传热学第五版课后习题答案

hx?535.1?W/m2?K?

12001000800600400200000.10.2对流换热系数随板长的变化0.30.40.5

第六章

6-17 黄铜管式冷凝器内径12.6mm，管内水流速1.8m/s，壁温维持80℃，冷却水进出口温度分别为28℃和34℃，管长l/d>20，请用不同的关联式计算表面传热系数。 解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为

?80?28???80?34??48.94?C冷?t???t???t????ln??t?/?t???ln??80?28?/?80?34??却水的平均温度为tf?tw??t=80-48.94=31.06??C?

由附录3查物性，水在tf及tw下的物性参数为：

tf=31℃时, λf＝0.6207 W/(m·K), νf=7.904×10-7m2/s,

Prf=5.31, μf=7.8668×10-4N s/m2 tw=80℃时, μw=3.551×10-4N s/m2。所以

Ref?d?um0.0126?1.8??28700?10000 -7vf7.904?10水在管内的流动为紊流。

用Dittus-Boelter公式，液体被加热

Nuf?0.023Re0.8Pr0.4

Nuf?0.023?287000.8?5.310.4?165.2

h?Nuf?fd?165.2?0.6207?8138.1?W/m2?K?

0.01260.14用Siede-Tate公式

Nuf?0.027Re0.8

?f?1/3?Pr????w?

0.14?7.8668?Nuf?0.027?287000.8?5.311/3??194 ??3.551??f0.6207h?Nuf?194??9554.7W/m2?K

d0.0126??6-21 管式实验台，管内径0.016m，长为2.5m，为不锈钢管，通以直流电加热管内水流，电压为5V，

电流为911.1A，进口水温为47℃，水流速0.5m/s，试求它的表面传热系数及换热温度差。（管子外绝热保温，可不考虑热损失）

解：查附录3，进口处47℃水的密度为

???989.22kg/m3 质量流量为mf=??V=??um?r2

mf=989.33?0.5?3.14?0.0082?0.0994kg/s

不考虑热损失，电能全部转化为热能被水吸收

5

UI?mfcp(t?f??t?f)

UI5?911.1t?f??t?f??47?

mcp0.0994cp水的cp随温度变化不大，近似取50℃时的值4.174kJ/kg.K计算

t?f??t?f?UI5?911.1?47??58?C 3mcp0.0994?4.174?10常热流边界，水的平均温度

tf?tf'?tf''47?58??52.5??C?

22查附录3饱和水物性表得：

vf?0.537?10?6m2/s,?f?65.1?10?2W/(m?K)

Cp?4.175KJ/(Kg?K),Prf?3.40,??986.9Kg/m3

umd0.5?0.016??1.4898?104 ?6vf0.537?10采用迪图斯-贝尔特公式

Nuf?0.023Re0.8Pr0.4

Nu?0.023(1.4898?104)0.83.40.4?81.81

Ref?fh1?Nuf?d?81.81?0.651?3328.6W/(m2?K)

0.016壁面常热流时，管壁温度和水的温度都随管长发生变化，平均温差

?t?tw?tf??UI?

hAh?dl5?911.1?t??10.9??C?

3328.6?3.14?0.016?2.56-35 水横向掠过5排叉排管束，管束中最窄截面处流速u=4.87m/s， 平均温度tf=20.2℃，壁温

s1s2??1.25， d = 19 mm, 求水的表面传热系数。 tw=25.2℃， 管间距

dd解：由表6-3得知叉排5排时管排修正系数?z=0.92

查附录3 得知，tf = 20.2℃时，水的物性参数如下： λf ＝ 0.599W/(m·K), νf =1.006×10-6m2/s, Prf =7.02, 而tw=25.2℃时, Prw=6.22。所以

Ref?um?d4.87?0.019??91978<2?105 -7vf10.06?100.25查表6-2（管束平均表面传热系数准则关联式）得：

Prf?0.36?Nuf?0.35Ref??Prw??0.36?s1???s?2?0.250.2?z

0.2?7.02?Nuf?0.35?919781.25?0.92=21.25 ???6.22???Nuf??f21.25?0.5992h???669.4?W/m?K?? ???d0.019 6

例6-6 空气横掠叉排管束，管外经d = 25mm, 管长l = 1.5m，每排有20根管子，共有5排，管间距为S1 =50mm、管排距为S2 = 37mm。已知管壁温度为tw=110℃，空气进口温度为t?f?15?C，求

空气与壁面间的对流换热系数。

解：对流换热的结果是使空气得到热量温度升高，对流换热系数一定时出口温度就被确定了。目前不知空气的出口温度，可以采用假设试算的方法。先假定出口温度为25℃，则流体的平均温度

tf?15?252=20?C 查物性参数 ?=0.0259W/(m?K);??15.06?10?6;cp?1005J/(kg?K)

空气的最大体积流量为

VTf??max=V0?T?5000?273+25273?5457?m3/h??1.516m3/s0空气在最小流通截面积

Fmin??s1?d?lN?(0.05?0.025)?1.5?20=0.75?m2?

处达到最大速度 u?Vmax??F?1.516?2.02m/s

min0.75

Reud2.02?0.025f?max??15.06?10?6?3353 表6-3 z = 5排时，修正系数 ?z?0.92

又 S1?5037.5?1.33?2 S2表6-2 0.2

Nu?S1?f?0.31Re0.6f???S?z

2?Nuf?0.31?33530.6?1.330.2?0.92=39.37

对流换热系数

h=Nuf?39.37?0.02592d?0.025?40.79??W/?m?K??? 这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到t??f1

hA?tw?tf??mcp?t??f1?t?f?

t??hA?tw?tf???t?tf?f1?t?wf+f

mc?t?+h??dlNzp?0V0cp

t??40.79??3.14?0.025?1.5?20?5??110?20?f1?15+?1.293?5000/3600?1005

tf?1?15+24?39?C

计算的出口温度与初步设定的值t??f?25?C有差异。 再设出口温度为t??f1?39?C，重复上叙计算过程。 t39f?15?2=27?C

7

查物性参数 ?=0.0265W/(m?K);空气的最大体积流量为

??15.72?10?6;cp?1005J/(kg?K)

Vmax=V0???TfT0?5000273+39

??1.587m3/s3600273最大速度

V??1.587u?max??2.12m/sFmin0.75ud2.12?0.025

Ref?max??3365?6?15.72?10表6-2

NufNuf?S1?

?0.31Re0.6???fz?S2??0.31?33650.6?1.330.2?0.92=39.46

0.2对流换热系数

h=Nuf?d??这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到t?f1

39.46?0.02652 ?41.82?W/m?K???0.025??hA?tw?tf?t?f1??mc?t???t??

hA?t?t?h??dlNz??t?t?+?t?+pf1fwfw?tffmcpf?

?0V0cp?t?f1?15+41.82??3.14?0.025?1.5?20?5??110?27?

1.293?5000/3600?1005 ?t?f1?15+22.7?37.7?C这个值与假定值很接近，所以出口温度就是37.7oC，对流换热系数为h=41.82W/m2?K??

第七章

7-3 水平冷凝器内，干饱和水蒸气绝对压强为 1.99×105Pa，管外径16mm，长为2.5m，已知第一排每根管的换热量为3.05×104J/s，试确定第一排管的凝结表面传热系数及管壁温度。 解：干饱和蒸汽在水平管外凝结。每根管的凝结热流量

?=hA?t=hA?tw?ts?……（1）

由课本附录查得，压强1.99?105Pa对应的饱和温度

=2202.3kJ/kg。 t=s120℃、潜热r计算壁温需要首先计算对流换热系数h。而h又与壁温有关。先设定壁温为tw=100℃，则凝液的平均温度为

t=ts+tw120?100??110℃ 22?951.0kg/m3，

查水的物性参数

??2.59?10?4N?s/m2，???0.685W/(m?k)

管外层流凝结换热的换热系数

1?2g?3rh=0.725[]4

?d(ts?tw) 8