傳熱學(xué)第四版課后題答案第十章知識(shí)講解

傳熱學(xué)第四版課后題答案第十章知識(shí)講解

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(shuō)明管內(nèi)、外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算面積。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(huì)強(qiáng)化其傳熱而肋片反而會(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(wèn)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(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算式時(shí)做了一些什么假設(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(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：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)算式推導(dǎo)過(guò)程為例予以說(shuō)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(shuō)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)程中，出口溫度對(duì)傳熱系數(shù)的影響是通過(guò)定性溫度來(lái)體現(xiàn)的，遠(yuǎn)沒(méi)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(jiǎn)明語(yǔ)言說(shuō)明強(qiáng)化單相強(qiáng)制對(duì)流換熱、核態(tài)沸騰及膜狀凝結(jié)的基本思想。答：無(wú)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?；艿膶?dǎo)熱系數(shù)為。10-2、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/(㎡*K)空氣橫向掠過(guò)管外，按總外表面面積計(jì)算的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為72.3W/(㎡*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?；芘c肋片均用鋁做成，λ=169W/（m*K）。求：當(dāng)表面潔凈無(wú)垢時(shí)該肋片管的總傳熱系數(shù)。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)，管內(nèi)水側(cè)平均的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。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500C，蒸汽側(cè)有油。10-4、已知：一套管式換熱器長(zhǎng)2m，外殼內(nèi)徑為6cm,內(nèi)管外直徑為4m，厚3mm。內(nèi)管中流過(guò)冷卻水，平均溫度為40℃，流量為0.0016㎡/s。14號(hào)潤(rùn)滑油以平均溫度70℃流過(guò)環(huán)行空間，流量為0.005㎡/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(zhǎng)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40℃時(shí)，流動(dòng)截面積采用式（5-54），油側(cè)的計(jì)算流動(dòng)的截面積：近似的取為40℃，則：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：油，水側(cè)均結(jié)垢時(shí)，取則10-5、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(zhǎng)1.0m。在一次試驗(yàn)中測(cè)得冷卻水進(jìn)出口溫度分別為24.6℃及29.2℃，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1.82×104W/(m2*K),管外凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為1.25×104W/(m2*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。解：，取=400W/(m*k),則有：若管內(nèi)不強(qiáng)化，則按D-B公式計(jì)算時(shí)：℃，內(nèi)側(cè)熱阻變?yōu)榭梢娙绮粡?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(shuō)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(wú)論qm1c1>qm2c2或qm1c1<qm2c2，都只有如下一種圖形，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(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(guò)熱水蒸氣來(lái)加熱給水（電廠中把送到鍋爐中去的水稱為給水）。過(guò)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(guò)冷水，冷熱流體的總流向?yàn)槟媪?，熱流體單相介質(zhì)部分的qm1c1<qm2c2.求：畫出冷、熱流體的溫度變化曲線。解：

10-9、已知，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。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(duì)數(shù)平均溫差值有無(wú)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(duì)數(shù)平均溫差。從這一計(jì)算中例可得出怎樣的推斷。解：（1）1-2型查圖9-15，℃（2）2-4型，由圖9-16，℃10-11、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(zhǎng)為l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Ф=qmcp(t0-t1)(1-e-2h/(q)證明：如圖示，對(duì)長(zhǎng)為dx的微元段，可以列出以下熱平衡式：則有流體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)為L(zhǎng)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：。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)。證明：由，聯(lián)立解得，將將此式從A=0到做積分，得：即將此式應(yīng)用于換熱器流體出口處，即=A處并將a的表達(dá)式代入，得：，另一方面按u的定義有：將此式代入上式，整理之，即得：。換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算10-13、一臺(tái)1－2型殼管式換熱用來(lái)冷卻11號(hào)潤(rùn)滑油。冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，，流量為3kg/s；熱油入口溫度為600C，。試計(jì)算：（1）油的流量；（2）所傳騠遞熱量；（3）所需的傳熱面積。10-14、一個(gè)殼側(cè)為一程的殼管式換熱器用來(lái)冷凝7355Pa的飽和水蒸氣，要求每小時(shí)內(nèi)冷凝18kg蒸汽。進(jìn)入換熱器的冷卻水的溫度為250C，離開時(shí)為350C。設(shè)傳熱系數(shù)為，問(wèn)所需的傳熱面積是多少？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16℃升高到35℃，管外空氣從119℃下降到45℃，空氣流量為19.6kg/min，換熱器的總傳熱系數(shù)K=84求：所需的傳熱面積式多少。解：逆流溫度差為℃，，故查圖9-15，，故對(duì)數(shù)平均溫差℃空氣平均溫差為℃，空氣的換熱量，故需傳熱面積。10-16、已知：某工廠為了利用廢氣來(lái)加熱生活用水，自制了一臺(tái)簡(jiǎn)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200℃，出口溫度取為100℃。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℃加熱到50℃.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?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(zhǎng)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，即℃對(duì)于煙氣：℃，，采用式（5-54）來(lái)估算，則，由對(duì)流換熱公式：所以。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℃出口溫度為℃，管外流過(guò)冷水，進(jìn)口溫度℃，出口溫度℃，總換熱量，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子。管壁導(dǎo)熱系數(shù)，管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，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(zhǎng)度。解：計(jì)算管內(nèi)平均換熱系數(shù)?！妗妫绢}中冷熱流體總溫差為43.3℃，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1.5×105Pa的無(wú)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(guò)處理的循環(huán)水在外徑為20mm、壁厚為1mm的黃銅管內(nèi)流過(guò)，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(zhǎng)、管子數(shù)及冷卻水量。傳熱量。10-19、已知：要設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式冷凝器去凝結(jié)50℃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℃.已知有一些外徑為20mm、壁厚2mm的黃銅管，每根長(zhǎng)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0.0003（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。傳熱量可由凝結(jié)側(cè)確定：。為計(jì)算冷卻水出口溫度，需先假定其平均溫度，設(shè)為23℃，則，冷卻水進(jìn)口溫差：℃，即平均溫度為23.17℃，與假定值十分接近。水側(cè)換熱系數(shù)。水蒸氣凝結(jié)系數(shù)。取℃，則，將的關(guān)系式代入（6-4）整理之，得，故140根管子按正方形排列，按內(nèi)表面計(jì)算的傳熱系數(shù)：℃，與熱平衡熱量相差僅％，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6℃，故液膜平均溫度為47℃，與假設(shè)值45℃僅差2℃，由此而引起的物性變化對(duì)的影響液可忽略。如不考慮管壁熱阻，則與熱平衡熱量相差僅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30℃的水來(lái)冷卻120℃的熱油，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。求：水與油各自的出口溫度。解：設(shè)平均溫度為40℃，利用習(xí)題24中提供的公式得℃。℃，℃，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，，流量為每小時(shí)9000kg，，流量為每小時(shí)13500kg，總傳熱系數(shù)，傳熱面積A=3.75m2,試確定熱水的出口溫度。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。取總傳熱系數(shù)為，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。10-23、已知：為利用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣來(lái)加熱高壓水，采用1-2型肋片管換熱器。在一此測(cè)定中得出：燃?xì)獾馁|(zhì)量流量為2kg/s,進(jìn)口溫度325℃，冷卻水質(zhì)量流量為0.5kg/s,℃，℃，按氣體側(cè)基管直徑的換熱面積為3.8.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)。解℃換熱量。為確定煙氣的平均比熱需假設(shè)其出口溫度，設(shè)℃℃，，故由此得℃，與假設(shè)值十分接近，不必重復(fù)計(jì)算?！妫?。10-24、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(wèn)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；式中，從傳熱過(guò)程的機(jī)理來(lái)說(shuō)，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(guò)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)，原有的，增加冷卻水量后此值為0.1711，代入計(jì)算式得：增加水流量前的效能。由式（9-17）可知，因?yàn)楸３植蛔?，，故傳熱量增加?.5％，引起傳熱量增加的一個(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℃熱油進(jìn)口溫度為120℃，油的比熱容為2.1kj/(kg*k)，傳熱面積為1.4，總傳熱系數(shù)為280.如果油的出口溫度不得低于60℃，冷卻水的出口溫度不得高于85℃.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℃時(shí)的情形。現(xiàn)以℃計(jì)算，最后檢驗(yàn)是否能滿足要求?！?，因而得℃即，解此方程得℃＞60℃，故滿足要求。68-35=33<35故成立由此得。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(cè)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(shuō)明介質(zhì)乙對(duì)總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：℃，℃，℃，℃，=2500W/K,K=800.運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)，在、、及、保持不變的情形下，冷流體只能被加熱到162℃，而熱流體的出口溫度則高于300℃。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)，℃,.結(jié)垢后，。又℃℃，，。10-28、已知：為了查明汽輪機(jī)凝汽器在運(yùn)行過(guò)程中結(jié)垢所引起的熱阻，分別用潔凈的銅管及經(jīng)過(guò)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(cè)得了以下數(shù)據(jù)。（數(shù)據(jù)見書上習(xí)題）求：已使用過(guò)的管子的水垢熱阻（按管外表面積計(jì)算）解：（1）對(duì)清潔管，℃換熱量℃（2）結(jié)垢時(shí)，℃，℃污垢熱阻。10-29、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(cè)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：設(shè)凝結(jié)換熱系數(shù)為，水側(cè)換熱系數(shù)，則有：，這是形如的直線方程，。，。10-30、已知：在附圖所示的立式氨冷凝器的換熱過(guò)程中，冷卻水膜與壁面間的換熱規(guī)律可近似地表示為其中為單位圓周長(zhǎng)度的質(zhì)量流量，而氨側(cè)凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可表示為對(duì)于直徑為51mm，厚3mm的光滑潔凈的鋼管，試驗(yàn)測(cè)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：按題意可列出：————（1），——————(2),——————（3），為壁面熱阻。上式可改寫為：——————（4）。此式是形如的直線方程，取定一個(gè)n值，記為，可由此而得及，記為及；利用所得的，油式（2）可算出各工況下的，記為，于是可利用（3）式分離出各工況下的，記為，對(duì)（1）取對(duì)數(shù)得，此式又可看成是以為自變量，為因變量的直線方程，于是利用最小二乘法方法可得出及n的值，分別記為及，如果與的偏差及及的偏差小于允許值，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)，，K的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值間的最大相對(duì)偏差小于3.3％.。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(cè)得了以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，冷卻水進(jìn)、出口溫度分別為26.4℃及30.7℃，平均水速為1.05m/s（按管直徑計(jì)算）R22的飽和溫度為40℃：管直徑為19/16.4mm；基于管內(nèi)表面積的水側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為.。管子材料為銅，表面清潔無(wú)污垢。求：基于管外表面積的凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解℃，℃?zhèn)鳠岬膹?qiáng)化與削弱10-32、已知：一球狀物體中，為絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)，h為球外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，假定為常數(shù)。求證：球狀物體的臨界表面絕緣半徑為證明：設(shè)周圍介質(zhì)的溫度為則該球狀物體的熱量為，為球狀物體的一內(nèi)半徑，該處的壁溫為是外半徑，此處視為變量，達(dá)到臨界半徑時(shí)，這導(dǎo)致即由此得。于是得球狀物體的臨界表面絕緣半徑為。10-33、已知：一外徑為400mm的細(xì)長(zhǎng)殼管式換熱器水平地?cái)R置于20℃的房間內(nèi)，殼側(cè)的平均壁溫為200℃.由于投產(chǎn)倉(cāng)促，外殼尚未包保溫材料，但涂有一層祝紅漆。求：估算在此條件下每平方米外殼上的散熱量。解：殼側(cè)流體與殼間的傳熱系數(shù)一般遠(yuǎn)較殼外空氣的自然對(duì)流要強(qiáng)烈，故可近似的取為外殼溫度為200℃，則℃。。。10-34、已知：在上題中，估算當(dāng)外殼包了一層50mm的絕緣材料時(shí)每平方米面積上的散熱損失。絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)，其余條件不變。求：此時(shí)的保溫效率是多少？解：設(shè)此時(shí)絕緣層外表面溫度為60℃，則℃?？諝馕镄?，，。。從絕緣層導(dǎo)熱可以得出，。與相差大于5％，已為一般工程計(jì)算所不允許，重設(shè)外表面溫度為64℃，則僅變化2℃，故物性可仍取原值。。。與相差2％，故此次計(jì)算有效。散熱損失可取為，保溫效率。10-35、已知：在室溫為20oC的房間內(nèi)，橫穿過(guò)一根高溫管道。管道外徑為90mm，外包兩層絕熱材料。第一次為厚90mm的B級(jí)硅藻土制品，第二層為厚30mm的粉煤灰泡沫轉(zhuǎn)，外面再用很薄的石棉紙包裹。設(shè)石棉紙外壁溫度為60oC。求：第二層絕熱材料的最高溫度是否在允許的范圍以內(nèi)?解：為了確定界面溫度需要計(jì)算單位長(zhǎng)度上的散熱量。外表面上的散熱由自然對(duì)流以及輻射兩種方式組成，空氣物性=0.0276W/(m·K),v=16.96×10λ-6m2/s,Pr=0.699,單位長(zhǎng)度上的散熱量為確定界面溫度，需先設(shè)置界面溫度為以確定導(dǎo)熱系數(shù)。設(shè)界面溫度為170oC。則界面溫度為115.8+60=175.8oC，與假定相差6oC，重新設(shè)界面溫度為170oC。則與假定的175oC十分相近，可見界面溫度沒(méi)有超過(guò)允許值。10-36、已知：對(duì)一種用于制冷劑R22冷凝的雙側(cè)強(qiáng)化管，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的水平放置時(shí)的換熱參數(shù)如下表所示（冷凝溫度為40oC）。其中h1，h0分別按坯管內(nèi)、外表面積計(jì)算。坯管內(nèi)徑為16.4mm，外徑為19mm，材料為銅。工況進(jìn)水溫度t'1(oC)出水溫度t"2(oC)平均水速U(m/s)管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1[W/(m2·K)]管外面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0[W/(m2·K)]120.1430.350.521.125×1049.754×104226.4330.741.052.249×1041.240×104327.2130.521.503.097×1041.269×104428.5531.012.084.284×1041.354×104求：（1）計(jì)算4中工況下雙側(cè)強(qiáng)化管的總傳熱系數(shù)。設(shè)內(nèi)外表面均無(wú)污垢。（2）在相同的冷凝溫度、平均水速及進(jìn)口水溫下對(duì)平均放置的坯管進(jìn)行第2種工況的傳熱計(jì)算，確定其內(nèi)、外側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，進(jìn)而計(jì)算相應(yīng)的總傳熱系數(shù)，以確認(rèn)雙側(cè)強(qiáng)化管的強(qiáng)換傳熱的性能。管子的長(zhǎng)度取為1m。所有計(jì)算均對(duì)坯管尺寸進(jìn)行。解：先計(jì)算雙側(cè)強(qiáng)化管四種情況下的Ka值，Ka=工況11.0252×10-41.02982.0899×10-428.0645×10-55.15121.35647×10-437.8802×10-53.74071.19699×10-447.3855×10-52.70421.04392×10-4相同進(jìn)口水溫、進(jìn)口水速及t對(duì)坯管的計(jì)算需采用迭代方式。迭代計(jì)算順序?yàn)椋涸O(shè)一個(gè)也可采用以下簡(jiǎn)化方法：（1）把凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式由以冷凝溫度作為液膜的定性溫度，可以做如下迭代計(jì)算：（1）假設(shè)，由水側(cè)得熱平衡熱量；（2）由對(duì)第二個(gè)工況，假定水的進(jìn)出口溫差分別為0.5oC、1.0oC、1.5oC，進(jìn)行計(jì)算，為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)三種工況下定性溫度均為27oC，則有：以上計(jì)算表明，在水的進(jìn)口溫差為1.0oC及1.5oC之間，有個(gè)交點(diǎn)。由于與幾乎成線性關(guān)系，在所計(jì)算的溫度變化范圍內(nèi)也幾乎與成線性關(guān)系，故用線性差值公式找出使的。

10-37、已知：在文獻(xiàn)[49]中如對(duì)附圖所示的平直翅片管束外的空氣掠流動(dòng)得出了如下準(zhǔn)側(cè)方程（4排的平均特性）：Nu=0.480Re0.489（560＜Re＜5x103）、其中，特征長(zhǎng)度取管子外徑，Re數(shù)中的流速為垂直流動(dòng)方向上最窄截面處的速度，定性溫度為進(jìn)口與出口截面上氣流溫度的平均值，空氣側(cè)的換熱面積按總表面面積（計(jì)及肋效率）計(jì)算。今用這種翅片管制成高30cm的R134a蒸汽的冷凝器，R134a的飽和蒸汽在管內(nèi)冷凝，管子豎直放置，進(jìn)風(fēng)面上共10排管子，流動(dòng)方向?yàn)?排，來(lái)流空氣的溫度為25℃，迎面風(fēng)速（即空氣進(jìn)入換熱器前的風(fēng)速）為2.0m/s。這種翅片的效率計(jì)算比較復(fù)雜，這里近似地取0.9。風(fēng)道的截面尺寸為0.3mx0.265m。求：每秒鐘內(nèi)R134a的凝結(jié)量的大小，并比較采用光管時(shí)的凝結(jié)量。解：假定空氣出口溫度為34.5℃，則℃，近似以30℃計(jì)?？諝獾奈镄詾?。最窄截面流速為，略去密度變化引起的流速變化，Re=，空氣側(cè)總傳熱面積=從空氣側(cè)熱平衡：折算到管內(nèi)熱流：40℃R134a物性：總熱阻=℃，與相差小于4%，計(jì)算有效。取換熱量為1779，凝結(jié)量為：。采用光管時(shí)，空氣這側(cè)換熱的熱阻大大增加，凝結(jié)熱阻已可略而不計(jì)，取25℃的物性計(jì)算：按茹氏公式，略去的影響：，℃，、相差大于4%，重算。℃。設(shè)空氣進(jìn)出口=2.2℃，℃，按此計(jì)算物性：℃，兩者相差為2.2%，可以成立。取僅原來(lái)的25%。10-38、已知：文獻(xiàn)[49]中還對(duì)開縫翅片管束的換熱器經(jīng)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定，測(cè)得空氣側(cè)平均換熱的特征方程為開縫翅片的肋效率較不開縫時(shí)要小一些，可取為不開縫時(shí)的95%。求：用這些開縫翅片管束重新經(jīng)行上題的計(jì)算。解：經(jīng)過(guò)數(shù)次試湊計(jì)算，取t"=36.3oC，tm=30.65oC，空氣物性按30oC計(jì)算：

比平直翅片提高了約19%。傳熱問(wèn)題綜合分析10-39、試分析保溫瓶瓶膽的熱量散失途徑，并指出在制造膽瓶時(shí)采用了那些措施來(lái)減少熱損失。解：熱量散失的途徑（1）通過(guò)夾層的輻射換熱（2）通過(guò)瓶塞的導(dǎo)熱（3）通過(guò)石棉粒的導(dǎo)熱。通過(guò)夾層的導(dǎo)熱可以不計(jì)。采用的措施：（1）夾空層真空（2）夾層內(nèi)涂壁以反射率高的薄層。10-40、已知：直徑為=50mm，壁厚的鍋爐水冷壁管中流過(guò)溫度為315oC的沸騰水，管壁導(dǎo)熱系數(shù)=λ。爐膛中的火焰、煙氣及爐墻對(duì)水冷壁管輻射換熱的綜合效果可用溫度K0051=ωT的環(huán)境來(lái)代替，水冷壁管外表面的8.0=ε，對(duì)流作用可不計(jì)。求:其內(nèi)、外表面潔凈時(shí)單位長(zhǎng)度上的換熱量。解：因水沸騰換熱十分的強(qiáng)烈，其熱阻作為估算可以忽略，即513=ωToC。管子外壁單位長(zhǎng)度上與爐膛的換熱量：

10-41已知：在上題中，如果水冷壁管外壁均勻的結(jié)了一層厚2mm的灰垢，其中其余條件不變。求：重新計(jì)算單位長(zhǎng)度的換熱量。解：解得=1435K，單位長(zhǎng)度換熱量為：。10-42、一蒸汽管道的保溫層外包了油毛氈，表面溫度為330K，外徑為0.32m。該管道水平地穿過(guò)室溫為220C的房間，在房間內(nèi)的長(zhǎng)度為6m。試計(jì)算蒸汽管道在該房間內(nèi)的總散熱量。10-43、已知：一塊表面積為A的平板埋于絕熱材料中（如附圖所示）。初始時(shí)與溫度為T的氣流處于平衡狀態(tài)，后突然受到投入輻射G的在作用。平板對(duì)G的吸收比為α1，自身輻射的發(fā)射率為ξ，平板的熱容量為mc。此時(shí)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h。取G=3000W/m2，α1=0.8，ξ=0.9，T=300K，mc=20400J/K，h=50W/(m3.K)。求：試按集總參數(shù)法導(dǎo)出平板溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系式，及當(dāng)平板又一次處于穩(wěn)態(tài)工況時(shí)的溫度值。10-44、已知：設(shè)發(fā)熱表面上一個(gè)直徑為d的圓柱形散熱肋片被水平的置于溫度為t的環(huán)境中（見習(xí)題2-51附圖），肋片與周圍空氣發(fā)生自然對(duì)流換熱。肋片表面的發(fā)射率為ξ，