华北电力大学传热课后答案

1/ R 1/1.333 0.75
R
t1' t2''
t1'' t2'
100 60 50 20
1.333
0.9
△tm 44.8 0.9 40.32℃
所需的传热面积：
A
k△tm
375.66103 350 40.32
26.62m2
6-5 有一管壳式换热器，已知换热管的内径为 17mm，外径为 19mm，单程管子的根数
室内外的空气温度分别为 20℃和 5℃，室内、外空气与玻璃窗之间对流传热的表面传热系数
分别为 h1 5 W/(m2·K)和 h2 20 W/(m2·K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、
两侧的对流传热热阻。
解：室内对流侧的热阻： R1 1 (h1 A) 1 7.5
室外对流侧的换热热阻： R2 1 h2 A 1 30 玻璃的导热热阻： R3 A 1 525 玻璃窗的散热： Q t R1 R2 R3 88.98 J
15 45 45 55
3
由 P 与 R 查表得 0.825 ；
t m
0.825
30 10 ln 30
15.02
10
qm1c1(t1'' t1' ) qm2c2 (t2' t2'' ) KAtm
热面积。
解：查的润滑油的比热为 C1 2.148 KJ /(Kg K )
水的比热为 C2 4.174 KJ /(Kg K )
油的流量： qm1
qm 2C2 △t2 C1△t1
3 4.174 (50 20) 2.148 (100 60)
4.37 Kg
/s
所传递的热量： qm2C2△t2 3 4.174 (50 20) 375 .66 KW
Gr
gav tl 3 2
9.512 10 7
hc
l
c Gr Pr13
8.425w /(m2
k)
由辐射换热系数：
hr T T T 2 T2 43.42 w /(m2 k)
所以表面换热系数为
h hc hr 51.845 w /(m2 k)
所以采用集中参数法可求得
cv ln 7710 460 0.1ln 20 23266 s
5-1 如附图所示，用裸露的热电偶测量管道中气 体的温度，稳定后，热电偶所指示的温度为 170 ℃。 已知管道内侧壁温度维持为 90℃，高温气流与热电 偶触点的对流传热系数为 50 W/（m2·K），热电偶接 点的表面发射率为 0.6。试求高温气体的真实温度及 测量误差。 解：
h t f t1 0 T14 Tw4
hA 0
51.845
600
由于不同温度下的金属材料及空气的物性参数有所不同，为了减小误差可以将金属的下降的
温度分为不同的阶段进行求解。
5.9 重新对例题 2-2 中双层玻璃窗的散热进行分析和计算。如附图所示，每块玻璃的高 度为 1.5m，宽为 1m，厚度为 4mm，玻璃的导热系数为 0.65 W/(mK)，双层玻璃间的距离为 8mm。若在晚上平均的室内、外空气温度维持在 20C 和- 7C。试计算在晚上通过该双层玻 璃窗散热的热流量。
为 50 根，单程管长为 4m。热水走管程，热水的流量为 33t/h，热水的进、出口温度分别为
55℃和 45℃。被加热的冷水走壳程，冷水的流量为 11t/h，冷水的进、出口温度分别为 15℃
和 45℃。若已知换热器传热系数为 1200 W/(m2·K)，试计算该换热器的面积和需要的管程数？
解：
冷水：壳程； qm1 11t / h 3.056 Kg / s;t1' 15℃;t1'' 45℃
铜的导热系数为 110 W/(m.K)，计算冷凝器洁净状况下的总传热系数（以管外面积为基准）；
（2）若该冷凝器由 230 根、长度为 6m 的管子组成，管外蒸汽的温度为 110℃，管内循环水
的平均温度为 70℃，计算该冷凝器的传热量。
ln d2
解：（1） 1 r22k
1 r22h2
1 r12h1
5.4 有一台传热面积为 12m2 的氨蒸发器。氨液的蒸发温度为 0℃，被冷却水的进口温度 为 9.7℃、出口温度为 5℃，已知蒸发器的传热量为 6900W。试计算：（1）该蒸发器的总传 热系数；（2）冷却水的流量为多少。
解：（1） t tmax tmin (ln tmax tmin) 7.09℃ h Q t A 81.1w /(m2 k)
t1 t1'' t2' 60 20 40℃
tr
t 1'
t
'' 2
100
50
50℃
△t m
t1 tr ln(t1 / tr )
40 50 ln(40 / 50)
44.8℃
P
t2'' t2' t1' t2'
50 20 100 20
0.375
PR 1.3330.375 0.5
解：结合面到基板另一侧的热阻： RS S S 1 60 薄膜和对流侧的总热阻： Rf f f 1 h 7 200
辐射热流密度： q ts Rs t f Rf 2085 .7J
5.3 一单层玻璃窗，高 1.5m，宽 1m，玻璃厚 3mm，玻璃的导热系数为 1.05 W/(m·K)，
解：
6-2 一卧式冷凝器采用外径为 25mm、壁厚 1.5mm 的黄铜管做成换热表面。已知管外 冷凝侧的平均表面传热系数为 5700 W/(m2·K)，管内水侧的平均表面传热系数为 4300 W/(m2·K)。试计算下面两种情况下冷凝器按管子外表面计算的总传热系数：（ 1）管 子内外表面均是洁净的；（2）考虑结垢情况，管内为海水，平均温度小于 50℃，管外 为干净的水蒸汽。
Gr
gav tl 3 2
2.8186
1010
hc
l
c
Gr
Pr
1 3
6.15w /(m2
k)
由辐射换热系数：
hr T T T 2 T2 43.42 w /(m2 k)
所以表面换热系数为
h hc hr 49.75 w /(m2 k)
所以采用集中参数法可求得
cv ln 7710 460 0.15 ln 20 41672 s
热水：管程， qm2 33t / h 9.167 Kg / s;t2' 55℃;t2'' 45℃
c1 c2 4200 J /(Kg K )
tmax 45 15 30℃; tmin 55 45 10℃
P
t2'' t2' t1' t2'
45 55 15 55
0.25Biblioteka Rt1' t1'' t2'' t2'
解：空气的导热系数 2.51102 w /(m k)
热阻： 1 1 2 3 81.04 k 1 2 3
tf1=20C
tf2=-7C
热流量： Q kAt 3.282 103 J
=4mm
=4mm
=8mm
图 5-15 习题 5-9 附图
6-1 在火力发电厂的高压加热器中，从汽轮机抽出的过热蒸汽用来加热给水，过热蒸汽 在加热器中先被冷却到相应的饱和温度，然后冷凝成水，最后被冷却到过冷水。试绘出冷、 热流体的温度沿换热面变化曲线。
所以表面换热系数为
h hc hr 49.75w /(m2 k)
所以采用集中参数法可求得
cv ln 7710 460 0.15 ln 20 41672 s
hA 0
43.42
600
注意：由于不同温度下的金属材料及空气的物性参数有所不同，为了减小误差可以将金属的
下降的温度分为不同的阶段进行求解。
（2） Q cmt水 cqvt 所以可得： qv 3.49104 m3 / s
5.5 一个管式冷凝器，其管外侧是饱和水蒸气的凝结，其管内侧是经过处理的循环水。
冷凝器的管束采用外径为 19 mm，壁厚 1.0mm 的黄铜管。（1）若已知管外水蒸气凝结的表
面换热系数为 8000 W/(m2.K)，管内侧循环水与内表面的表面换热系数为 8230 W/(m2.K)，黄
所用的时间。 解：
tm (t tw ) / 2 330 ℃
空气的物性参数： 4.78102 5.26 105
Gr
gav tl 3 2
2.8186
1010
hc
l
c
Gr
Pr13
6.15w /(m2
k)
由辐射换热系数：
hr T T T 2 T2 43.42w /(m2 k)
图 6-22 习题 6-3 附图
介质乙的流速
解：主要热阻在介质乙这一侧，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。
6-4 一台 1-2 型壳管式换热器用来冷却 12 号润滑油。冷却水在管内流动， t2 20 ℃， t2 50 ℃，流量为 3kg/s；热油的入口温度 t1 100℃，出口温度 t1 60 ℃。已知换热器总 传热系数 k 350 W / (m2·K)。试计算：（1）所传递的热量；（2）油的流量；（3）所需的传
d1 2
得： k 3839.2
（2） Q nkAt 230 2r2lkt 6589 .8J
5.6 一个高温金属件的冷却过程进行分析和计算。金属件为平板，高 2m，宽 2m，厚 0.3m，
金属材料为铬钢 Wcr=17%。金属件初始温度均匀为 630℃，将其竖直放入室内进行冷却，室
内空气及墙壁温度均为 30℃。金属件表面发射率取 0.7。计算金属件平均温度冷却到 50℃