第三章 传热
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答3传热
第三章 传 热1、传热基本方式有几种，各有什么特点？答：根据传质机理的不同，可将热量传递方式分为三种。
(1) 热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。
特点：没有物质的宏观位移(2) 对流传热流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。
自然对流:流体中各处的温度不同引起的密度差别，导致轻者上浮，重者下沉，流体质点产生相对位移强制对流：因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动(3) 热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。
热辐射不仅有能量的传递，而且还有能量形式的转移，不需要任何物质作媒介。
2、圆筒壁与平壁导热速率计算式有什么区别？答： 平壁热传导的导热速率公式：圆筒壁的导热速率公式：3、简述对流传热机理。
答：对流传热是指流动流体与固体壁面的热量传递过程，故对流传热与流体的流动状况密切相关。
对流传热包括强制对流（层流和湍流）、自然对流、蒸汽冷凝和液体沸腾等形式的传热过程。
它们的机理各不相同。
对强制湍流的情况分析如下。
当湍流的流体流经固体壁面时，将形成湍流边界层，边界层由邻近壁面处的层流内层、离开S b t t Rt Q λ21-=∆==热阻推动力12211221ln 1)(2ln )(2r r t t L r r t t L Q λπλπ-⋅=-⋅⋅=壁面一定距离处的缓冲层和湍流核心三部分组成。
假定壁面温度高于流体温度，热流便由壁面流向流体中。
在层流内层中，由于在传热方向上并不发生流体质点的移动和混合，因此其传热方式是热传导。
因流体的导热系数较小，虽然该层很薄，但热阻很大，故通过该层的温度差较大。
在缓冲层内，热对流和热传导均起作用，该层内温度发生缓慢的变化。
在湍流主体中，由于流体质点在传热方向上移动和混合，传热主要是热对流方式。
在湍流主体中温度较为均匀，热阻很小。
4、牛顿冷却定律形式，使用中应注意的问题。
答：为工程计算的需要，采用平均对流传热系数来表达整个换热器的对流传热速率， 牛顿冷却定律是一种推论，假设Q ∝∆t 。
化工原理第三章传热
Q S
Kt m
t m
1/ K
(1-3)
传 热 速 率
传热温度差（推动力） 热阻（阻力）
式中：△tm──传热过程的推动力， ℃ 1/K ──传热总阻力（热阻），m2 ·℃/W
两点说明：
➢ 单位传热面积的传热速率(热通量)正比于推动力，反比于 热阻。因此，提高换热器的传热速率的途径是提高传热推
动力和降低热阻。
三、 换热器类型
换热器：实现冷、热介质热量交换的设备
用于输送热量的介质—载热体。 加热介质（加热剂）：起加热作用的载热体。水蒸气、热水等。 冷却介质（冷却剂）：起冷却作用的载热体。冷水、空气制冷剂。
① 直接混合式 —— 将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。 ② 蓄热式 —— 热量 存储在热载体上 传递给冷流体。如
式中：d1为套管的内管直径，d2为套管的内管直径。
应用范围：
Re 1200 ~ 220000, d2 1.65 ~ 17 d1
特征尺寸： 流动当量直径de。
定性温度： 流体进、出口温度的算术平均值。
滴状冷凝：若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝 液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此中冷凝 称为。在实际生产过程中，多为膜状冷凝过程。
➢ 一般金属（固体）的导热系数>非金属（固体）>液体>气体
➢ 多数固体λ与温度的关系
λ=k0+k×t
单位：W/(m •K)
k0 --0℃下的导热系数
k为经验常数。
对大多数金属材料，其k值为负值；对非金属材料则为正值。
➢ 对于金属 t ↑ λ↓(通过自由电子的运动) 对于非金属 t ↑ λ↑ (通过靠晶格结构的振动) 对于液体 t ↑ λ↓ (通过靠晶格结构的振动) 对于气体 t ↑ λ↑ (通过分子不规则热运动)
第三章 传热学3-辐射换热
E E Eb T4
18
3.1 辐射率
上面公式只是针对方向和光谱波长平均的情况，但实际上，真实表面的 辐射能力是随方向和波长变化的。
方向
波长
19
因此，我们需要定义单色定向辐射率，对于某一指定的方向和波
长
ε,θ
,θ ,TE ,actu alem itted E ,b lack b o d y
26
角系数的定义、性质及计算
1. 角系数的定义
在介绍角系数概念前，要先温习两个概念 (1)投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能，记为G。
(2)有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的 有效辐射。包括了自身的发射辐射E和反射辐射G。G为投射 辐射。
有效辐射示意图
27
4 角系数
对于平面和凸面： Fii 0
对于凹面：
Fii 0
31
(3) 完整性
对于有n个表面组成的封闭系统，据能量守恒可得:
Q i Q i1 Q i2 Q i i Q i N
Qi1Qi2 Qii QiN1
Qi Qi
Qi
Qi
N
F ijF i1F i2 F ii F iN1
反射又分镜反射和漫反射两种镜反射漫反射立体角定义图14微元立体角可见辐射面积15辐射强度在单位时间内在某给定辐射方向上在与物体的发射方向垂直方向上的每单位投影面积在单位立体角内所发射的全波长的能量称为该方向上的辐射强度又称定向辐射强度用isrcosdqcosda方向的可见辐射面积10单位时间内辐射物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和
方向的立体角
dAcos 方向的可见辐射面积 9
传热学第三章对流传热
传热学第三章对流传热一、名词解释1．速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。
2．温度边界层：在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。
3．定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。
4．特征尺度：对于对流传热起决定作用的几何尺寸。
5．相似准则(如Nu,Re,Pr,Gr,Ra)：由几个变量组成的无量纲的组合量。
6．强迫对流传热：由于机械(泵或风机等)的作用或其它压差而引起的相对运动。
7．自然对流传热：流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。
8．大空间自然对流传热：传热面上边界层的形成和发展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。
9．珠状凝结：当凝结液不能润湿壁面(θ>90˚)时，凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜。
10．膜状凝结：当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角(液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角)θ<90˚，凝结液在壁面上形成一层完整的液膜。
11．核态沸腾：在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度，汽泡的剧烈扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增加。
12．膜态沸腾：在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的导热系数远小于液体的导热系数，因此表面传热系数大大下降。
二、填空题1．影响自然对流传热系数的主要因素有：、、、、、。
(流动起因，流动速度，流体有无相变，壁面的几何形状、大小和位置，流体的热物理性质)2．速度边界层是指。
（在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。
）温度边界层是指。
（在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。
）3．流体刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时，其局部对流传热系数沿管长逐渐，这是由于。
（减小，边界层厚度沿管长逐渐增厚）4．温度边界层越对流传热系数越小，强化传热应使温度边界层越。
（厚，簿）5．流体流过弯曲的管道或螺旋管时，对流传热系数会，这是由于。
（增大，离心力的作用产生了二次环流增强了扰动）6． 流体横掠管束时，一般情况下， 布置的平均对流传热系数要比 布置时高。
第三章 液态成形过程的传热
33
第三节 铸件凝固时间的确定
实验法
两种方法：测温法和残余液体倾出法
有限元法 : 有限元法是根据变分原理来求解热传导问题微分方程的一 种数值计算方法。有限元法的解题步骤是先将连续求解域分割为有限 个单元 组成的离散化模型，再用变分原理将各单元内的热传导方程转 化为等价的线性方程组，最后求解全域内的总体合成矩阵。
16
17
第二节 铸件凝固温度场
研究温度场的方法三
测温法
τ(2 ──凝固时间（ min）； - 17) V──铸件体积（cm3）； S──铸件散热表面积（cm2），
令
K
R V1 1 2 K2 S K
(2 - 21)
R──铸件折算厚度（cm） K──凝固系数（cm/min1/2）
当铸件合金、铸型和浇注条件确定之后，铸件凝固时 间取决于铸件体积与散热表面积之比 ，即折算厚度 （模数）。由于考虑了铸件结构形状的影响，计算值 更接近实际，是对“平方根定律”的发展。
2.铸型性质的影响
铸型的吸热速度越大，则铸件的凝固速度越大，断面的温度场的梯度也 就越大。
（1）铸型的蓄热系数b2
b2越大，冷却能力强，铸件中的gradt越大
（2）铸型的预热温度：
铸型温度上升，冷却作用小 ，gradt下降 熔模铸造的型壳预热至600~800℃， 金属型加热至200~400℃，提高铸 件精度减少热裂。
6
2.铸件在金属型中冷却 （1）铸件的冷却和铸型的加热 都不十分激烈。 在这种系统中，大部分温 度降在中间层上，当金属型 的铸型工作表面涂有较厚的 涂料时，就属此种情况。 特点：铸件断面上的温 差和铸型断面上的温差与中 间层的温差相比，可忽略不 计。可以认为，铸件和铸型 断面上的温度分布实际上是 均匀的，传热过程主要取决 于涂料层的热物理参数。
第三章传热过程
第三章传热过程内容提要：本章先对传热的三种基本方式即传导传热、对流传热和辐射传热以及工业上的换热方法进行介绍，然后着重讨论传导传热、对流传热的机理和传导传热、对流传热的速率方程式，在此基础上建立总传热速率方程。
冷热流体通过固体壁面进行热交换时的热量衡算及与总传热方程相结合解决热交换过程中的问题。
对强化和抑制传热过程的途径以及列管式热交换器的基本结构仅作简单介绍。
学习指导：了解传导传热和对流传热的机理，掌握传导传热、对流传热的速率方程式，掌握总传热速率方程式并对其中的总传热系数K、传热平均温度差Δtm能分别计算，能将热交换中热量衡算式与总传热方程相结合而解决热交换中的计算问题。
了解强化和抑制传热过程的方法以及列管式热交换器的基本结构。
第一节概述在自然界，在人们的生产和日常生活中，每时每刻都在发生由于物体或系统内部温度不同而使热量自动地转移到温度较低的部分的过程，这一过程称为热的传递简称传热。
而本章主要研究化工生产中的传热。
一、化工生产中的传热过程在化工生产、科学实验中随时会遇到热量传递问题，化工生产中的化学反应要求在一定温度下进行，而适宜的温度依靠加热或冷却才能实现。
例如，氮、氢合成氨、由氨氧化制硝酸、萘氧化制苯酐等，由于催化剂的活性和反应的要求，反应温度必须控制在一定的范围，过高过低都会导致原料利用率降低，温度控制不当甚至会发生事故。
又如在蒸馏、蒸发、干燥、结晶、冷冻等操作中也必须供给或移走一定的热量才能顺利进行。
在这类情况下，要求热量的传递速率要高，即通常所说的要求传热良好。
另有一类情况如高温或低温下操作的设备或管道，为了保持其温度应尽量隔绝热的传递即要求传热速度要低，即通常所说的保温。
此外，能量的充分利用是化工生产尤其是大型生产中极为重要的问题，为了充分利用反应热，回收余热和废热以降低生产成本，工业上大量使用热交换器，这都涉及到热量的传递问题。
传热过程是研究具有不同温度的物体内或物体间热量的传递。
第三章传热传质问题的分析与计算
第三章传热传质问题的分析与计算第三章：传热传质问题的分析与计算在工程领域中，传热传质问题是一个非常重要的研究方向。
它涉及到热量和物质的传递，对于工业过程的高效运行和优化具有至关重要的影响。
在本章中，我们将探讨传热传质问题的分析与计算方法，以及如何应用这些方法解决实际工程问题。
首先，我们需要了解传热传质的基本概念。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
常见的传热方式有三种：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子和原子之间的碰撞传递。
对流是指热量通过流体的运动传递。
辐射是指热量通过电磁辐射传递，例如太阳辐射。
类似地，传质是指物质通过扩散或对流传递的过程。
扩散是指物质通过浓度梯度的差异进行传递。
对流是指物质通过流体的运动进行传递，例如空气中的氧气通过呼吸进入人体。
在传热传质问题的计算中，我们需要考虑各种参数和变量，例如温度、密度、热传导系数、速度、浓度等。
这些参数可以通过实验测量或理论计算得到。
同时，我们需要根据问题的具体情况选择合适的方程和模型进行计算。
对于传热问题，我们经常使用热传导方程进行计算。
热传导方程描述了热量在固体中的传递过程。
它可以用来计算温度场的变化。
在计算中，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
在传质问题中，我们可以使用物质传质方程进行计算。
物质传质方程描述了物质的浓度分布随时间和空间的变化。
类似于热传导方程，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
除了这些基本方程，我们还可以使用其他模型和方法来解决复杂的传热传质问题。
例如，对于对流传热问题，我们可以使用雷诺平均Navier-Stokes方程来考虑流体的运动，并计算热量的传递。
对于多相流问题，我们可以使用数值方法来模拟各相的运动和相互作用。
在实际工程中，传热传质问题的分析和计算通常涉及到多个领域的知识。
除了传热传质的基本理论，我们还需要了解流体力学、材料科学、化学等相关领域的知识。
化工基础第三章传热过程
(3) 常压下气体混合物的导热系数估算式为
m
式中 yi ——组分i的摩尔分率。 M i ——组分i的摩尔质量，kg/kmol。 ④.一般规律 (1)
1 i yi M i / 3 1 yi M i / 3
金 非金 (2) s l g (3) 晶 非晶 (4) (气体除外 ) 纯 混
第三章 传热过程 23
t+△t dt/dn n
t
t-△t
Φ dS
图 温度梯度和傅里叶定律
第三章 传热过程
24
3） 导热系数：表征物质导热能力的物性参数。
①．固体
式中：0为固体在0C的导热系数，W/(mK)，W/(mC)； α为温度系数， 1/ C。 金属的导热系数最大，其中以银和铜的导热系数值最 高；若金属材料的纯度不纯，会使λ大大降低。固体非 金属次之。（绝热材料λ<0.23 W/(mK) ） ②．液体 导热系数较小 (1) 金属液体： t , (2) 非金属液体（除水、甘油外）：t, （略减小） (3) 有机化合物水溶液的导热系数估算式为
第三章 传热过程 19
二、传导传热
1、导热基本定律 傅里叶定律
1） 温度场和温度梯度
温度场(temperature field)：某一瞬间空间中各点的温度
分布，称为温度场(temperature field)。
物体的温度分布是空间坐标和时间的函数，即
t = f (x，y，z，τ) 式中：t —— 温度； x, y, z —— 空间坐标； τ—— 时间。
T2
t1 T2
T1
套管式
T1 T2
t2
列管式
夹套式
第三章 传热过程 13
第三章传热答案
第三章传热一、单项选择题（每小题1分）1. 多层平壁定态热传导时，各层的温度降与各相应层的热阻( )AA.成正比B.成反比C.没关系D.不确定2．传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是( ) B。
A．管壁热阻；B．污垢热阻；C．管内对流传热热阻；D．管外对流传热热阻。
3．因次分析法的目的在于( )。
DA．得到各变量间的确切定量关系；B．得到各无因次数群间的确切定量关系；C．用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠；D．用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化。
4．流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数与雷诺数Re的n次方成正比，其中n 的值为( )。
BA．0.5；B．0.8；C．1；D．2。
5．在蒸汽冷凝传热中，不凝气的存在对α的影响是( )。
AA．使α降低；B．使α升高；C．没有影响；D．无法确定。
6．下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是( )。
C①空气流速为30 m·s-1时的α；②水的流速为1.5 m·s-1时的α；③蒸汽滴状冷凝时的α；④水沸腾时的α。
A．③>④>①>②；B．④>③>②>①；C．③>④>②>①；D．③>②>④>①。
7．一定质量的流体在φ25×2.5 mm的直管内，作强制的湍流流动，其对流传热系数αi＝1000 W·m-2·K-1，如果流量和物性不变，改在φ19×2 mm的直管内流动，其αi为( )。
D A．1259 W·m-2·K-1；B．1496 W·m-2·K-1；C．1585 W·m-2·K-1；D．1678 W·m-2·K-1。
8．圆直管内流体在强制湍流流动时对管壁的对流传热系数为α1，若流量不变，将管径增加一倍，则α2值为( )。
第三章传热传质问题的分析与计算
y , t tw 1 t tw
扩散方程
y 0, CA CA,w 0 y , CA CA,w 1
CA, CA,w
CA, CA,w
这三个性质类似的物性系数中，任意两个系数 的比值均为无量纲量,即
普朗特准则 Pr
v
2u y 2
能量方程
u
t x
t y
a
2t y 2
扩散方程
u
C A x
C A y
D
2C A y 2
边界条件为：
动量方程 y 0, u 0
或
u
能量方程
y , u 1 或 u
y 0, t tw 0 t tw
u uw 0 u uw
h
dy
定义，阿克曼修正系数
C0
= (N AM Ac P,A+N B M h
BcP,B )
C0与假定传质方向（壁面向流体）一致为正
δ0
d 2t dy2
- C0
dt dy
=0
边界条件
y =0
y =δ0
t =t1
t =t2
得到流体在薄膜层内的温度分别为
exp(C0 y ) -1
t( y) =t1 +(t2 - t1)
dy
• 动量传递公式表明：动量通量密度正比 于动量浓度的变化率。
• 能量传递公式表明：能量通量密度正比 于能量浓度的变化率。
• 质量传递公式表明：组分A的质量通量密 度正比于组分A的质量浓度的变化率。
3.1.2 三传方程
连续性方程 u 0
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第三章 传热1.燃烧炉的内层为460mm 厚的耐火砖，外层为230mm 厚的绝缘砖。
若炉的内表面温度t 1为1400℃，外表面温度t 3为100℃。
试求导热的热通量及两砖间的界面温度。
设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1＝0.9+0.0007t ，绝缘砖的导热系数为λ2＝0.3+0.0003t 。
两式中t 可分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，λ单位为W ／(m ·℃)。
1、解：热通量q 及界面温度t 2 由：)(21111t t b m q q -==λ )(32222t t b m q -==λ又 t 00070901..+=λ t 00030302..+=λ 已知：14001=t ℃ 1002=t ℃ 460b 1=mm 2302=b mm 代入联立解之得：9492=t ℃代入q 式得1689=q （Ｗ／ｍ２）答： q ＝1689W ／㎡，t 2＝949℃2.蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。
其导热系数也为内层的两倍。
若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少?说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合?解：δ相同：2123r r r r -=-平均直径：232d d = 232r r =1212232332r r r r xr r r r r ln )(ln -=-=∵1223r r r r -=- ∴有12232r r r r lnln =每米管长的热损失q ′231231ln21ln1)(π2r r r r t t L Q q λλ+-==232331ln21ln2)(π2r r r r t t λλ+-=更换材料以前，每米管长热损失q ′232331ln1ln21)(π2r r r r t t LQ q λλ+⨯-==∴251.='qq 即： q ′=1.25q故原保温好。
3.设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。
耐火砖和普通砖的厚度为0.5m 和0.25m 。
三种砖的系数分别为1.02 W/(m ·℃)、0.14 W/(m ·℃)和0.92 W/(m ·℃)，已知耐火砖内侧为1000℃，外壁温度为35℃。
试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃，普通砖不超过138℃。
mb Ct t b 997.0940)02.1/5.0/()1000()92.0/25.014.0/02.1/5.0/()34100020222==-=++-解得若解：（)92.0/25.0/()35()92.0/25.004.1/02.1/5.0/()351000(12-=++-t b若t 1=138ºC 解得b 2=0.250mm250.09404.814202为以题意应选择经核算b C C t <=答： b 2=0.25m4. 某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m ·℃)，0.16 W/(m ·℃)和0。
92 W/(m ·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m ，普通砖厚度为0.25m 。
已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
221W/m81.247)]92.0/25.0()16.0/5.0()112/5.0/[)551000()//(/][=++-=-=∑（（）解i i b t t S Q λ 答： Q/S =247.81W/m 25. 在外径100mm 的蒸汽管道外包绝热层。
绝热层的导热系数为0.08 W/(m ·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m ，试求绝热层厚度。
mm9.19509.69mm9.69150)50/ln()50150(π16.0)/ln(/)(π2/][12221221=-=-=∴=-=-=r r r r r r t t L Q 壁厚为：解λ答： r 2-r 1=19.9mm6. 通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2、t 3和t 4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。
12112)100200()200400(21200400400500(/)(/)(/)(][3213221343232121：：：：：：：：））：（：解==--==--=-=-=-=R R R R R R R R T T R T T R T T Q答： R 1∶R 2∶R 3=1∶2∶17. 在一石油热裂装置中，所得热裂物的温度为300℃。
今拟设计一换热器，用来预热石油，它的温度t 进＝25℃，拟预热到t 出＝180℃，热裂物的终温T 出不得低于200℃，试分别计算热裂物与石油在换热器中采用逆流与并流时的平均温差Δt m 。
解：T 进=300℃，T 出=200℃，t 进=25℃，t 出=180℃ 在逆流时：14618030025200ln 180********ln(=-----=-----=∆）（）（）（）进出出进进出出进t T t T t T t T t m℃由于：12017521=∆∆t t ＜2所以用算术均值也能满足工程要求： 5.1472120175221=+=∆+∆=∆t t t m ℃在并流时：5.9718020025300ln)180200()25300(=-----=∆m t ℃答：逆流：Δt m =146 ℃，并流：Δt m =97.5 ℃8.直径为φ57×3.5 mm 钢管用40mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。
现测得钢管外壁面温度为-120℃，绝热层外表面温度为10℃。
软木和保温灰的导热系数分别为0.043W/(m.℃)和0.07 W/(m.℃)，试求每米管长的冷量损失量。
解：本题为双层圆筒壁的导热问题，每米管长的冷损失量可用下式求得，即：23212131ln1ln1)(π2r r r r t t L Q λλ+-=其中： ｒ1=28.5mm ｒ2=68.5mm ｒ3=168.5mm λ1=0.043Ｗ／（ｍ·℃） λ2=0.07Ｗ／（ｍ·℃） ∴53.245.685.168ln 07.015.285.68ln 043.01)10120(π2-=+--=L Q Ｗ／ｍ负号表示由外界向系统内传递热量，即冷损失量． 答： q /L =-24.53 W/m9. 96%的硫酸在套管换热器中从90℃冷却至30℃。
硫酸在直径为φ25×2.5mm 、长度为3m 的内管中流过，流率为800kg ／h 。
已知在管内壁平均温度下流体的黏度为9.3[厘泊]。
试求硫酸对管壁的传热膜系数αi 。
解：硫酸的定性温度60309021=+=)(℃在定性温度下硫酸的物性常数为： 比热Ｃｒ＝1.6×103 J/(kg ·℃) 导热系数360.=λW/(m ·℃) 黏度8=μ[厘泊] 密度1836=ρkg/m 3385.01836)2.0(4π36008002=⨯⨯=u ｍ/s17671081836385.002.03=⨯⨯⨯==-μρdu Re （层流）6.3536.0108106.133=⨯⨯⨯==-λμp c Pr由于管子很细，液体黏度较大，故可忽略自然对流的影响，αｉ可用下式计算： 14.031i ii )()(86.1Wl d RePrd μμλα=245398300020635176702036086114031=⨯⨯⨯=.).().(...W/(m 2·℃)答：αi =245W/（m 2·℃）10. 98％的硫酸以0.6m/s 的流速在套管换热器的环隙间流动。
硫酸的平均温度为70℃，内管外壁的平均温度为60℃。
换热器内管直径为φ25×2.5mm ，外管直径是φ51×3mm 。
试求：单位传热面积的传热速率。
解：将对流传热速率方程式加以整理，可求算单位传热面积的传热速率，即)(w t t q -=α在定性温度70℃下硫酸的物性常数为： 密度1836=ρkg/m 3比热Ｃｒ＝1.58 kJ/(kg ·℃) 导热系数360.=λW/(m ·℃) 黏度46.=μ[厘泊]查得壁温60℃下硫酸黏度67.=w μ[厘泊]以d 1及d 2分别代表内管外径和外管内径，则当量直径d e 为02.0025.0045.0ππ4π4π412212122e =-=-=+-=d d d d d d d m3442104.618364.66.002.03e =⨯⨯⨯⨯==-μρu d Re （过渡区）1.2836.0104.61058.133=⨯⨯⨯==-λμp c Pr先求湍流时的对流传热膜系数αt ，即 14.0318.0t )(027.0wePrRed μμλα=9736746128344202036002701403180=⨯=..)..().()(...W/(m 2·℃)过渡流时对流传热膜系数α为 t f αα= 式中 7420344210611061815815.)(Re..=⨯-=⨯-=f∴ 7229737420=⨯=.αW/(m 2·℃) 于是得到 72206070722=-=)(q W/m 2 答： q =7220W/m 211. 一套管换热器，用热柴油加热原油，热柴油与原油进口温度分别为155℃和20℃。
已知逆流操作时，柴油出口温度50℃，原油出口60℃，若采用并流操作，两种油的流量、物性数据、初温和传热系数皆与逆流时相同，试问并流时柴油可冷却到多少温度？答： T 2′=64.7℃12.在并流换热器中，用水冷却油。
水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，原换热器的管长为lm ，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。
设换热器的热损失可忽略。
原： 现： 水15℃→40℃ 15℃→t 油150℃→100℃ 150℃→80℃ 现要求油出口为80℃ 0=L QCCt C T t KS Q t T t T t t C W T C W tC W T C W Q Q C W KS t KS Q C t C W C W tC W T C W Q Q mm pc c ph h pc c ph h c h ph h mm pc c ph h pc c ph h ch 02022222220764454764212135135201551862145630953095206050150...)()/(ln /)]([)()()(..)/ln()()()(''''''''''即并流时柴油冷却到）解得：）（联立方程（则并流时：则解：逆流时：==∆=---=∆-=-∆=∆==∴∆==-=∆-=-∆=∆=解：)1540()100150(-=-PC C Ph h C W C W21=PCC Ph h C W C W59260135601351212.ln ln =-=∆∆∆-∆=∆t t t t t m ℃111m Ph h t KS T C W ∆=∆85150592111..==∆∆=T t KS C W m Ph h现：同理：501580150=+-=PCC Ph h C W C W t )(℃99730801503013530135222.ln=--=∆∆=T t KSC W m Ph h∴86199708512221121212...=====KSC W KS C W S S l r l r L L Ph h Phh m m ππL 1=1m ∴ L 2=1.86m答：L =1.85m13.在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg ／s 的液体(比热容为1.9kJ ／kg ·℃、密度为850kg ／m 3)，由80℃冷却到30℃换热器的列管直径为φ25×2.5mm ，水走管方。