传热学章熙民

传热学章熙民

第六章

6-17 黄铜管式冷凝器内径12.6mm ，管内水流速1.8m/s ，壁温维持80℃，冷却水进出口温度分别为28℃和34℃，管长l/d>20，请用不同的关联式计算表面传热系数。 解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为

()()()[][]()

()80288034t t t 48.94C ln t /t ln 8028/8034---'''

∆-∆∆===︒'''∆∆--冷却

水的平均温度为()f w t t t =80-48.94=31.06C =-∆︒ 由附录3查物性，水在t f 及t w 下的物性参数为： t f =31℃时, λf ＝0.6207 W/(m·K), νf =7.904×10-7m 2/s, Pr f =5.31, μf =7.8668×10-4N s/m 2 t w =80℃时, μw =3.551×10-4N s/m 2。所以 -7

f 0.0126 1.8Re 28700100007.90410

⨯⨯===>⨯m f d u v 水在管内的流动为紊流。

用Dittus-Boelter 公式，液体被加热

0.80.4f Nu 0.023Re Pr =

0.80.4f Nu 0.02328700 5.31.=⨯⨯=1652

()20.6207

165.28138.1W /m K 0.0126

==⨯=⋅f

f h Nu d λ

用Siede-Tate 公式

0.14

f 0.8

1/3

f w Nu 0.027Re

Pr

μμ⎛⎫

= ⎪⎝⎭

0.14

0.8

1/3

f 7.8668Nu 0.02728700

5.31

1943.551⎛⎫

=⨯⨯= ⎪⎝⎭

()20.6207

1949554.7W /m K 0.0126

==⨯=⋅f

f h Nu d λ

6-21 管式实验台，管内径0.016m ，长为2.5m ，为不锈钢管，通以直流电加热管内水流，电压为5V ，电流为911.1A ，进口水温为47℃，水流速0.5m/s ，试求它的表面传热系数及换热温度差。（管子外绝热保温，可不考虑热损失） 解：查附录3，进口处47℃水的密度为

3989.22kg/m ρ'=

质量流量为2f m m =V=u r ρρπ''

2f m =989.330.5 3.140.0080.0994kg/s ⨯⨯⨯=

不考虑热损失，电能全部转化为热能被水吸收

f p f f UI m c (t t )'''=-

f f p p

UI 5911.1

t t 47mc 0.0994c ⨯'''=+

=+

水的p c 随温度变化不大，近似取50℃时的值4.174kJ/kg.K 计算

f f 3

p UI 5911.1

t t 4758C mc 0.0994 4.17410

⨯'''=+

=+=︒⨯⨯ 常热流边界，水的平均温度

()'''4758

52.5C 22

++===︒f f f t t t

查附录3饱和水物性表得：

622

0.53710/,65.110/()--=⨯=⨯⋅f f v m s W m K λ

3f 4.175/(),Pr 3.40,986.9/=⋅==p C KJ Kg K Kg m ρ

4

m f 6

f 0.50.016Re 1.4898100.53710

-⨯===⨯⨯u d v 采用迪图斯-贝尔特公式

0.80.4f Nu 0.023Re Pr =

40.80.4f Nu 0.023(1.489810) 3.481.81=⨯=

21f 0.651

81.813328.6/()0.016

==⨯=⋅h Nu W m K d λ

壁面常热流时，管壁温度和水的温度都随管长发生变化，平均温差w

f UI

t t hA h dl

Φ∆=-==t π

()5911.1

10.9C 3328.63.140.016 2.5

⨯∆==︒⨯⨯⨯t

6-35 水横向掠过5排叉排管束，管束中最窄截面处流速u=4.87m/s ， 平均温度t f =20.2℃，壁温t w=25.2℃， 管间距12

s s 1.25d d

==， d = 19 mm, 求水的表面传热系数。 解：由表6-3得知叉排5排时管排修正系数εz =0.92 查附录3 得知，t f = 20.2℃时，水的物性参数如下： λf ＝ 0.599W/(m·K), νf =1.006×10-6m 2/s, Pr f =7.02, 而t w =25.2℃时, Pr w =6.22。所以 5-7

f 4.870.019Re 91978<21010.0610⨯⨯===⨯⨯m f u d v

查表6-2（管束平均表面传热系数准则关联式）得：

0.25

0.2

f 0.361f f z w 2Pr s Nu 0.35Re Pr s ε⎛⎫⎛⎫

= ⎪ ⎪⎝⎭

⎝⎭

()

0.25

0.2

0.36f 7.02Nu 0.3591978 1.250.92=21.256.22⎛⎫

=⨯⨯ ⎪⎝⎭

()2

f f Nu 21.250.599h 669.4W /m K 0.019

⨯⨯⎡⎤===⋅⎣⎦d λ

例6-6 空气横掠叉排管束，管外经d = 25mm, 管长l = 1.5m ，每排有20根管子，共有5排，管间距为S 1 =50mm 、管排距为S 2 = 37mm 。已知管壁温度为t w =110℃，空气进口温度为f t 15C '=︒，求空气与壁面间的对流换热系数。

解：对流换热的结果是使空气得到热量温度升高，对流换热系数一定时出口温度就被确定了。目前不知空气的出口温度，可以采用假设试算的方法。先假定出口温度为25℃，则流体的平均温度 f 1525

t =20C 2

+=︒

查物性参数