:00=00AtiAfi0AtiAr0Af 00Af 0(1)65對外側(cè)總面積而言的傳 熱系數(shù)k,則有:= kA(tfi tf0)(1) (2)兩式得:1Aohi Ai oiAto , r0In 一ri1ho 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/( m2 *25.4mm,壁厚2mm,肋高15.8mm ,肋厚0.318mm,肋片中心線間距為 均用鋁做成，入=169W/ ( m*K)。12200W/( m2 * K)空氣K)o肋片管基管外徑為2.5

7、mm?；芘c肋片求：當(dāng)表面潔凈無垢時(shí)該肋片管的總傳熱系數(shù)。1An1Am hTT222 (11/2 )A0d0(s )3.1416 25.4169.1 4158.5(2.5 0.381)24327.6mm22 3.1416(12.7 15.8 0.381/2)2 12.72Aidl 3.141621.4 2.52168.1mm參數(shù):)1：)50.536川22.26由圖21皿得:f 0.78,A1f A2A00.789故得:10-3、k 50.2W/(m2*k)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2冷凝側(cè)的平均傳熱系數(shù)ho 5700W/(m K),管內(nèi)水側(cè)平均

8、的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hi(1)(2)24300W/(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)管子內(nèi)外表面均是潔凈的 管內(nèi)為海水，流速大于解：1/h0 1/57001m/s,結(jié)水垢，平均溫度小于 500C,蒸汽側(cè)有油。-421.7543 10 m K/W工區(qū)hi di 4300254 2一 2.643 10 m K/W20由參考文獻(xiàn)1,表91查得:海水污垢系數(shù)Rfi20.0001m2 K/W蒸汽含油污垢系數(shù)_2Rfo 0.0002m K /W黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)=109W/m K解：k d a1 A0NA(1)管子內(nèi)外表面均是潔凈 時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)k011 d0 . d0 1 d0一

9、 一Inh02 dihi di2200.9W/m2 K140.025 . 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。Rf0喈21302.1W/m2 K1250.0002 0.0001 -2200.92010-4、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(shí)間運(yùn)行結(jié)垢后的總傳熱系數(shù)值。解：水側(cè)h

10、l的計(jì)算40c 時(shí),流動(dòng)截面積0.635W/(m* k),v 0.659di22A - 0.785 0.034 4udRe 90967 v6210 m /s, pr 4.31_ 42 ,9.075 10 m ,Ui 1.763m/s一h 0.023 Re0.8 Pr0.4 7144w/(m2*k)米用式(5-54) ,d油側(cè)h0的計(jì)算2232A2 -(d2 d1 ) 1.57 10 3m2流動(dòng)的截面積：4u2 v1- 3.185m/s,0.1439w/(m* k),v 34.3 10 6m2/s,Pr 444A2Re u2d1 1857,h0 1.86-(RePrd-)1/3(uf )0.14

11、 vd l Uwl w近似的取為40 c,則：Uw 880.7 124.4 10 6kg/(m* s),Uf34.3 863.2 10 6kg/(m*s)0.14390.02 2/334.3 863.2 014于是 h 1.86 () (1857 444 年)()00.022880.7 124.2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:2224.8w/(m2*k)RRiR0tw tl0.0356(70 40) 0.0356 41.1 119.43 880.11重新計(jì)算得：h1 225.6w/(m2k)因而內(nèi)外壁都干凈時(shí),油，水側(cè)均結(jié)垢時(shí)，取 0-2k0 218

12、w/(m k)0.0002, 1 0.000212k0 173w/(m2 k).則 1/h0 (1/兒1)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24.6C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/(m2*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：1dod01ns16.369 10 3 3.495 10

13、6 8若管內(nèi)不強(qiáng)化，則按 D-B公式計(jì)算時(shí)：tf_ _2一5 6794.1w/(m * k).1027.2 c v 0.8613 10 6m2/s,h1d12 di ,取 =400W/(m*k),則有:0.613w/(m*k), pr 5.87,Re 17327Nu 0.023 1 73 2 7 0.8 5.87 04 114.8,h1 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(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：流與逆流布置。求：分別按qm1C1qm2c2及qm1C1qm2c2或qm1C1qm2c2,都只有如下一種圖

14、形，只是冷、熱流體的曲線斜率不同。10-7、已知：逆流式套管換熱器，qm1c1=qm2c2,滿足推導(dǎo)對數(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)槟媪鳎瑹崃黧w單相介質(zhì)部分的 qm1c1qm2c2.求：畫出冷、熱流體的溫度變化曲線。解：10-9、已知 ti300 C, t

15、1210 C,t2100 C, t2200 C，試計(jì)算下列流動(dòng)布置(1)(2)(3)(4)(5)順流布置。時(shí)換熱器的對數(shù)平均溫差:逆流布置；一次交叉，兩種流體均不混合；1 2型殼管式，熱流體在殼側(cè);2-4型殼管式，熱流體在殼側(cè);解:(1)t1t1210100110trtmt1 t 2t1 trln(t1/tr )300 200100110 100 104.9 C ln(110/100)2001000.5300 100t 1 t1R 300 2100.9200 100由參考文獻(xiàn)1,圖917查得= 0.92= 0.85tm 104.9 0.9296.5 C(3)由參考文獻(xiàn)1,圖915查得tm104

16、.9 0.8589.2 C(4)由參考文獻(xiàn)tm 104.91,圖916查得=0.970.97101.8 C(5兒t1t2300100 200trt1t2210200 10tmt1trln(t1 /tr) ln(200/10)10-10、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)的兩種安排對數(shù)平均溫差值有無差別？以上題中（3） （4）中情形為例，設(shè)熱流體在管側(cè)，重新計(jì)算其對數(shù)平均溫差。從這一計(jì)算中例可得出怎樣的推 斷。p解：（1） 1-2 型210 300100 3000.45, R100 200210 3001.111查圖9-15,0.85, tm 104.9

17、 0.85 89.2 c(2) 2-4 型,p 0.45, R 1.11，由圖 9-16,0.97, tm 104.9 0.97 101.8 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) 求證：流經(jīng)該通道后流體與平板間的換熱量為中h為常數(shù)。=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(t0 t)dx,令 t t0,2hx2hdx,由此得Ce qmcp,x CW,i ti t0,得則有qmcp2hxqmcp

18、 ie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(jìn)口處的烙, 故有：i qmc p 1 qmcp2hl1qmcp e 12hl qmcp t0t1 qmcp e 1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 b t，k a b t ,聯(lián)立解得t， t，,d tk a b t代人 d t uk tdA 見教材 P325，得:d tudAx.

19、a b t將此式從A=0到Ax做積分，得:11n a att，t/ a b t t，/ a b tuAx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:t t”k，t， k， 另一方面按u k，t， A一 In uAt， k，t，,u qm1c1qm2c2t1t1t2”t2t2)01 t2) t， t，的定義有：將此式代入上式，整理之，即得:k, t, k, tIn k, t, /(k, t,) o換熱器設(shè)計(jì)計(jì)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(dòng)，2t220 C，t250 C，流量為 3kg/s；熱油入口溫度為 600C，k 350W/(m

20、 K)。試計(jì)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c1 2148J/kg C,c2 4174J/kg C則qm1qm2c2 t2C1 t13 4174 (50 20) 4.37 kg / s2148 (100 60)qm12c2 t2 3 4174 (50 20) 375.66KW(3)t1 t1t2 60 20 40 Ctr t1 t2100 50 50 Ctmt1 trln(t1/tr)40 50ln(40/50)44.8 Ct2 t2t1t250 20100 200.375t1t1t2 t2100 6050 201.33

21、3PR 1.333 0.375 0.51/ R 1/1.333 0.75由參考文獻(xiàn)1，圖9 15查得=0.9tm = 44.8A k tm0.9 40.32 C3375.66 10350 40.32226.62m10-14、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7 355Pa的飽和水蒸氣，要求每小時(shí)內(nèi)冷250C，離開時(shí)為 350C。設(shè)傳熱系數(shù)為2k 84W/(m K)，問所需的傳熱面積是多少?解：由水的飽和壓力表 查得：ts 39.87 C，r 2407.3KJ / kgqm r_ 3 18 2407.3 103/3600 12036.5Wt1 ts

22、t239.87 25 14.87trts t239.87 35 4.878.96t1 tr 14.87 4.871mti/tr)ln(14.87/4.87)A K tm12036.51800 8.9620.74m210-15、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 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/(m2*k)求：所需的傳熱面積式多少。tm解：逆流溫度差為af里至51.72ln 84/29C,35 16 0.184 119 16,R 119 4535 163.89故查圖9-150.92 ,故對數(shù)平均溫

23、tm 51.72 0.9247.58 c空氣平均溫差為119 45 82C,Cp 1009J/kg*k空氣的換熱量19.6.c11960451009 24391WAo故需傳熱面積2439147.58 846.1m210-16、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(dòng)，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(dòng)，要求把它從 入口處的20c加熱到50c.煙氣物可按附錄中標(biāo)準(zhǔn)煙氣的物性值查取。水側(cè)的表面 傳熱系數(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

24、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, 度，因而管壁的平均溫度可取為水的平均溫20 5035Cv 27.17610煙 氣 ：2 .m /s,0.0357w/ m*tf100 200 150Pr 0.68,Reud0.03 30v 27.17 10 633125采用式(5-54)來估算，貝U Nu 0.023 Re0.8 Pr0.3 84.65一 84.65 0.03570.03h 100.7w/m*kd2u t 1947W4由 對 流 換 熱Aht dL 100.7 150 351947L 所以1.784m 3.1416 100.7 150 3510-17、已知：在一逆流式水

25、-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進(jìn)口溫度 t, 100 c出口溫度為t” 80 C,管外流過冷水，進(jìn)口溫度t2, 20 C,出口溫度 t2, 70C，總換熱量350KW ，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子。管壁導(dǎo)熱系數(shù)40w/ m*k ,管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0 1500w/ m*k ,管內(nèi)流體為一個(gè)流程。管子內(nèi)、外表面都是潔凈的。求：所需的管子長度。解：計(jì)算管內(nèi)平均換熱系數(shù)。tf1100 80902c u 314.9 106Kg/m*s, 0.68w/m*k,Pr 1.95cp 4208,qm 4159Kg/s Cp tRe4qm du4 4.159/533.1416 0.016 3

26、14.9 10 619830h 0.023Re0.8 Pr0.3 3273w/ m* kdka 965w/ m* k1_ 1dlh0h1 d1tm80 20100 70ln 60/3043.282C, A 8.38m2,A n dL,AL 2.80m. n d本題中冷熱流體總溫差為 %，故不必考慮溫差的修正。43.3 C，管外冷流體側(cè)占68%，管內(nèi)側(cè)約占3210-18、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(jìn)口處的560C升高到出口的940C。黃銅管成叉排布置，在每一

27、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:x 94 56” ” ctm111.32 56 3 . Cln111.32 94管外凝結(jié)換熱系數(shù)設(shè)管外壁溫度tw 105C,則tm查得凝結(jié)水物性參數(shù)為：l 952.3kg/m3263.2 10 6kg/m s(111.32 105)/20.685W/m K2235kJ / kg108.2 C對水平管外凝結(jié)換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0 0.729231/4gr l ld(ts tw) n0.729OQo1/4

28、9.8 2235 103 952.33 0.6283263.2(3)管內(nèi)換熱系數(shù) 由 tf (56 94)/210 6 0.02(111.32 105) 928809W/(m2 K)=0.671W/(m C)75 C查得水的物性參數(shù),=0.39 10 6m2/s, Pr2.38對管內(nèi)對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h10.023 Red0.6710.023 - 0.0180.80.4f Pr(1.4 0.018)0.8 2.380.4 8552W/(m2 K)0.39 10 6(4)熱阻：查參考文獻(xiàn)1,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 =131W/m

29、K) (d1/2 )ln(d2/d1) 8 10 6(5)傳熱系數(shù)d2ln5d1d2 1、( A)d1 h111 0.0001 8 10 88091743W /(m2 K)6201(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：k tm 1743h t 8809232.72 57030W/m2(111.32 105) 55673W / m2上述計(jì)算有效。A /(k(7)冷卻水量tm) 1.2 107/(1743 32.72) 210m2 水的比熱：cp 4191J/kg k1.2 107(8)流動(dòng)截面:qm2 Cp &水的密度t2 ) 4191

30、 (94 56)=974.8kg/ m375.355.52 10 2 m275.35kg/s單程管數(shù)n4Ald2u 974.8 1.44 5.52 10 23.14 0.0182217兩個(gè)流程共需管434管子長度l A2n d21077m434 3.14 0.02,冷卻水側(cè)為一程，估算凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠醤,設(shè) n=140。傳熱量可由凝結(jié)側(cè)確定:800 2383103/3600 529.5KW。為計(jì)算冷卻水出口溫度，需先假定其平均溫度, u 943.4 10 6kg/ m s,Pr 6.54,Cp設(shè)為23 c,貝U0.605w/ m k ,4181J/kg s，冷卻水進(jìn)口溫差:10-19、已知：

31、要設(shè)計(jì)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 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(jì)，冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，總的污垢熱阻取為20.0003 m K/W (按黃銅管內(nèi)表面積計(jì)算) 系數(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)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)加。Re 4qm 12050, ud4,f 0.80.410.80.4 _ _Nu 0.023Re Pr 0.023

32、 102056.5489.79.7 0.6050.0163392W /(m2 K)取tm 45 c,則990.2kg/m3,0.642W m k ,u601.4ht q/h的關(guān)系式代入（6-4）整理之，得0.65612 3grudg10 6 kg / m s ,1/3,q A0A。140 3.1416 0.02 2 17.59m2,故 q0295000.6561239.8 2383000 990.20.64217.591/3_230102W/m601.410 6 0.02 30102一 _216787W/(m K)140根管子按正方形排列,按內(nèi)表面計(jì)算的傳熱系數(shù):,140 11.83, hb_

33、29052W/(m K)kaA1 tmh1 14.07m2, 26.7C,1 - 1430w/ m k-lnd!”d2 h0 d0k1A tm1430 14.07 26.7 537206W與熱平衡熱量529500相差僅1.2%,上述計(jì)算有效，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k11464w/ m k1464 14.07 26.7 549979W與熱平衡熱量 換熱器校核計(jì)算529500W相差僅3.6%,仍在工程計(jì)算允許的誤差范圍內(nèi)。10-20、臺1-2型殼管式換熱器用30

34、c的水來冷卻120 C的熱油c0 2100W kg k_ _2k 275W / m k冷卻水流量為1.2kg/s油流量為2kg/s總傳熱系數(shù)，傳熱面積為A 20m2。求：水與油各自的出口溫度。cp解：設(shè)平均溫度為 40 C,4174j/ kg k ,qmc min2 2100利用習(xí)題24中提供的公式得102 t0.5375,t- 120120 300.5375t2” 30 0.8385 48.4 70.6 c,cP值與4174十分接近，故不必重算。qmc max1.2 41740.83850.8385 1.3059012m0.181061 0.1810610.537571.6Cot2302 0

35、.8385120 71.670.6 3050.3C,10-21、在一臺逆流式水水換熱器中，流量為每小時(shí)13 500kg，總傳熱系數(shù) 水的出口溫度。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 kc (qmC)19000 4191Bm-LL 0.6694NTU(qmC)2kA13500 41741740 3.75(qmC)min 9000 4191/3600NTU法，逆流換熱器的效能 為：0.623t187.5 C ,流量為每小時(shí) 9000kg, t232 C ,2,一k 1 740W/(m K),傳熱面積A=3.75m2,試確

36、定熱1- exp ( NTU )1 B =- 0.4091 Bexp ( NTU ) 1又 =ti t t1t1(t1 t2 ) 87.5 0.409 (87.5 32)t1 t264.8 C平均溫度驗(yàn)算：t1m (t1 t1 )/2 (87.5 64.8)/2 76.15，Qm1 B t2 0.6694 (87.5 64.8) 15.20 Ct2(qmc)2t2m t2t2/2 19.60冷熱流體平均溫度與設(shè)定相差很小，計(jì)算結(jié)果有效。10-22、欲采用套管式換熱器使熱水與冷水進(jìn)行熱交換，并給出t1200 C,qM 0.0144kg/s, t235 C,qm2 0.0233kg/s o 取總傳

37、熱系數(shù)為I- CCCIA，/21/ A 2 CU2k 980W/(m K)，A 0.25m，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:cp1 4313J/kg k cp2 4183J/kg kNTUQmC)19mC)20.0144 43130.0233 41830.637kA(qmc)min980 0.250.1444 43133.945NTU法，順流換熱器的效能 為:1exp( NTU)1 BTB0.610又 =t1 tt1t1(t1t2 ) 200 0.610 (200 35)

38、t1 t299.4 C平均溫度驗(yàn)算：t1m (L t1 )/2 (200 99.4)/2 149.7t2B(t1t1 ) t20.637 (200 99.4) 35 99 C12m(t2t2 )/2 67 C與假設(shè)值相符合，所以計(jì)算有效= qm1C1 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125 C,則可查得:Cp14258J/kg kcp2 4195J/kg k0.0233 4195kANTU (qmc)min980 0.253990.0144 4258(qmC)10.0144 4258m-0.628NTU法，逆流換熱器的

39、效能 為:1 exp ( NTU ) 1 B1 Bexp( NTU )2 10.9又 ，t1t1t1t1t2 ) 200 0.9 (200 35)51.5 C平均溫度驗(yàn)算:t1 mt1t2(t1t1 )/2(qmC)1b(qm*(200t251.5)/2 125.80.628 (200 51.5) 93.3 C12mt2t2/2 128.3 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 t2 0.0233 4195 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：

40、燃?xì)獾馁|(zhì)量流量為2kg/s,進(jìn)口溫度t,325 C,冷卻水質(zhì)量流量為 0.5kg/s,2t, 25 C，t, 150 C，按氣體側(cè)基管直徑的換熱面積為3.8m標(biāo)準(zhǔn)煙氣的值查取。求：該條件下的總傳熱系數(shù)。.燃?xì)馕镄钥山瓢锤戒浿? t2”25 150 87 5解 t2m22cCp2 4205 jkg 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 ct1m325 205265 c，Cp1 1113.3 j kg k 故 325t- 2 111.3 262813t”由此得325262813 2072 111.3 C，與假設(shè)值十分接近，不必重復(fù)計(jì)算。

41、tm cp175182ln 175/182178.5C,325 207150 25p 0.393, R 1.06325 25325 20726281220.91, tm 0.91 178.5 162.4, k 6-8426W m kA tm 3.8 162.410-24、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；C 1/212 1/2 1 exp NTU 1 W22 1 W 1 W21 exp NTU 1 W2qmc min式中熱過程的

42、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)，qmc max ,從傳通過什么途徑實(shí)W原有的qmc空氣qmc水方工0.257119 45,增加冷卻水量后此值為0.1711 ,代入計(jì)算式得:0.7361增加水流量前的效能119 45 0.7184119 16。由式（9-17）可知，因?yàn)楣蕚鳠崃吭黾恿?.5%,qmC min及t t保持不變,0.73611.0250.7184,引起傳熱量增加的一個(gè)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

43、為此時(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:油進(jìn)口溫度為有一臺逆流套管式冷油器，冷卻水流量為0.0639kg/s,進(jìn)水溫度 ti 35c熱 ,_.一一 .2120 C,油的比熱容為2.1kj/(kg*k),傳熱面積為1.4m，總傳熱系數(shù)為280W m 求：.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.解:該冷油器所能冷卻的最大油流量O最大的油流量相應(yīng)于t, 85 c時(shí)的情形?，F(xiàn)以t2,85 c計(jì)算,最后檢驗(yàn)t2是否能滿足要求。(qmC)2t2” t213350W133501.4 28034C,12085t,3534ln12085t,35因而

44、得c34ln 士二5120 8568-35 = 33 60C，故滿足要求。故成立qm油0.122Kg/s 440Kg/h由此得熱阻的分析與分離Cp油 t1t110-26、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(qiáng)制對流換熱。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(shí)在下列參數(shù)下運(yùn)行：ti360 C, ti300 C ,，2t2 30

45、C , t2200 C , qmlCl =2500W/K,K=800 W m k .運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)，在 qm1G、162 C,而熱流體的出口溫度則qm2c2、及ti、t2保持不變的情形下，冷流體只能被加熱到 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(shí)，tm270 160In 270/160210.2C2500 360 300A k tm800 210.20.892m2qm2c2qmG360 300200 30結(jié)垢后，qm2c2 t2又602500882.4W/K170.882.4 162 30116471Wqm1Gqm2 c2t2 t2 162 30 2550 t1

46、, t1, 360 t1, 882.412.833,t, 360 162 302.833313.4ctm-一 2548.2W m k283.4 198283.2 k*116471In 283.4/198c, 0.892 238.21 R, R - 1824 10 1 1.25 10 4W m2 k k548.2 80010-28、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：已使用過的管子的水垢熱阻（按管外表面積計(jì)算）tm解：（1）對清潔管，換熱量 q mc p t10.5 1

47、4.1212.3 c Cp 4189J/kgk21 .4910 3Wtm52.1 10.552.1 14.152.1 10.5 In 52.1 14.139.77CknA tm21.49 1030.093 39.775810W m2 kt 10.3 13117結(jié)垢時(shí)，tm 27 c, cp 4190J/kgk3換熱量qmCp t 16.72 10 Wtm52.6 10.352.6 13.1c40.8852.6 10.3 In 52.6 13.1cknA tm16.72 1030.091 40.884397W m2 k11污垢熱阻k ko1o-29、已知：在一臺潔凈水冷式冷凝器中, 數(shù)據(jù)如下（見

48、書上習(xí)題）4397 58105.53 10 4m2 k/wo保持換熱量及冷凝溫度不變而改變水速，測得求：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：設(shè)凝結(jié)換熱系數(shù)為ho,水側(cè)換熱系數(shù)hi0.8Clu ,則有:koho1doh d1hodoCd這是形如ybx的直線方程,1,a kwhoRw,xxy( 1 hox2x)2 x 一 1.8332102_m K/W,Re2 1o 1.801811110K/W_一 一 一 4a Rw 1.653。2 1。K /Who10426050W / m K1.65302。10-30、已知：在附圖所示的立式氨冷凝器的換熱過程中，冷卻水膜與壁面間的換熱規(guī)律可近似地表示為h1 Gqnml其中qm,l為單位圓周長度的質(zhì)量流量，而氨側(cè)凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠?/3系數(shù)可表示為ho c12q對于直徑為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）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:hiho按題意可列出:nC1q ml 1/3(1),G?q1(2),ko hoRw工A% A1(3),Rw為壁面熱阻。上式可改寫為:koRw qnmlA11 AoGCo A11/3q(4)。此式是形如ya bx的直線方程，取定一個(gè) n值，記為 “，可由此而得 5及co,記為G1及61 ；利用所得的C01 ,油