第十章
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表面得管子。设一双侧强化管用内径
为di、外径为d0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。
答：由传热量公式：?t?1＝lnd(0/d1)11??h1?d1?1?12??h0?d0?0?0得以管内表面为基准得传热系数：k?1dlnd(0/d1)d11?1?h1?1?12?h0d0?0?0管内表面传热系数得计算面积为?d1?1算面积为?do?0 管外表面传热系数得计2、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情
况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？
答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。
3、 重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。
答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。
4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。
qm1c1?qm2c2及qm1c1?qm2c2三种情形，画出顺流与逆流时5、对于qm1c1?qm2c2、冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与qmc相对大小的关系。 6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传
热方程式，你同意吗？
答：换热器设计所依据的基本方程有：
??????qc(t?t)?qc(t?t)?KA?tm m1111m2222
传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。
7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。
答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略o
8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？
答：已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换热器，根据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。
9、在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为方便？
答：用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对平均温差的影响大，所以该法用于校核计算时容易得到收敛的计算结果。 10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。
答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层．强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；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＝?tr111?ln0?hiAti?hiAfi?i2??rih0Ar0?h0Af0?0tfi?tf0r111?ln0?hiAti?0i2??rih0At0?00Ati?Afi?0AtiAr0?Af0?0Af0(2)(1)?式中，内侧肋面总效率：?0i?外侧肋面总效率：?00＝对外侧总面积而言的传热系数k，则有：?1＝kAt0(tfi?tf0)由（1）（2）两式得：1k?AtoAr1?toln0?hiAti?oi2??rih0?00
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72.3 W/(㎡*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。
解：k?11A0?An1??h0A1?Amh2?022A0??d0(s??)?2?(r1?r2)?3.1416?25.4?(2.5?0.381)?2?3.1416[(12.7?15.8?0.381/2)2?12.72]?169.1?4158.5?4327.6mm2A1??d1l?3.1416?21.4?2.5?168.1mm2参数：(h?)1.5(r1/r2?2.26由图2?15查得：?f?0.78,?0?故得：k?50.2W/(m2*k)A1??fA2A0?0.789h0.5)?0.536?A
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。已知管外冷凝侧的平均传热系数h0?5700W/(m?K)，管内水侧平均的表面传热系数
2hi?4300W/(m2?K)。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/h0?1/5700?1.7543?10?4m2?K/W1d0125????2.643?10?4m2?K/Whidi430020由参考文献?1?，表9－1查得：海水污垢系数Rfi?0.0001m2?K/W2蒸汽含油污垢系数R?0.0002m?K/Wfo
黄铜的导热系数?＝109W/m?K
(1)管子内外表面均是洁净时的导热系数1k0?1d0d01d0?ln?h02?dihidi1?2200.9W/m2?K0.025251.7453?10?4?ln?2.63?10?42?10920(2)管子内外表面结垢后的传热系数?k0w?1d1?Rf0?Rfi0k0di1125?0.0002?0.0001?2200.920?1302.1W/m2?K
?
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。 求：内外壁面均洁净及长时间运行结垢后的总传热系数值。 解：水侧h1的计算
?62??0.635W/(m*k),v?0.659?10m/s,pr?4.31 40℃时，
4udRe?1?90967v流动截面积
A1??d12?0.785?0.0342?9.075?10?4m2,u1?1.763m/s
h?0.023Re0.8Pr0.4?7144w/(m2*k)d采用式（5-54），
油侧h0的计算 流动的截面积：
?A2??4(d2?d1)?1.57?10?3m222
u2?Re?v2?3.185m/s,??0.1439w/(m*k),v?34.3?10?6m2/s,Pr?444A2ufu2d12?d?1857,h0?1.86(RePr)1/3()0.14vdluw
lw近似的取为40℃，则：
uw?880.7?124.4?10?6kg/(m*s),uf?34.3?863.2?10?6kg/(m*s)于是h?1.86?(0.14390.022/334.3?863.20.14)?(1857?444?)?()?224.8w/(m2*k)0.022880.7?124.2
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：
R?0.0356R1?R0tw?tl?(70?40)?0.0356?41.1,uw?119.43?880.11重新计算得：h1?225.6w/(m2k)因而内外壁都干净时，k0?218w/(m2?k)油，水侧均结垢时，取?0?0.0002,?1?0.0002
k0?则
1?173w/(m2?k).1/h??0?(1/h1??1)d1/d2
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,
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按胚管尺寸计算的管内平均表面传热系数为1.82×10W/(m*K),管外凝结换热表面传热系数为1.25×104 W/(m2*K),管材为铜。
求：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。
k?解：
11d0d0d0?lnh1d12?d1，取?=400W/(m*k),则有：
1?6794.1w/(m2*k).?3?6?56.369?10?3.495?10?8?10
?62若管内不强化，则按D-B公式计算时：tf?27.2℃，v?0.8613?10m/s,
k? ??0.613w/(m*k),pr?5.87,Re?17327
0.80.4Nu?0.023?17327?5.87?114.8,h1?4292.7
119??2.699?10?4m2*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。
求：分别按qm1c1>qm2c2及qm1c1 对顺流换热器，无论qm1c1>qm2c2或qm1c1 10-7、已知：逆流式套管换热器，qm1c1＝qm2c2，满足推导对数平均温差条件的前提。 求：沿换热表面的局部热流密度的变化规律。 解：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K也为常数，因而该换热面已进入均匀热流密度的状态。 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，再凝结成水（虽然温度不变，但是有相变热），最后被冷却成过冷水，冷热流体的总流向为逆流，热流体单相介质部分的qm1c1