17、对大空间的自然对流，通常取加热（或冷却）表面的 为特征尺寸。 答案：垂直高度
18、用套管换热器加热内管的空气，蒸汽在管间冷凝。现欲通过实验方法测定蒸汽和空气的给热系数，需用的主要仪器有 。 答案：热电偶温度计、水银温度计、流量计
19、柴油在圆形直管内作强制滞流流动，给热系数可用下式计算：。若流量和物性不变，将管内径减半后仍为滞流，
则管内对流传热系数变为原来的 倍。 答案：2
L???d???由??1.86di????????WS/???2?di??4??????????????????1/3Nu?1.86Re1/3Pr1/3(di)1/3(??W)0.14?Pr1/3(diL)1/3(??W)0.14分析：
知 ??d?
?1?1/3?1/3?d?1?故??2?
20、传热效率随传热单元数的增加而 ，但最后趋于一定值。 答案：增大
（三） 计算题
1、某流体通过内径为100mm圆管时的流传热系数为120W/(m2·℃),流体流动的
0.80.4雷诺数Re=1.2×105,此时的对流传热系数关联式为Nu?0.023RePr。
今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1：3的矩形扁管，而保持流速不变，试问对流传热系数有何变化？ 解：由对流传热系数?的计算公式：
??0.023??du???d????0.81?1?()?2?2''Pr0.4
当物性不变时??u0.8d?0.2 ∵u不变， ∴? 求扁管的当量直径de：
设a、b，分别为矩形截面的宽与长
a?d?0.2
由题意b解之
a??13 2(a?b)??d
b?3?d8?d8
?d8?3?d8?316de?4ab2(a?b)2???d2?d?316?3.14?0.005?0.0295m∴
6
设?、??分别为圆管与扁管的对流传热系数，则
aa'
2∴ ?'=1.11?=1.11?100=111W/(m?℃)
对流传热系数由原来的100W/(m2·℃)，增至现在的111 W/(m2·℃)。
分析：由以上的计算可以看出，由于矩形扁管的当量直径小于同周长圆的直径，其对流传热系数大于后者。因此用非圆形管道制成的换热器（如最近开发的螺旋扁管换热器），一般都具有高效的特点。
2、一立式换热器规格如下：管长3m，管数30根，管径为 φ25×2.5mm，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却CS2饱和蒸气，使之从饱和温度46 ℃ 降至10 ℃，走管外，其流量W=0.07kg/s，其冷凝潜热为356kJ/kg，比热容为1.05kW/(kg℃) 。水走管内，且与CS2呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ℃ 和30℃。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为K1=200W/(m2·℃)和K2=100 W/(m2·℃)。问此换热器是否合用？
分析：判断一台换热器是否合用，一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法，本例采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，比较二者后即可以得出结论。本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积A1和冷却段所需面积A2，而A1、A2的求得又须以Δtm1、Δtm2为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却段的温度t。 解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：
A?n?d0L?30?3.14?0.025?3?7.07m2?(dde)0.2?(0.050.0295)0.2?1.11（2）求所需的传热面积 ① 冷凝段与冷却段的传热量
Q?W?r?0.07?356?24.9kW
Q2?WhcPh?Ts?T2??0.07?1.05?46?10??2065kW
水 ②两段的平均温差 总传热量：Q?Q1?Q2冷却水用量
Wc?QCpc?t2?t1??
K1 CS2 ?24.9?2.65?27.5kW
K2 冷凝段
27.54.18??30?5??0.263kg/s冷却水离开冷却段的温度
t?t1?Q2WCCpC?5?2.650.263?4.18?7.4
水 冷却段
℃
冷凝段的平均温差 46?46℃
3016
CS2
?7.438.6?tm1?38.6?16ln38.616?16.4℃ ℃
7
冷却段的平均温差 46?46℃
7.438.6?55?tm2?38.6?5ln38.65?16.4℃
③所需传热面积 冷凝段 冷却段
'
3A1?Q1K1?tm1Q2K2?tm2?24.9?10200?25.72.65?103?4.84m2
?1.61m2A2??100?16.42
A>A，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。
3、将流量为2200kg/h的空气在蒸汽预热器内从20℃加热到80℃。空气在管内作湍流流动，116℃的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加20%，而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才能完成新的生产任务？请作出定量计算（要求：换热器的根数不作变化）
分析：由传热基本方程Q?KA?tm着眼考虑：空气流量增加20%而进出口温度不变，即Q增加20%。因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数,所以总传热系数K接近空气的对流传热系数。空气流量增加后，总传热系数增大，但其增大的幅度不能满足热负荷增大的要求，故可以改变的只有Δtm及A。 解： ??蒸汽?K??空气???空气A??A1?A2?4.84?1.61?6.45m，又管壁较薄可忽略其热阻
0.4
?dRe0.8?空气?0.023Pr?0.023?d?d?Ws/??4???0.8?Pr0.4d2
在物性不变的前提下 由题意，n为常数
?空气?C1WAd0.81.8(a)
?Q?K?A?tm???n?dL??tm
（b）
（a）、（b）二式中C1、C2均为比例系数。 设“1”，“2”分别代表工况改变前后的情况，由（b）式：
d0.8?将（a）式代入：
Q?C2WA0.8??tm?LQ2Q1?WA?2???W?A1???0.80.8?L2??d1????L??d?1??20.8????0.8?tm?tm21?1.2L2?d1????L1?d2???tm?tm21
8
Q2Q1?‘t2?t1已知：1.2 ’?KA100?tln 100?t(b)
100?t比较（a）、（b）二式得 2ln100?tt2?t1?’ K?tmK
将已知数据代入
100?301483(35?30) ln?‘2?909?67.5100?t2
1‘212?0.0604增加冷凝量为 W‘Q‘2WcCpc(t‘2?t1)2?(34.1?30)????1.64 WQWcCp(t2?t1)35?30c
即蒸气冷凝量增加了64％。此例可以帮助我们加深对控制热阻的理解。
由于原来的冷却水出口温度已经很低，冷却水流量加倍后，平均温差即传
'热推动力增加很少，这可由t2与t2的比较看出。但因蒸气冷凝给热系数远大于冷却水的对流传热系数，所以管内对流传热热阻就成为整个冷凝过程的控制热阻。冷却水流量加倍后，管内对流传热系数增大到原来的20.8?1.74倍，控制热阻相应降低，导致总传热系数几乎以与管内对流传热系数相同的幅度增大，结果使冷凝液大量增加，由此可见，降低控制热阻，是增大传热速率的一个重要途径。 4、废热锅炉由?25mm?2.5mm的锅炉钢管组成。管外为水沸腾，绝对压强为2.8MPa，管内走合成转化气，温度由550℃降至450℃。已知转化气一侧，
22?1?250W/(m?℃）水侧?0?10000W/(m?℃）。若忽略污垢热阻，求换热管的壁温
?
t‘2?34.1?C及tw。
解：方法一：
（1） 先求总传热系数（以管子内表面为基准） di11bKi=242W/(m2·℃) （2） 平均温度差
2.8MPa下水的饱和温度为230℃。 ∴
（3）热通量
TwKi???i???dm45??di?odo?110000?202512500.00252025?0.004?0.0000495?0.00008?0.00413?tm?(550?230)?(450?230)2?270?C2qi?QAi?Ki?tm?242?270?65.3kW/m9
qo?QAo?Ko?tm?Ki2025dido?tm2?242??270?52.3kW/m（4）管壁温度
1） 先着眼于管内的对流传热。 由牛顿冷却定律： ?i(Tqi? 又
Tw?T?qiT?23?Tw)?500?C550?450?i?500?65.3?10250?239℃
②再眼于管外的对流传热
tw?t?q0?0?230?52.3?10100003?235℃
方法二：
(1) 先求传热过程的总热阻及分热阻（基于内表面）
R??12501K?R1?R2?R3??0.002545?2022.5?1?i?bdi?dm20?di?0d010000?25?0.004?0.0000495?0.000082
=0.00413(m℃)/W
(2) 再求管壁温度
在连续传热过程中，温降与热阻成正比。故
T?TWT?t?R1tW?tRT?t?R3R
550?4502已知：t = 2300c T =
R1= 500℃ ℃
∴ tw = T- =
500?0.0040.00413R(T?t)(500?230)?239R3tw = t +
230?R(T?t)
0.00080.00413=℃ 两种解法结果相同
分析：由于管内外水沸腾传热系数较大，管内合成转化气对流传热系数相对要
10
?(500?230)?235
百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说教育文库第四章 传热习题(2)在线全文阅读。
相关推荐：