思考题1所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热Word格式.docx
《思考题1所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《思考题1所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热Word格式.docx（120页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。
11、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设？
习题
10-1、在一气－气套管式换热器中，中心圆管的内外表面都设置了肋片，试用下表所列符号导出管内流体与环形夹层中流体之间总传热系数的表达式。
基管的导热系数为。
解：
由热量公式，单位管长传热量：
1＝
hiAtihiAfii
1lnr0
2ri
h0Ar0h0Af00
tfitf0
hiAti0i
1ln
r0
ri
（1）
h0At0
00
式中，内侧肋面总效率：
0iAtiAfi0
0iAti
外侧肋面总效率：
00＝Ar0Af00
Af0
对外侧总面积而言的传热系数k，则有：
（2）
1＝kAt0（tfitf0）由
（1）
（2）两式得：
AtoAtolnr01
hiAtioi2rih000
10-2、已知：
一有环肋的肋片管、水蒸气再管内凝结，表面传热系数为12200W/（㎡*K）空气
横向掠过管外，按总外表面面积计算的表面传热系数为72.3W/（㎡*K）。
肋片管基管外径为
25.4mm,壁厚2mm，肋高15.8mm，肋厚0.318mm，肋片中心线间距为2.5mm。
基管与肋片均用铝做成，λ=169W/（m*K）。
求：
当表面洁净无垢时该肋片管的总传热系数。
22A0d0（s）2（r1r2）
22
3.141625.4（2.50.381）23.1416[（12.715.80.381/2）212.72]
2
169.14158.54327.6mm2
A1d1l3.141621.42.5168.1mm2
参数：
（h）1.5（h）0.50.536A
r1/r22.26AA
由图215查得：
f0.78,01f20.789f0A0
故得：
k50.2W/（m2*k）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h05700W/（mK），管内水侧平均的表面传热系数
hi4300W/（mK）。
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500C，蒸汽侧有油。
解：
1/h01/57001.7543104m2K/W
d0
25
hidi430020
2.643104m2
由参考文献1，表9－1查得：
海水污垢系数Rfi0.0001m2K/W蒸汽含油污垢系数Rfo0.0002m2K/W
黄铜的导热系数＝109W/mK
（1）管子内外表面均是洁净时的导热系数
k0
1d0lnd01d0h02dihidi
12200.9W/m2K
40.025254
1.7453104ln2.63104
210920
（2）管子内外表面结垢后的传热系数
k0w
1Rf0Rfid0k0di
125
0.00020.0001
1302.1W/m2
2200.9
20
10-4、已知：
一套管式换热器长2m，外壳内径为6cm,内管外直径为4m，厚3mm。
内管中流过冷却水，平均温度为40℃，流量为0.0016㎡/s。
14号润滑油以平均温度70℃流过环行空间，流量为0.005㎡/s。
冷却水系统处理的冷却塔水，管壁材料为黄铜。
内外壁面均洁净及长时间运行结垢后的总传热系数值。
水侧h1的计算
62
40℃时，0.635W/（m*k）,v0.659106m2/s,pr4.31
d1242
A110.7850.03429.075104m2,u11.763m/s
4
ud1
Re190967
流动截面积v
h0.023Re0.8Pr0.47144w/（m2*k）
采用式（5-54），d
油侧h0的计算
2232
A2（d22d12）1.57103m2
流动的截面积：
2421
u2v23.185m/s,0.1439w/（m*k）,v34.3106m2/s,Pr444
Reu2d121857,h01.86（RePrd）1/3（uf）0.14
vdluw
lw
近似的取为40℃，则：
uw880.7124.4106kg/（m*s）,uf34.3863.2106kg/（m*s）
于是h1.86（0.1439）（1857444
0.02
0.022/3
2）
34.3863.2
880.7124.2
）0.14
224.8w/（m2*
k）
利用此值重新确定管壁温度，略去壁面热阻不计，则内侧热阻在总热阻中的比值为：
R1
R
R0
0.0356
twtl（7040）0.035641.1,uw119.43880.11重新计算得：
h1225.6w/（m2k）因而内外壁都干净时，k0218w/（m2k）
油，水侧均结垢时，取00.0002,10.0002
1/h0（1/h11）d1/d2
173w/（m2
k）.
10-5、已知：
一种用于制冷剂凝结换热的双侧强化管用直径为19、16.4mm的胚管加工而成，
长1.0m。
在一次试验中测得冷却水进出口温度分别为24.6℃及29.2℃，平均水速为0.91m/s,
按胚管尺寸计算的管内平均表面传热系数为1.82×
104W/（m2*K）,管外凝结换热表面传热系
数为1.25×
104W/（m2*K）,管材为铜。
按胚管外表面计算的总传热系数值。
并分析管内水侧采用强化表面后的强化效果。
k1
1d0d0d0
ln
h1d12d1，取=400W/（m*k）,则有：
2k3656794.1w/（m2*k）.
6.3691033.4951068105若管内不强化，则按D-B公式计算时：
tf27.2℃，v0.8613106m2/s,
0.613w/（m*k）,pr5.87,Re17327
Nu0.023173270.85.870.4114.8,h14292.71192.699104m2*k/w内侧热阻变为4292.716.4
可见如不强化内侧热阻要加大5倍左右。
平均温压计算
10-6、已知：
順流与逆流布置。
分别按qm1c1>
qm2c2及qm1c1<
qm2c2两种情况下，用温度分布曲线说明对数平均温差总是小于相应的算术平均温度。
10-7、已知：
逆流式套管换热器，
沿换热表面的局部热流密度的变化规律。
qm1c1＝qm2c2，满足推导对数平均温差条件的前提。
此时不同的截面上冷热流的总温差保持为常数，由于传热系数
换热面已进入均匀热流密度的状态。
K也为常数，因而该
10-8、已知：
一加热器中用过热水蒸气来加热给水（电厂中把送到锅炉中去的水称为给水）过热蒸汽在加热器中先被冷却到饱和温度，体的总流向为逆流，热流体单相介质部分的求：
画出冷、热流体的温度变化曲线。
再凝结成水，最后被冷却成过冷水，冷热流qm1c1<
qm2c2.
10-9、已知t1300C，t1210C，t2100C，t2200C，试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差：
1）逆流布置；
2）一次交叉，两种流体均不混合；
3）1－2型壳管式，热流体在壳侧；
4）2－4型壳管式，热流体在壳侧；
5）顺流布置。
（1）t1t1t2210100110
trt1t2300200100
t1tr110100
tm104.9C
ln（t1/tr）ln（110/100）
t2t2
（2）P22
t1t2
200100
0.5
300100
300210
0.9
由参考文献1，图9－17查得＝0.92
tm104.90.9296.5C
（3）由参考文献1，图9－15查得＝0.85
tm104.90.8589.2C
（4）由参考文献1，图9－16查得＝0.97tm104.90.97101.8C
（5）t1t1t2300100200
trt1t221020010
tm
t1tr2001063.4Cln（t1/tr）ln（200/10）
10-10、已知：
一定的布置方式及冷、热流体一定的进出口温度。
热流体在管内侧及在壳侧的两种安排对数平均温差值有无差别？
以上题中（3）（4）
中情形为例，设热流体在管侧，重新计算其对数平均温差。
从这一计算中例可得出怎样的推断。
p2103000.45,R1002001.111
（1）1-2型100300210300
查图9-15，0.85,tm104.90.8589.2℃
2）2-4型，p0.45,R1.11,由图9-16，0.97,tm104.90.97101.8℃
10-11、已知：
初始温度为t1的流体流入壁温为t0＝常数的平行板通道，通道长为l流体质量为qm,比热容为cp,流体与平板间对流换热的表面传热系数h为常数。
求证：
流经该通道后流体与平板间的换热量为Ф=qmcp（t0-t1）（1-e-2h/（q）
证明：
如图示，对长为dx的微元段，可以列出以下热平衡式：
qmcpd（t0t）2h（t0t）dx,令tt0,
2hx
d2hdx,由此得Ceqmcp,x0时,itit0,得leqmcp
则有qmcp
流体经过长为L的一段通道后的总换热量等于出口截面上的焓减进口处的焓，故有：
lqmcp1qmcp1qmcp
2hl
eqmcp1
t0t1qmcp
eqmcp1
。
在本题中主流方向的坐标与一维非稳态导热总参数分析中的时间坐标相类似。
10-12、已知：
在已順流式换热器中传热系数k=a+b△t其中a、b为常数，△t为任一截面上
的周期误差。
求证；
该换热器的总传热量为，其中k'
、k,,分别为入口段与出口段的传热系数。
k,,t,k,t,,
,,,,,a,,,证明：
由kabt,kabt，联立解得t,t,,，
kabt代人dtuktdA见教材P325,得：
dtudAx.
将abtx
将此式从A=0到Ax做积分，得：
1lntaabt
t
t,,
即a
t/abt
t,/abt,
uAx
将此式应用于换热器流体出口处，即
Ax=A处并将a的表达式代入，得：
t,t,,k,t,,
,,,,,ln,,,uA
k,,t,k,t,,k,,t,
另一方面按u的定义有：
（t1t2）（t1t2）tt
将此式代入上式，整理之，即得：
AktktAlnk,,t,/（k,t,,）
换热器设计计算
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，
t220C，t250C，流量为3kg/s；
热油入口温度为600C，k350W/（m2K）。
试
计算：
油的流量；
所传騠递热量；
（3）
所需的传热面积。
则qm1
2148（10060）
（1）查得润滑油及水的比热分别为c12148J/kgC,c24174J/kgCqm2c2t234174（5020）4.37kg/s
c1t1
（2）qm2c2t234174（5020）375.66KW
（3）t1t1
t2602040C
trt1
t21005050C
t1tr405044.8C
ln（t1/tr）ln（40/50）
Pt2t2
t1t2
50200.375
10020
Rtt21tt12
100601.333
5020
PR1.3330.3750.51/R1/1.3330.75由参考文献1，图9－15查得＝0.9
tm＝44.80.940.32C
375.661032A26.62m2ktm35040.32
10-14、一个壳侧为一程的壳管式换热器用来冷凝
凝18kg蒸汽。
进入换热器的冷却水的温度为
k84W/（mK），问所需的传热面积是多少？
7355Pa的饱和水蒸气，要求每小时内冷
250C，离开时为350C。
设传热系数为
由水的饱和压力表查得：
ts39.87C，r2407.3KJ/kgqmr182407.3103/360012036.5W
t1tst239.872514.87
trtst239.87354.87
14.874.87
8.96ln（t1/tr）ln（14.87/4.87）
12036.5
t1tr
12036.52
A0.74m2
Ktm18008.96
10-15、已知：
在一台1-2型管壳式换热器中，管内冷却水从16℃升高到35℃，管外空气从
219.6kg/min，换热器的总传热系数K=84w/（m*k）
119℃下降到45℃，空气流量为
所需的传热面积式多少。
逆流温度差为tmaf
842951.72p35160.184
R119453.89
3516
ln84/29℃，11916
故查图9-15，0.92，故对数平均温差tm51.720.9247.58℃
1194582
空气平均温差为
282℃，cp1009J/kg*k
空气的换热量
19.611945100924391W
故需传热面积A0
243916.1m2
47.5884。
10-16、已知：
某工厂为了利用废气来加热生活用水，自制了一台简易的壳管换热器，烟气内径为30mm的钢管内流动，流速为30m/s，入口温度为200℃，出口温度取为
100℃。
冷水在管束与外壳之间的空间内与烟气逆向的流动，要求把它从入口处的20℃
加热到50℃.烟气物可按附录中标准烟气的物性值查取。
水侧的表面传热系数远大于与烟气侧的表面传热系数，烟气的辐射换热可略而不及。
估算所需的直管长度。
因为水侧换热系数远大于烟气侧之值，因而管壁的平均温度可取为水的平均温度，
2050
即2
35
℃
对于烟气：
tf
10020015062
2℃，v27.17106m2/s,0.0357w/m*k
Pr0.68,Re
ud
0.0330633125
27.17106
0.80.3
采用式（5-54）来估算，则Nu0.023Re0.8Pr0.384.65
h84.650.0357100.7w/m*k
0.03
d2
4ut1947W由对流换热公式：
AhtdL100.715035
L所以
1947
1.784m
3.1416100.715035。
10-17、已知：
在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度t100℃出口温度
为t,,80℃，管外流过冷水，进口温度t220℃，出口温度t270℃，总换热量
350KW，共有53根内径为16mm、壁厚为1mm的管子。
管壁导热系数40w/m*k，管外流体的表面传热系数h01500w/m*k，管内流体为一个流程。
管子内、外表面都是洁净的。
所需的管子长度。
计算管内平均换热系数。
tf21008090℃u314.9106Kg/m*s,0.68w/m*k,Pr1.95
cp4208,qmcpt
4159Kg/s
Re
4qm
du
44.159/53
3.14160.016314.9106
19830
h0.023Re0.8Pr0.3d3273w/m*k
ka965w/m*k
a11d2
h0h1d1
802010070
ln60/30
43.28
℃，
A8.38m2,AndL,
AL2.80m.
nd
本题中冷热流体总温差为43.3℃，管外冷流体侧占68﹪，管内侧约占32﹪，故不必考虑温差的修正。
10-18、压力为1.5×
105Pa的无油饱和水蒸气在卧式壳管式冷凝器的壳侧凝结。
经过处理的循环水在外径为20mm、壁厚为1mm的黄铜管内流过，流速为1.4m/s，其温度由进口处的560C升高到出口的940C。
黄铜管成叉排布置，在每一竖直排上平均布置9根。
冷却水在管
内的流动为两个流程，管内已积水垢。
试确定所需的管长、管子数及冷却水量。
传热量
1.2107W。
（1）平均传热温差由冷凝压力查得饱和蒸汽温度为111.32C则：
9456
tm19141.32565632.72C
111.3294
（2）管外凝结换热系数设管外壁温度tw105C，则tm（111.32105）/2108.2C查得凝结水物性参数为
l0.685W/mKr2235kJ/kg表面传热系数
1/4
3
l952.3kg/m3
263.2106kg/ms对水平管外凝结换热，
h00.729grll
333
2235103952.330.6283
1/4
8809W/（m2
0d（tstw）n
9.8
K）
0.7299.86
263.21060.02（111.32105）9
（3）管内换热系数
由tf（5694）/275C查得水的物性参数
＝0.671W/（mC），＝0.39106m2/s，Pr2.38对管内对流换热，表面传热系数
0.80.4
h10.023Ref0.8Pr0.4
1df
0.0230.671（1.40.0186）0.82.380.48552W/（m2K）
0.0180.39106
4）热阻：
查参考文献1，表9－1，蒸汽侧污垢热阻r00.0001水侧污垢热阻r10.0002管壁热阻（黄铜＝131W/mK）（d1
升级会员 