传热学第四版课后题答案第十章.docx

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1、第十章1、所谓双侧强化管是指管内侧与管外例均为粥化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径为a、外径为CIO的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，井说明管内、外表面传热系数的计算面积。答：由传热量:公式：=,I尸4%)IIhxmi,1.i2就九血网得以管内表面为基准得传热系数：I4n(44)4h/吊2hndinn管内表面传热系数得计算面枳为管外表面传热系数得才克面积为就“凡2、在圆管外敷设保温层与在阀管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么状况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会减弱其传热？答：在网管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般状况卜.保温使导热

2、热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到减弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻卜降，起到强化传热的作用“但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会减弱传热。3、重新探讨传热壁面为平壁时其次题中提出的问题。答：传热壁面为平壁时，保温总是起减弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于I04、推导顺流或逆流换热器的对数,F均温差计算式时做了些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？探讨对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。5、对于4(1)2

3、4”27%心及心=心必三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流淌方向的变更曲线，留意曲线的凹向与4”相对大小的关系。6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不须要用到传热方程式，你同意吗？答：换热器设计所依据的基本方程有：F)=%0(GTC=八ZIn传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中C7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略o8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？答：已知流体与换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，

4、对已方的换热器，依据流体参数计算其换热属和流体出11参数的过程叫做校核计算。9、在进行换热器的校核计算时，无论采纳平均温差法还是采纳传热单元数法都须要假设种介质的出口温度，为什么此时运用传热单元数法较为便利？答：用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对平均温差的影响大，所以该法用F校核计算时简单得到收敛的计算结果。10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸脚与膜状凝聚的基本思想。答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层.强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关健在于增加汽化核心数；膜状凝聚换热强化措施是使液膜减薄和顺当排出凝聚液。11

5、、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设？习题10-1,在气一气套管式换热器中，中心网管的内外表面都设置了肋片，试用下表所列符号导出管内流体与环形夹层中流体之间总传热系数的表达式。基管的导热系数为幺。解：由热fi公式，单位管长传热员:_!+!h,A,1.+hiAfi2就ri0A,+hnAf0n_.+-1.1,+-1-AA2成riA1.式中，内侧肋面总效率%,=5AI外侧肋面总效率：1=co对外脚总面积而言的f然系数九则有：。1=太4；1Tr-K/W黄铜的导热系姒F09W/，”K管子内外表面均是洁净时的导热系数22().9W/m2K1.74531.,+工弊I

6、n至+2.63XK)T21()920(2)管子内外表面结垢后(“专热系数,=1302.IWzzn2+0.(X)02+O.()(X)I2200.92010-4、已知：一套管式换热器K2m,外壳内径为6cm,内管外直径为4m,摩3mm。内管中流过冷却水，平均温度为40C,流量为0.0016m7so14号涧滑油以平均温度70C流过环行空间，流所为0005r117sa冷却水系统处理的冷却塔水，管壁材料为黄铜。求：内外鞭面均干净与长时间运行结垢后的总传热系数值。解：水侧h1.的计算40C时，=0.635IV/(w*ft),V=0.659104inj2s,pr=4.31A=处=O785O.O342=9.0

7、751(TwM=I.76而/54RC=必=90967流淌截面积vh=0.023-Re*PrM=7144w(m2*)采纳式(5-54),d油能的计算A,=-(qm2C2与QmiCiVqm2Cz两种状况下,用温度分布曲线说明对数平均温差总是小于相应的算术平均温度.解：对顺流换热器，无论q11H5q11i2C2或q11u5c1=0.45.=1.1.1.由图9-16,W=O.97.4IU=KM.9X0.97=101.81W-IK已知：初始温度为力的流体流入壁温为t0=常数的平行板通道，通道长为1流体质量为Qn,比热容为Cp,流体与平板间对流换热的表面传热系数h为常数。求证：流经该通道后流体与平板间的换

8、热成为=qmCp(t0-t1)(1.-e2hz)证明：如图示，对K为dx的微元段，可以列出以卜热平衡式：-qmc1.,dt0-t)=2gfiT)dx.令8=17。.2A”2M=辿.由此得=Ce1,x=OBje=ti-tn.n=8尸则有流体经过长为1.的一段通道后的总换热敬等于出口截面上的熔减进口处的蜡，故有：/2i1.生=仇qnCp-铀“=命否-1=(-6%。-1；在本题中主流方向的坐标与一维非稳态导热总参数分析中的时间坐标相类似。IO-12、已知：在已Im流式换热器中传热系数k=a+bzt其中a、b为常数，为任一截面上的周期误差。求证；该换热器的总传热量为，其中kk分别为入口段与出口段的传热

9、系数。-Ar证明：由联立解得“=Ar-厂，将k=-M代人d(%)-AdA(见教材P325)得:票-=-UdA、.14I2将此式从A=O到A做积分，得：。+岫即I.(+fr).ar/(+)将此式应用于换热器流体出口处，即4=A处并将a的表达式代入，得:/-.itIn=-nAr-AfA另一方面按U的定义有:(1.1)GFq-G-yA广-Ar心jCJ务一八Ar：.Ar将此式代入上式，整理之，即得：-b()(A-)按热善设计计算IO-13、一台1一2型壳管式换热用来冷却11号润滑油。冷却水在管内流淌，J=20。，G=5(TC,流景为3kgs;热油入口温度为60,%=350W(zK).试计算：油的流量；

10、所传股递热星；所需的传热面积。解：(I渣得润滑油及水的比别1.=214870C,c2=41747/kg.Oc则6=3x4174Xeo-20)=GM2148x(100-60)(2)=qm2c2M2=34174(50-20)=375.66KW(3)r,=r,-2=6已知：在一台1-2型管壳式换热器中，管内冷却水从16上升到35,管外空气从119C下降到459，空气流成为196kgmin,换热器的总传热系数K=84MS幻求：所需的传热面积大多少。(zwV=51.72=ZX=0184解：逆流温度差为n(8429)C,H9-16,19-45_3初35-16故查图9-15,W=O夕2,故对数平均温差a,=

11、51.72x0.92=47.58C119+45空气平均温差为C,1)=-X(I19-45)1009=2439IW空气的换热量60,4=-24391=6】/故需传热面积47.5884o10-16.已知：某工厂为利用废气来加热生活用水，自制一台筒易的壳管换热器，烟气内径为30mm的钢管内流淌，流速为30ms,入口温度为200,出口温度取为100CI)冷水在管束与外壳之间的空间内与烟气逆向的流淌，要求把它从入口处的20C加热到50C烟气物可按附录中标准烟气的物性值杳取。水侧的表面传热系数远大于与烟气侧的表面传热系数，烟气的辐射换热可蛤而不与。求：估算所需的直管长度。解：因为水侧换热系数远大于烟气侧之

12、值，因而管壁的平均温度可取为水的平均温度，*=35即2C1OO2OO三15o对于烟气：,2=C,V=27.1710,mz!s,=0.0357w(m染)Pr=0.68.Rc=-=-=33125V27.17x1.OF,采纳式(5-54)来估算,则NM=O.023ReaeP产=84.65=些=MK)7卬.0.03,=w/=1947VV4由对流换热公式：=Aht=以/X1.Oo.7x(150-35)19471.=7；=1.7S4h所以3.1416100.7(150-35)o10-17、已知：在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进【I温度，=10OC出口温度为，=80tC,管外流过冷水，进口温度6=2

13、0(,出口温度b=7。,总换热量=3502,共有53根内径为16mm、壁厚为Imm的管子。管壁导热系数N=40(加”)，管外流体的表面传热系数h=15M(,MR),管内流体为一个流程。管子内、外表面都是干冷的C求：所需的管子长度-解：计算管内平均换热系数。/=1(M)+80)=90C“=314.9XIO4Kg/(w*,v),=0.68v(w*),Pr=1.95品=420844159Kg/s4/4x4.159/53u-3.I416x0.0I6314.91()-=19830j=0.023Re,xP/J3273卬/(，”)-J_-=965h(11*k)I1d.+%214m=A=8.38产A=nM1.

14、(80-20)-(100-70)1.n(6030)C=-=2.8().血本题中冷热流体总温差为43.3匕，管外冷流体侧占68%,管内侧约占32%,故不必考虑温差的修正。IO-18、压力为1.5x1.05pa的无油饱和水蒸气在卧式壳管式冷凝器的壳侧凝聚.经过处理的循环水在外径为20mm、壁厚为Imm的黄铜管内流过，流速为1.4ms,其温度由进口处的56。C上升到出口的94t1.C0黄铜管成叉排布置，在每一竖直排上平均布置9根C冷却水在管内的流淌为两个流程，管内已积水垢。试确定所需的管长、管子数与冷却水量。传热量i=1.2IO7VV解：平均传热温差由冷凝压力查得饱和蒸气温度为11.32。C则:=3

15、2.72。C94-56,1113256In111.32-94(2)管外凝结换热系数设管外壁温叨“.=05oC,则J=(111.32=105)/2=108.2。C查得凝结水物性参数为p1.=952.3w,=0.685,ImK=263.2x10依，sr=2235kJkg对水平管外凝结换热，表面传热系数Ao=0.729*4,rd(ft-fu)1/4=0.7299.822350952.3X0.6281263.2x106X0.()2(1.I1.32-IO5)9IU=8809W7(K)(3)管内换热系数由。=(56+94)/2=75。C查得水的物性参数2=0.67IW/(，”)，=0.39x1.0fts,

16、Pr=2.38对管内对流换热，表面传热系数4=0.023XaRe产Prgd=O.O23X(1.4-x1.J11a2.3804=8552卬/K)0.0180.39XIOf热阻：查参考文献1J表9-1，蒸汽储污垢热F1.U=O.(N)O1.水侧污垢热阻=0.0002管壁热阻(黄钢Z=131WmK)(J1.2)1.n(A/J1)=8xIO*(5)传热系数+0.0001+810fi8809201+(!+0.0002)188552=1743W(,“K)由传热方程=kt,v=I74332.72=57O3OIVIm1由凝结换热%=3=8809x(111.32-105)=5567渺m2力与夕2相差2%,上述计

17、算有效。(6)传热面积：=(n)=1.210,/(174332.72)=2IOw1(7)冷却水量水的比热：q,=41.9U*gA1.207，=41ft1.r.r=75.35kg，sC(4?)4191x(9456)(8)流动截面：水的密电=974.8心/=5.52102/2二4由二75.35pu974.8x1.4单程管数444x5.52x10-23.14O.O182两个流程共需管134根管子长度I=生一=7.7.2nm1.4343.1.40.0210-19、已知：耍设计一台卧式冷凝器去凝聚50C的饱和水蒸气，以获得800kgh的凝聚J,可供应大的冷却水量为20kgs,初温为20C已知方一些外径为

18、20mm、壁厚2mm的黄铜管，每根长为2m。假设管壁的热阻可以不计，冷却水在管内流淌，总的污垢热阻取为00003-K,W(按黄铜管内表面积计算)，冷却水恻为一程，估算凝聚换热的表面传热系数时可假定黄铜管按正方行排列。求：所需的黄铜管数C解：为确定传热系数要假定管子根数n,设n=140传热量可由凝聚侧确定：=800x23831.3600=5295avo为计算冷却水出口温度，需先假定其平均温度，设为23C,则2=0.6Q5v(m-)j“=943.4X1.Of依/而=6.544=4181(依冷却水进口温差:c(i2=m2c26.33C,即平均温度为2317c,与假定值非常接近。水侧换热系数4。Re=

19、12050.TUidNu=O.O23RePr=O.O231020S1.i6.54,u=89.7,9.70.605.，叱、I1.=3392WZ/(WK)“0.016水蒸气凝聚系数4。取1.=45c,则p=990.2和/标乂=0.642V(mku=6()1.4Ug/(ms),=0.656将A/=“，的关系式代入(6-4)整理之，得Udg1/3_q.9A=I40x3.1416x0.02x2=17.59已故介=0.656198x2383000x990.22x0.642601.410*0.0230102竺”=301.02WM17.59M3=16787Mz(K)140根管子按正方形排列，阿=U83%=90

20、52W(/K)按内表面计算的传热系数：儿=1=1430w()1.+1.nA+A(1.211(I01.=14.07/M2,=k1.AinMI=26.7匕，.=143014.0726.7=5372(MV与热平衡热地中=529500相差仅1.2%,上述计算有效，另外从热阻分析可知，凝聚侧的温度降为6C,故液膜平均温度为47t,与假设值45C仅差2匕，由此而引起的物性变更对儿的影响液可忽视。如不考虑管壁热阻，则勺川”(，4)=1464x14.07X26.7=549979V与热平衡热量中=52950(W相差仅3.6%,仍在工程计算允许的误差范圉内。换器叁校核计算10-20、已知：一台1-2型壳管式换热器

21、用30。的水来冷却120C的热油&=2100卬(依M),冷却水流显为1.2kgs,油流城为2kgs总传热系数k=275Wk),传热面积为A=20。求：水与油各自的出口温度。c=4174j(kgk1,rJ三=20=0.8385解:设平均温度为40C,0以-1.2x4174利用习题24中供应的公式得=2j1+0.8385+1.305X，06=0.5375I1.-O.I8IO6叨T-=0.5375，=120-0.537590=71.6二=0.8385120-30Co120-71.670.6+302-=30+0.8385X48.4=70.6七，2=2=CC,的值与4174非常接近，故不必重算。10-2

22、1.在一台逆流式水一水换热器中，1=87.5。，流量为每小时9000kg,1=32。，流域为每小时13500kg,总传热系数k=174owv0,2K),传热面积A=3.7511试确定热水的出口温度。解：设冷、热水平均温度*捌为4(FC和75。C则可杳得:cf1.,=49Jkgkcf1.2=474Jkgk一鱼曲=.912=0.6694SrtIC)213500x4174NTU=Ex=75_=0.623(mc)mi,9(MX)4I9136OO由8-NTU法,逆流换热器的效能与：k上例型售4=0.4091.-fexp(-jV7fy)1.-;又e=-Eg-/)=87.5-0.4()9(87.5-32)t

23、1.t2=64.8oC平均温度脸算：t1.m=(1.+r)/2=(87.5+64.8)/2=76.15生=5=0.6694x(87.5-64.8)=15.20oCAh(mc)22i=t2+r2/2=19.60冷热流体平均湿度与设定相差很小，计算结果有效。10-22、欲采纳套管式换热器使热水与冷水进行热交换，并给出F1=2(XTG1=0.0144Arg5,t235oC,qm2=O.G233kgso取总传热系数为=98OWSJK),A=O.25/,试确定采纳顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、冷却水出口温度与换热器的效能解：顺流换热设冷、热水平均温度夕捌为65。C和15(TC则可查得:CM=4

24、313Jk%=4183Zg/8=必生(心。)20：01444313=0637NTU=kA900.250.1444x43I3=3.9450.02334183由-NTUit,顺流换热器的效能和虹邳=。向。I-B又=V-=ft=i-(/：7,)=200-0.6IOX(200-35)-G=99.4。C平均温度验弊：r1.m=(/+/1,)2=(200+99.4)/2=149.7/、=8：-，)+/；=0.637(2(X)-99.4)+35=99oCt2n=G2+)/2=6TC与假设值相符合，所比十算有效=；=(/；_)=200-0.9(2(M)-35)=51.5oC平均温度验算：r1.n,=(/+/S

25、/2=(200+51.5)/2=125.8必_21.=8=0.628(200-51.5)=93.31.=/+AQ2=128.3。冷热流体平均温度与设定相差很小，计算结果有效。/=2+1；=93.3+35=128.3C=qa2c2J1=O.O2334195x93.3=9119Uz10-23、已知：为利用燃气轮机的排气来加热高压水，采纳1-2型肋片管换热器。在一此测定中得出：燃气的质St流城为2kgs,进口温度=325C,冷却水质量流量为05kgs,，=25c,r=150C,按气体侧基管直径的换热面积为3.8加.燃气物件可近似按附录中标准烟气的值杳取。求：该条件下的总传热系数。解三=,坨5Y,换热

26、及=%血=262812W为确定烟气的平均比热需假设其出口温度，设广=205C325+205tm2=265,j=1113.3j(Ag*),故(325-r)*2x1I1.3=262813Z-=325-07由此得2x111.3匕，与假设值非常接近，不必重复计算:。175-182/aI心-IgH-(m)rt=-z=178.5n,tp1.n(1751.82)匕,=0.91.zm=0.91x178.5=162.4.*=、-=-一=426W(MJt)mAAtm3.8x162.4/10-24、已知：在习题10-15,假如冷却水流量增加50%,但冷却水和空气的进口温度、空气流地与传热面积均不变，传热系数也认为不

27、变，问传热量可增加多少？为比较精确地获得值，1-2型换热器可按下式计算；c=21.+W+(I-WT1.W=4虹!I-CXP-MrU(I+W-)式中(60C,故满意要68-35=3335故成立q*m=7由此得CMf=0.122Kgs=440Kgj箫阻的分析与分别10-26、已知：才一台液-液换热器，甲、乙两种介质分别在管内、外作强制对流换热。试验测得的传热系数与两种液体流速的变更状况如附图所示O求：试分析该换热器的在要热阻在哪一侧？解：主要热附在介质乙这侧，因为增加介质甲的流速对传热系数的影响并不大，而增加介质乙的流速则使传热系数明显上升，这说明介质乙对总热阻有举足轻重的影响。10-27,已知：

28、一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行：1=360,乙=3(X)fC,U=3。C,/=2rC,%E=25OOWK,K=8OOW(.a).运行一年后发觉，在或，、如刈、与彳、保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162C,而热流体的出口温度则高于300CO求：此状况下的污垢热阻与热流体的出口温度。解：不结垢时，Aq=270-1601.n(2701.W)C2500x(360-300)Can=210.2A=ii=0.892w寸M8OO21O.2比迎=2500约=8824WK200-30170结垢后，=882.4x(162-30)=116471WC又=16230=2.833./-=360-(162

29、-30)=313.4%Gi-360TJ882.42.833、aC283.4-1981.n(283.4198)=283.2,C,1164710.892238.2=548.2Vv(mj2.jI)-=R,.-,R=182410-1.251O-1VV(/?A：)kk548.280010-28、已知：为广杳明汽轮机凝汽器在运行过程中结垢所引起的热阻，分别用F净的铜管与经过运行已经结垢的铜管进行了水蒸气在管外凝聚的试验，测得r以下数据C（数据见书上习题）求：已运用过的管子的水垢热阻（按管外表面积计算）,10.5+14.1i,解：（1）对清洁管，e一2一.,cc=4I89A）换热量e=“，Ce=21.49XSW_（52,1-10.5）-（52.1-14.1）_一m隹23-39177152.1-14.1；Cq=239x4=58HWMy）/Aim0.093x39.77O.3+13.i,结垢时，G%=41刖（柝灯换热!,=qmc1.,i=16.72IO,VVA*%h%a=408811p2.6-IO.3,=7-=+r=-Jr这是形如=