传热过程分析与换热器的热计算杨世铭陶文栓传热学第四版答案

第 10 章 传热过程分析与换热器的热计

算

课堂讲解

课后作业

【10-3】一卧式冷凝器采用外径为25mm 壁厚1.5mm 的黄铜管做成热表面。已知管外

2

冷凝侧的平均传热系数

h o 5700W/(m K)，管内水侧平均的表面传热系数 2

h i 4300W/(m K)

。试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数

(1) 管子内外表面均是洁净的

(2) 管内为海水，流速大于1m/s ，结水垢，平均温度小于50E ，蒸汽侧有油。

【解】

【10-13 】一台 1-2 型壳管式换热用来冷却 11 号润滑油。冷却水在管内流动，

2

t 2 20

C ，t 2 50

C ，流量为3kg/s ;热油入口温度为60°C, k 350W/(m K)。试计算:

(1) 油的流量；

(2) 所传递的热量;

(3) 所需的传热面积。

【10-17】在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度t,100 C出口温度为

t” 80 C；管外流过冷水，进口温度t

2，

20

C,出口温度t2”

70

C；总换热量350KW，

共有53根内径为16mm壁厚为1mm勺管子。管壁导热系数40w/ m* k ,管外流体的表

面传热系数h

o

1500w/m

*k，管内流体为一个流程。假设管子内、外表面都是洁净的试确定所需的管

子长度。

【解】计算管内平均换热系数

t f - 100 80 90

f2 C

u 314.9 10 6Kg / m* s , 0.68w/m*k,Pr 1.95

t m 80 20 100 70

ln 60/30

43.28

c A 8.38m2,A n dL,

J ?

本题中冷热流体总温差为43.3 C,管外冷流体侧占68%，管内侧约占32%，故不必

考虑温差的修正

【10-22】欲采用套管式换热器使热水与冷水进行热交换，并给出

t1 200 C, q m1 0.0144kg/s, t2 35 C, q m2 0.0233kg/s。取总传热系数为

2 2

k 980W/(m

K),A 0.25m，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、冷却水出口温度及换热器的效能。

【10-27】一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行：t

1,

360

C，t「

300

C，

t

2

30

°C,t2” 200

C , q m1

C

1=2500W/K K=800

W m k

。运行一年后发现，在、

q

m2

c

2、及t1,、t2,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300C。试确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。

【解】不结垢时,

q m2c 2 q m1c, ----------- 2500"6

- 882.4W/K

200 30 170

【10-32】已知：一球状物体中，入为绝缘材料的导热系数,

系数，假定为常数。求证：球状物体的临界表面绝缘半径为 r 2 h

【证明】设周围介质的温度为t J 则通过空心球壁的传热量为

r i 为球状物体的一内半径，该处的壁温为t i ；r 是外半径，此处视为变量。达到临界半径时,

满足条件

由此得

于是得球状物体的临界表面绝缘半径为

t m 270 160 In 270/160 210.2 C, A — 2500 360 300 k t m 800 210.2

2 0.892m 2 结垢后， q m2C 2 t

2 882.4 162 q m1 G

t2” t 2, 162 30 2550 又 q m2C 2 t 「 360 t 「 882.4 283.4 198

t m

283.2 k l n 283.4/198

C ， 1 1 R, R 一 1 1 1824 k” k 548.2 800

1 2.833,t 360 - 16

2 30 313.4

2.833 C

116471 2 —548.2W m k

h 为球外表面的表面传热 30 116471W 0

10 1 1.25 10 4W m 2 k 0.892 238.2

10-43】一块表面积为A 的平板埋于绝热材料中（如附图所示）。初始时与温度为T

的气流处于平衡状态，后突然受到投入辐射G的作用。平板对G的吸收比为a 1,自身辐射的发射率为&，平板的热容量为mc。此时对流换热的表面传热系数为h。试按集总参数法导出平板温度随时间变化的关系式，及当平板又一次处于稳态工况时的温度值。取G=3000W/rH a 1=0.8 , & =0.9 ,人=300K mc=20400J/K, h=50W/（m.K）。

【解】热平衡关系式

再次处于稳态时

解得T=343K。