tf?tb1?tb290?30??C?60?C 22由附录查得60?C时甲苯的物性为
ρ＝830 kg/m3，Cp＝1840 J/(kg·℃)，μ=0.4×10
1840?0.4?10?3Pr???6.11
?0.1205cp?－3
Pa·s，λ=0.1205W/(m??C)，
则 ub?w1500?ms?0.256ms ππ?di23600?830??0.05244 Re?diub???0.05?0.256?830?26539（湍流）
0.4?10?3 流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时可用下式计算对流传热系数，即 ????(1?1.77di) R式中 ??—弯管中的对流传热系数，W(m2??C)；
?—直管中的对流传热系数，W(m2??C)；
di—管内径，m； R—管子的弯曲半径，m。
??0.023
?diRe0.8Pr0.4?0.023?0.1205?26539.30.8?6.110.4W?m2??C??395.5W?m2??C?0.05
d?0.05??22 ?????1?1.77i??395.5???1?1.77??Wm??C?453.8Wm??C
R?0.6???????4-12常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。离开换热器时
甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm，管束由37根φ19mm×2mm的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。（答：α=62.4W／(m2·℃))
解：甲烷的定性温度为 tf?tb1?tb2120?30??C?75?C 22由附录查得75 ?C时甲烷的物性为
ρ＝0.717kg/m3，Cp＝1.70J/(kg·℃)，μ=1.03×10流动截面积
－5
Pa·s，λ=0.0300W/(m??C)，Pr=0.367，冷却时n=0.3
??0.1942?37?0.0192
?润湿周边长??0.19?37?0.019?
6
4?当量直径de????0.19?37?0.019??0.1942?37?0.0192??0.0255
l2??78.4?60 de0.0255则 Re?deu???0.0255?10?0.7174?1.775?10?4000,?湍流 ?51.03?10Re0.8Pr0.3?0.023?0.0300?1.775?1040.0255 ??0.023?de????0.367?0.80.3?50.223W／(m2?℃)
4-13质量流量为1650kg/h的硝酸，在管径为φ80mm×2.5mm，长度为3m的水平管中流动。管外为300kPa
（绝对压力）的饱和水蒸气冷凝，使硝酸得到3.8×104W的热量。试求水蒸气在水平管外冷凝时的对流传热系数。
解：据已知，饱和水蒸气冷凝传给硝酸的热量为Q?3.8?10W，取??10000W/m?℃，估算壁温tw
300kPa（绝对压力）时，水蒸气饱和温度ts=133.3℃，用式Q??S?ts?tw?估算
4?2?Q3.8?104tw?ts??133.3??128℃
?S10000???0.08?3先假设tw=128℃，定性温度为膜温t?ts?tw133.3?128??131℃ 22－4
冷凝水膜的物性参数查附录有ρ＝934kg/m3，μ=2.16×10ts=133.3℃时水的汽化热r=2168×103J/kg
水蒸气在水平管外冷凝时：
Pa·s，λ=6.86×10-1W/(m??C)
3??9342?9.81?6.81?10??2g?3r??2168?102???11600???0.725??0.725W/m?℃ ?4??d?t???2.16?10?0.08??133.3?128??o???14??13?14??用式Q??S?ts?tw?计算
Q?11600???0.08?3??133.3?128??46300W
此值大于硝酸吸收的热量，说明假设tw偏小，重新用α=11600 W／(m2·℃)估算。
Q3.8?104tw?ts??133.3??129℃
?S11600???0.08?3假设tw=129℃，膜温t?ts?tw133.3?129??131℃，与前面假设的膜温基本一致，故冷凝水膜的227
物性数据一致，只是?t?ts?tw?133.3?129?4.3℃不同
?9342?9.81?6.81?10??2g?3r??2168?103?2???12200?则??0.725??0.725W/m?℃ ?4??d?t???2.16?10?0.08??133.3?129??o???14??13?14??Q3.8?104用α=12200 W／(m·℃)验算壁温tw?ts??133.3??129℃，与假设相同。
?S12200???0.08?32
4-14水在大容器内沸腾，如果绝对压力保持在P=200kPa，加热面温度保持130℃，试计算加热面上的
热通量q。
解：P=200kPa，ts=120.2℃，tw=130℃，?t=tw-ts=130-120.2=9.8℃
水沸腾时??0.123?t则q?2.33p0.5?0.123?9.82.33??200?103?0.5?1.12?104W/?m2?℃?
Q????t?1.12?104?9.8?1.1?105W/m2?110kW/m2 S4-15载热体的流量为1500kg/h，试计算下列过程中载热体放出或吸收的热量。（1）100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水；（2）苯胺由383K降至283K；（3）常压下20℃的空气加热到150℃；（4）绝对压力为250KPa的饱和水蒸气冷凝成40℃的水。
解：qm?1500kg/s 3600（1）水蒸气冷凝：r=2258kJ/kg
1500?2258?941kW 3600383?283（2）苯胺：Tm??333K
2Q?qm?r?cp?2.19kJ/?kg?K?
1500?2.19??383?283??91.3kW 360020?150（3）空气加热：tm??85℃
2放热量Q?qm?cp?T1?T2??cp?1.009kJ/?kg?℃?
吸热量Q?qm?cp?t2?t1??1500?1.009??150?20??54.7kW 3600（4）饱和水蒸气：P=250kPa，ts=127℃，r=2185kJ/kg，冷凝水从ts=127℃降至t2=40℃，
tm?127.2?40?83.6℃ 2放热量Q?qmr?cp?ts?t2????1500?2185?4.196??127.2?40???1063kW 36004-16在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为φl9mm×2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W／(m2·℃)，管外油侧对流传热系数为258W／(m2·℃)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2·℃／W，油侧污垢热阻为0.000176m2·℃／W。管壁导热系数λ
8
为45W／(m·℃)。试求：(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。
解：
11Ko???208W/m2?℃dodbd19190.002?1911?0.00026??0.000176??Rsio?o?Rso?1545?17258?ididi?dm?o3490?15??
do19?Rso0.00026?0.000176di15??11.8% 热阻增加的百分数为dobdo190.002?1911????3490?1545?17258?idi?di?oRsi4-17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，若原换热器的管长为1m。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。
解：变化前?tm??t1??t2?150?15???100?40???92.6℃
?t1150?15lnln100?40?t2??变化后?tm?t1??t2?150?15???80?40???78.1℃
?t1150?15lnln80?40?t2物性数据不变时，由Q?qm?cp??t，故变化前后传递的热量变化Q??Q由Q?KS?tm，故变化前后K不变时
150?80?1.4Q
150?100?1.4KS?tm?KS??tm?S??S?tm92.6?1?1.4??1.85m ??tm78.14-18重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为
167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。 解：由题意得：
并流时：热流体（重油）：T1=243℃ → T2=167℃ 冷流体（原油）：t1=128℃ → t2=157℃
?Q?qmhcph?T1?T2??76qmhcph?qmccpc?t2?t1??29qmccpc?KS?tm
?tm??t1??t2?243?128???167?157???43℃
?t1243?128lnln167?157?t2改为逆流后：热流体（重油）：T1=243℃ → T2′=？
冷流体（原油）：t2′=？ ← t1=128℃
9
??t1???t2??128?qmhcph?KS?tm? 同理：Q??qmhcph?T1?T2????243?T2??qmhcph?qmccpc?t2?2976 ?t2?128243?T2??——（1） ?T2??578.45?2.62t2???tm????T2??128??t1??t2?243?t2——（2） ???t1243?t2lnln?t2T2??128又
Q?tm29??——（3）
?t2??128Q??tm由（1）（ 2）（ 3）解得t2′=161.41℃；T2′=155.443℃
??49.5℃ ?tm4-19某厂用0.2MPa（表压）的饱和蒸汽（冷凝热为2169KJ/Kg，温度为132.9℃）将环丁砜水溶液由
105℃加热至115℃后送入再生塔。已知流量为200m3/h，溶液的密度为1080kg/m3，比热容为2.93KJ/(Kg·℃)，试求水蒸气消耗量，又设所用传热器的总传热系数为700 W／(m2·℃)，试求所需的传热面积。
200?1080?2.93??115?105??1758kJ/s
3600Q1758蒸汽消耗量qmh???3600?2.92?103kg/h
r2169?132.9?105???132.9?115??22.52℃ ?tm?132.9?105ln132.9?115解：Q?qmccpc?t2?t1??Q1758?103S???111m3
K??tm700?22.524-20在一管壳式换热器中，用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液体。苯蒸气的体积流量为1650m3／h，常压下苯的沸点为80.1℃，汽化热为394kJ/kg。冷却水的进口温度为20℃，流量为36000kg／h，水的平均比热容为4.18KJ／(kg·℃)。若总传热系数Ko为450W/(m2·℃)，试求换热器传热面积So。假设换热器的热损失可忽略。
解：苯蒸气的密度为
??PM1?78?kgm3?2.692kgm3 RT0.08206??273?80.1? Wh?1650?2.692kgh?4441.8kgh
Q?Wh??4441.8?394kJh?1.75?106kJh?4.86?105W
Q?WcCpc?t2?t1??36000?4.18?103?t2?20??4.86?105 360010