传热习题

?i(?'?i?9.38??')(0.8CpCp')(0.8??')(u')0.6u0.8(??')0.4(dd')0.210000.84.170.80.650.6()()(0.15)8702.01?(0.545.1)0.3

?i'?20009.38?213(w/m2??C)由本题可看出流体物性对?的影响。

18．一定流量的空气在蒸汽加热器中从20 ℃加热到80 ℃。空气在换热器的管内呈湍流流动。绝压为180 kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20%，而空气的进、出口温度不变。试问应采取什么措施才能完成任务。作出定量计算。假设管壁和污垢热阻均可忽略。

解：由题义知：k??1,?1?u0.8

设提高流量后的情况用“'”表示，则?1'?(1.2)0.8?1?1.16?1 由附录查得P?180kPa时，水蒸气的饱和温度为116.6?C

空气流量增加20??，若仍在原换热器中进行操作，则必须提高蒸汽温度(压力)才能完成任务.

两种情况下，换热器的传热量分别为Q?WcCp?t和1.2Q. 由传热速率方程：Q?Ks?tm

?tm?原流量时.

?t2??t1(116.6?20)?(116.6?80)??81.8?C.?t116.6?20lnln2 116.6?80?t1Q?81.8?1S流量增加后，Q'?1.2Q?k'S?tm'?1.16??S?tm'. 则：1.2?1S?81.8?1.16?1S?tm' 得：?tm'?63.9?C

(T'?20)?(T'?80)?63.9. 即：'T?20ln'T?80解得：T'?118.5?C.

由附录查得，温度为118.5?C的饱和蒸汽压力为200kPa. 即：将饱和蒸汽的压力提高到200kPa即可完成任务.

19. 98%的硫酸以0.7 m/s的速度在套管换热器的环隙内流动，硫酸的平均温度为70 ℃，内管外壁的平均温度为61.5 ℃。换热器的内管直径为?25mm?2.5mm，外管直径为?51mm?3mm，试估算对流传热的热通量。

解：定性温度下，H2SO4的物性常数如下：

??1.836kg/m3,Cp?1.48kj/(kg??C),??0.36w/m??C.??6.4cP,?W?7.4cP.套管环隙的当量直径为：

de?d2?d1?0.045?0.025?0.02m.Re?deu??Cp?1.48?103?6.4?10?3Pr???26.3.?0.36先按湍流计算：

?0.02?0.7?1836?4020.

6.4?10?3?'?0.027?0.027??de?Re0.8Pr3(1?0.14)?w0.3616.4?(4020)0.8?(26.3)3?()0.14?1081w/(m2??C)0.027.46?1056?105f?1??1??0.805

Re1.840201.8??0.805?1081?870W/(m2??C)q????t?870?(70?61.5)?7400w/m2.20．温度为90 ℃的甲苯以1500 kg/h的流量通过蛇管而被冷却至30 ℃。蛇管的直径为?7mm×3.5mm，弯曲半径为0.6 m，试求甲苯对蛇管壁的对流传热系数。

1解：定性温度=?(90?30)?60?C下甲苯的物性数据如下：

2??0.127w/(m2??C),??0.39cP.Cp?1.85kj/(kg??C)G?15003600???212(kg/m2?s)4Re?dG??0.05?2120.39?10?2?2.72?104(湍流)Pr?Cp??1.85?103?0.39?10?3??5.68.0.127?(0.05)2

先按直管计算：

??'?0.023Re0.8Pr0.3d

0.127?0.023??(2.72?104)0.8?(5.68)0.3?347w/(m2??C)0.05???'(1?1.77)蛇管对流传热系数为

0.05?347?(1?1.77?)?398w/(m2??C)0.6dR

21．常压下温度为120 ℃的甲烷以10 m/s的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。离开换热器时甲烷温度为30 ℃，换热器外壳内径为190 mm，管束由37根?19mm×2mm的钢管组成，试求甲烧对管壁的对流传热系数。

解：定性温度?120?30?75?C,甲烷物性如下： 2??0.0115?10?3Pa?s.??0.0407w/(m??C).Cp?2.5kj/(kg??C)PM101300?16????0.56kg/m3.RT8.314?348换热空间的当量直径：

22224?4?D?nd?0.19?37?(0.019)?0.0255m.?D?n?dD?nd0.19?37?0.019du?0.0255?10?0.56Re?e??12420?3?0.0115?10Cp?2.5?103?0.0115?10?3 Pr???0.707?0.0407?0.0407???0.023Re0.8Pr0.3?0.023??(12420)0.8?(0.707)0.3de0.0255

?de?4D2?n?d2?62.4w/m2??C.22．室内水平放臵表面温度相同、长度相等的两根圆管，管内通有饱和水蒸气。两管均被空气的自然对流所冷却，假设两管间无相互影响。已知一管直径为另一管的5倍，且两管的GrPr值在104～106之间，试求两管热损失的比值。 解：这是大容器的自然对流问题：

?g?td3?2Cp? GrPr???2?设小管直径为d。大管直径为D。由：

?1??0.53(GrPr)?(d3)1414?大??小dd?1314 (D)11?D??(53)4?0.669.13145(d)d即：?大?0.669?小 由：Q??s?t.得：

Q大Q小??大S大?(5d)L?0.669?3.35 ?小S小?dL即：Q大?3.35Q小

23．流量为720 kg/h的常压饱和水蒸气在直立的管壳式换热器的列管外冷凝。换热器内列管直径为仍?25mmx2.5m，长为2 m。列管外壁面温度为94 ℃。试按冷凝要求估算换热器的管数(设管内侧传热可满足要求)。换热器热损失可忽略。

解：由附录查得，常压饱和蒸汽冷凝温度为100?C，汽化热

r?2258?103j/kg 定性温度：

t?11(ts?tw)??(100?94)?97?C 2211先按层流计算，?

?g?2?3r??9.81?9582?0.6823?2258?103???1.13??1.13?????3?L??t??2?0.282?10?(100?94)?

?7466w/(m2??C)44