4-传热习题要点

第四章传热

(一) 计算题

2 ______________

1、某流体通过内径为 100mn 圆管时的流传热系数为 120W/(m •),流体流动的雷诺数 Re=1.2

X 105

,此时的对流传热系数关联式为

Nu =0.023Re 0.8

P J 4。

=(：宀(0

0095 宀F.

11

2

=1.11 a =1.11 X1oo=111w/( m 弋)

2 2

对流传热系数由原来的 100W/(m -C )，增至现在的111 W/(m -C )。

分析：由以上的计算可以看出， 由于矩形扁管的当量直径小于同周长圆的直径， 传热系数大于后者。因此用非圆形管道制成的换热器(如最近开发的螺旋扁管换热器) 般都具有高效的特点。

2、一立式换热器规格如下：管长 3m 管数30根，管径为 0 25X 2.5mm 管程为

用此换热器冷凝、冷却 CS 2饱和蒸气，使之从饱和温度 46 C 降至10 C,走管外，其

流量

W=0.07kg/s ，其冷凝潜热为 356kJ/kg ，比热容为1.05kW/(kg C )。水走管内，且与 CS 呈 逆流流

动。冷却水进出口温度为 5 C 和30C 。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传 热系数分别为

K 1=200W/(m 2 -C )和K 2=100 W/(m 2

-C )。问此换热器是否合用？

分析：判断一台换热器是否合用， 一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法， 本例

采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，

比较二者后即可以得出结论。

今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为

流传热系数有何变化？

1: 3的矩形扁管，而保持流速不变，试问对

解：由对流传热系数 a 的计算公式:

a =0.023 —

M du P W

d CT

当物性不变时a □cu

0.

8d ^0

.

2

••• u 不变,

•••ax d 』2

求扁管的当量直径 de ：

设a 、b ,分别为矩形截面的宽与长 a

1

由题意一=—

b 3

解之 ^―

2(a +b) "d

de=/^ 2(a +b)

2沢冗d.Sd

8 8

3 3 亠心=2~x3.14x0.005=0.0295m 16 16 设a 、 2

a '分别为圆管与扁管的对流传热系数，

其对流

1。现拟选

本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积A1和冷却段所需面积A2,而A1、A的求得又须以△ t m b A t m2为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却段的温度

解：(1 )以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积:

2

A = n 兀d 0L =30x3.14x 0.025x3 = 7.07m

(2)求所需的传热面积 ①冷凝段与冷却段的传热量

冷凝段的平均温差

46 C

冷却段的平均温差

46 T 46 C

③所需传热面积

A' =

A +A 2 =4.84 +1.61 = 6.45m 2

即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。

3、将流量为2200kg/h 的空气在蒸汽预热器内从 20C 加热到80C 。空气在管内作湍流流动,

Q=W

=0.07x356 =24.9kW

Q 2 =W h C p (T s -T 2 ) = 0.07x1.05(46-10)= 2065kW

②两段的平均温差

总传热量：Q =Q 1 +Q 2 =24.9+ 2.65 = 27.5kW 冷却水用量

27.5

心厂

4^^严

263kg/s

冷却水离开冷却段的温度

t=ti + Q 2

W C C P C

=^5^=7'4 C

30 一・

16 竝C 38.6

A t

m1 38.6-16 =—=16.4 C

,38.6 ln ---

7.4 L

38.6

A t

m2 一 In 38.6-5 ― ---- =16.4

38.6 5

冷凝段

冷却段

—

K 1加叶

200天25.7

Q 2

2.65X103

=4.84m 2

A 2

" K^t

m 2

100咒16.4 ""佃

A >A ', 冷 凝 段

冷 却 段

Q i

24.9 咒

由题意，n 为常数

(a )、( b ) 二式中C 1、C 2均为比例系数。

已知：Q2

- 1.2

Q 1

'

t 2 -t ,

(b)

116C 的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加 温

度不变。问采用什么方法才能完成新的生产任务？请作出定量计算 不作变化)。

20%而空气的进、出口

(要求：换热器的根数

分析：由传热基本方程 Q=KA^t m 着眼考虑：空气流量增加 20%而进出口温度不变, 即Q 增加20%因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数 气的对流传热系数。空气流量增加后， 大的要求，故可以改变的只有

,所以总传热系数K 接近空

总传热系数增大，但其增大的幅度不能满足热负荷增

△ t m 及 Ao

解：丁 O 蒸汽空气

，又管壁较薄可忽略其热阻

人

0.8 …

a 空气=0.023 Re Pr = 0.023

0.8 _ 0.4 djWs/p]pF 8 岸

4

-d 2

4

在物性不变的前提下

…C1：A

：8

(a)

二将(a )式代入：Q =C 2

W A"8

丛t m 丄

d 0.

8

设“ 1”，“ 2 ”分别代表工况改变前后的情况,

「 10.8

由(

b )式:

Q2 _

Q 1 _[W A ” L

2 d

1

L 1 u 丿仏

包们.8如 丄1人d 2丿*1

=1.20.

8