传热过程分析与换热器的热计算杨世铭陶文栓传热学第四版答案定稿版

传热过程分析与换热器的热计算杨世铭陶文栓传热学第四版答案

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第10章 传热过程分析与换热器的热计算

课堂讲解 课后作业

【10-3】一卧式冷凝器采用外径为25mm，壁厚1.5mm的黄铜管做成热表面。已知管

2h?5700W/(m?K)，管内水侧平均的表面传热系数0外冷凝侧的平均传热系数

hi?4300W/(m2?K)。试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数

(1) 管子内外表面均是洁净的

(2) 管内为海水，流速大于1m/s，结水垢，平均温度小于50℃，蒸汽侧有油。

【解】

【10-13】一台1-2型壳管式换热用来冷却11号润滑油。冷却水在管内流动，

??t2?20?C，t2?50?C，流量为3kg/s；热油入口温度为600C，k?350W/(m2?K)。试计

算：

(1) 油的流量；

(2) 所传递的热量；

(3) 所需的传热面积。

,【10-17】在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度t?100℃出口温度为

t,,?80℃；管外流过冷水，进口温度t2?20℃，出口温度t2?70℃；总换热量

,,,??350KW，共有53根内径为16mm、壁厚为1mm的管子。管壁导热系数

??40w/?m*k?，管外流体的表面传热系数h0?1500w/?m*k?，管内流体为一个流程。假

设管子内、外表面都是洁净的。试确定所需的管子长度。

【解】计算管内平均换热系数。

1?100?80??90?62℃ u?314.9?10Kg/?m*s?,??0.68w/?m*k?,Pr?1.95

tf??tm??80?20???100?70??43.282,A?8.38mA?n?dL, ln?60/30?℃，

本题中冷热流体总温差为43.3℃，管外冷流体侧占68﹪，管内侧约占32﹪，故不必考虑温差的修正。

【10-22】欲采用套管式换热器使热水与冷水进行热交换，并给出

??t1?200?C,qm1?0.0144kg/s,t2?35?C,qm2?0.0233kg/s。取总传热系数为

k?980W/(m2?K),A?0.25m2，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、

冷却水出口温度及换热器的效能。

【10-27】一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行：t1?360℃，

t1?300℃，t2?30℃，t2?200℃ ，qm1c1=2500W/K，K=800Wm2?k。运行一年后发

,,qcqcttm11m22现，在、、及1、2保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162℃，而热流,,,,,,??体的出口温度则高于300℃。 试确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。

【解】不结垢时，

?2500??360?300?270?160A???0.892m2?210.2k?tm800?210.2ln?270/160?℃，

?tm?qm2c2?qm1c1360?30060?2500?882.4W/K200?30170.

结垢后，??qm2c2?t2?882.4??162?30??116471W。

qm1c1t2?t2162?3025501,,?162?30??313.4?,???2.833,t?360?,,,,qc882.42.833360?t1又m22t1?t1℃

,,,?tm?283.4?198116471?283.2k*??548.2W?m2?k?ln?283.4/198?0.892?238.2℃，，

1111??R,?R???1824?10?1?1.25?10?4W?m2?k?,,k548.2800k。

【10-32】已知：一球状物体中，λ为绝缘材料的导热系数，h为球外表面的表面传热系数，假定为常数。求证：球状物体的临界表面绝缘半径为r?2?h。

【证明】设周围介质的温度为t∞，则通过空心球壁的传热量为

ri为球状物体的一内半径，该处的壁温为ti；r是外半径，此处视为变量。达到临界半径时，满足条件

即

由此得