Nuf?0,027?Re0.8?Pr1/3??f/?w?0.11?0.027?167020.8?4.311/3?653.3/282.5?0.11?115.1115.1?0.635h??3654.4W/m2?K0.02。
??\'????Ah?tw?tf???dlh?tw?tf?，得： cmt?tp由热平衡式
l?
??dh?t?t\?t'cpmw?tf??4174?0.857??50?30??2.2m?3.1416?0.04?3654.4??100?30?。
2管子出口处局部热流密度为q?h?t?3654.4??100?50??183kW/m
6－17、已知：一台100MW的发电机采用氢气冷却，氢气初始温度为27℃，离开发电
?4??c?14.24kJ/kg?K,??0.087?10kg/?m?s?。发电机效率为p机时为88℃，氢气为
98.5%。氢气出发电机后进入一正方形截面的管道。 求：若要在管道中维持Re?10,其截面积应为多大？
666??Q?1???100?10?0.015?100?10?1.5?10W 解：发电机中的发热量为
5这些热量被氢气吸收并从27℃上升到88℃，由此可定氢的流量G：
14.24?103??88?27?G?1.5?106,G?1.727kg/s。设正方形管道的边长为
?uL?uL2?G?105?LL，则有?，
?uL21.727?uL?G,?L???1.985m5?45??100.087?10?10其中:。
6－18、已知：10℃的水以1.6m/s的流速流入内径为28mm、外径为31mm、长为1.5m的管子，管子外的均匀加热功率为42.05W，通过外壁绝热层的散热损失为2%，管材的
??18W/?m?K?.
求：（1）管子出口处的平均水温；（2）管子外表面的平均壁温。
解：10℃水的物性为：
??999.7kg/m3 cp?4.191 ??57.4?10?2 v?1.306?10?6
P?42.05?(1?2%)?41.209W
P?42.05W 放 （1）设出口水平均温度为15℃， 20℃水
??998.2 15℃水的物性： Pr?8.27
管截面积
cp?4.183?2?6 ??59.9?10 v?1.006?10
?2?6c?4.187 ??998.7 p ??58.65?10 v?1.156?10
0.0282?s1??0.00061544m24
3 V?0.00061544?1.6?0.000984704m/s
3??999.7kg/mG?0.98441kg/s
P?GCp(t2?t1)?0.98441?(C2t2?C1t1)?41.099kW
设出口温度为20℃
P?0.98342?(4.183?20?4.183?10)?41.05kW与41.099接近， 故出口平均水温为20℃
（2）管内壁的传热面积为：
2S?0.028???1.5?0.1388m2
10?20tf??2 15℃ ud1.6?0.028Ref???38754.3?6v1.156?10
N?0.023RePr u0.80.4?0.023?38754.30.8?8.270.4?250.8
Nu??250.2?58.65?10?6hm???5253.4W/(m2k)d0.028 41.209?1000tw1??tf?74.5h?S2
2?l(tw2?tw1)??dln(2)/?d1
d?ln(2)/?41.209?1000?ln(0.031)/18d10.028tw2???tw12?l2?3.14?1.5
?24.736?74.5?99.23℃
6-19、已知：水以1.2m/s平均速度流入内径为20mm的长直管。（1）管子壁温为75℃，水从20℃加热到70℃；（2）管子壁温为15℃，水从70℃冷却到20℃。 求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。
解：w?1.2m/s d?0.020m
1?(20?70)?452 （1）℃ ud1.2?0.02Ref???39506.17?6v0.675?10
0.80.4Nuf?0.023RefPrf?0.023?39506.170.8?3.9520.4?189.05tf?
Nu??19.05?64.15?10?2hm???6063.77W/(m2?k)d0.02
0.80.30.80.3N?0.023RePr?0.023?39506.17?3.925?164.896
（2）u164.896?64.15?10?2hm??5289.05W/(m2?k)0.02
因为加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低，
流体粘度增加，对传热有减弱作用。
6-20、已知：一螺旋管式换热器的管子内径为d=12mm，螺旋数为4，螺旋直径D=150mm。
'进口水温t?20℃，管内平均流速u=0.6m/s，平均内壁温度为80℃。
求：冷却水出口水温。
\\解：此题需假设t进行计算。经过数次试凑后，设t?63℃，则
tf?20?60?41.52℃，
??0.6353W/?m?K?,??0.6564?10?6m2/s,cp?4147J/?kg?K?物性值：
3?6??992.1kg/m,??650.7?10kg/?m?s?,Pr?4.195，
0.6?0.021?106Re???1.0097?104?0.6564 。
ud 每根管长：l?4?D?4?3.1416?0.15?1.885m,l/d?1.885/0.012?157，
cp?1?10.3?d/R??1?10.3??0.012/0.075??1.0422,?w?355.1?10?633
采用式（5-56）得：
4 Nu?0.027?1.097?10??0.8?4.1951/3??650.7/355.1?0.14?1.042?82.75，
2h?82.75?0.6353/0.012?4381W/m?K,
?? 传热量:?1?Ah?t?3.1416?0.012?1.885?4381??80?41.5??11.986kW, 热平衡热量:
?2??d24?ucp?t\?t'??0.785?0.0122?992.1?0.6?4147??63?20??12.077kW?1与?2相差小于1%，故t\?63℃即为所求之值。
6-21、已知：如图为现代储蓄热能的一种装置的示意图。h=0.25m，l?3m，圆管直径为d=25mm，热水流过，入口温度为60℃，流量为0.15kg/s。周围石蜡的物性为：熔点为 27.4℃，溶化潜热为L=244Kj/kg，??770kg/m。假设圆管的温度在加热过程中一直处于石蜡的熔点，
求：把该单元中的石蜡全部溶化热水需流过多长时间。
解：假定出口水温为40°C，则水的定性温度为50°C水的物性参数
2??0.648W/?m.K?;??549.4?10?6pa.s,??998.1kg/m3,Pr?3.54,Cp?4174J/?Kg.K?4qRe?m?13905?2300n?d
所以管流为湍流故
Nu?0.023Re0.8Pr0.3?69.34Nu?h??1797W/m2.Kd
??又因为l/d?3/0.025?120?60, 所以
Cl?1,?t?tf?tm?22.6?30,Ct?1
??hA?tf?tm??qmCp??tf?tf???? 热平衡方程
??tf?1/2??tf?tf??;A??dl??其中
?t?43.25°C
所以可得f?t?51.5°C，水物性参数t?40ff与假定°C相差较大，在假设
??0.65W/?m.K???537.5?10?6pa.s,??987.3kg/m3,Pr?3.46,Cp?4175J/?Kg.K?
Re?4qm?14213?2300n?d，是湍流
Nu?0.023Re0.8Pr0.3?70.08Nu?h??1822W/m2.Kd因水被冷却
??l/d?3/0.025?120?60,Cl?1,?t?tf?tm?22.6?30,Ct?1
??hA?tf?tm??qmCp??tf?tf???? 热平衡方程
??tf?1/2??tf?tf??;A??dl??其中
?t?43.4°C
所以可得f壁温与液体温差
?t?tf?tw?24.3?30,ct?1
???1?qmcp??tf?tf???10395.8W??水与石蜡的换热量为
而牛顿冷却公式
?2?hA?tf?tw??10432W
??热平衡偏差
?1??2?100%?0.348%?5%??1??2?/2
故上述计算有效tf???43.4°C 为使石蜡熔化所需热量为
Q?r?V?3.495?107J??1/2??1??2??10413.9W
所需加热时间??Q/??3356.2s?56min 空气定性温度tm?1/2(tw?t?)?30°C
?tw?t???t?th6-22、已知：在管道中充分发展阶段的换热区域?w是轴线方向坐标x的函数，但上述无量纲温度却与x无关。
????x?0?。无论tw或tb均可
求：从对流换热表面传热系数的定义出发，以圆管内流动与换热为例，证明在充分发展换热区常物性流体的局部表面传热系数也与x无关。
??解：设在充分发展区，
tw?t?f?r?tw?tb，则：
d? drr?R?t?rr?R??f'?R??consttw?tb（此处R为管子半径）， ????t??h?x???????????r?r?R? 于是：
?tw?tb??const
6-23、已知：如图，一电力变压器可视为直径为300m、高500mm的短柱体，在运行过程中它需散失热流量为1000W。为使其表面维持在47℃，再在其外壳上缠绕多圈内径为20mm的管子，管内通过甘油以吸收变压器的散热。要求外壳温度维持在47℃，甘油入口温度为24℃，螺旋管内的允许温升为6℃，并设变压器的散热均为甘油所吸收。
2??1259.9kg/m,cp?2427J/?kg?K?
27℃时甘油的物性参数如下：
??79.9?10?2kg/?m?s?,??0,286W/?m?K?,Pr?6780。47℃时甘油的??20.95?10?2kg/?m?s?。
求：所需甘油流量、热管总长度以及缠绕在柱体上的螺旋管的相邻两层之间的距离s。