合理地选取l,使1/(hηfβ)项达一最低值,从而获得最有利的传热系数KА值,以达到增强传热的目的。 7、试述平均温差法(LMTD法)和效能─传热单元数法(ε-NTU法)在换热器传热计算中各自的特点?

答：LMTD法和ε-NTU法都可用于换热器的设计计算和校核计算。这两种方法的设计计算繁简程度差不多。但采用LMTD法可以从求出的温差修正系数φ

Δt

的大小看出所选用的流动形式接近逆流程度,有助于流动形式的

选择,这是ε-NTU法所做不到的。对于校核计算,两法都要试算传热系数,但是由于LMTD法需反复进行对数计算故较ε-NTU法稍嫌麻烦些,校核计算时如果传热系数已知,则ε-NTU法可直接求得结果,要比LMTD法简便得多。

8、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大?为什么?

答：采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大。而空气冷却时，气侧热组较大，这时，水垢的产生对总热阻影响不大。故水垢产生对采用水冷的管道的传热系数影响较大。

二、定量计算

主要包括：复合换热及传热过程、热阻分析、换热器设计计算、换热器校核计算。

1、外径为200mm采暖热水输送保温管道，水平架空铺设于空气温度为-5℃的室外，周围墙壁表面平均温度近似为0℃，管道采用岩棉保温瓦保温，其导热系数为λ（W/m℃）＝0.027+0.00017t（℃）。管内热水平均温度为100℃，由接触式温度计测得保温层外表面平均温度为45℃，表面发射率为0.9，若忽略管壁的导热热阻，试确定管道散热损失、保温层外表面复合换热系数及保温层的厚度。 解：管道散热损失包括自然对流散热损失和辐射散热损失两部分。 确定自然对流散热损失：

定性温度℃

则

确定辐射散热损失：

属空腔（A2）与内包壁（A1）之间的辐射换热问题，且

。

单位管长管道散热损失

确定保温层外表面复合换热系数：确定保温层的厚度： 由傅立叶定律积分方法获得。

，分离变量得：，即：

得管道外径

保温层的厚度为

2、一所平顶屋，屋面材料厚δ＝0.2m，导热系数λw=0.6W/(m·K)，屋面两侧的材料发射率ε均为0.9。冬初，室内温度维持tf1＝18℃，室内四周墙壁亦为18℃，且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为-60℃。室内顶棚表面对流表面传热系数h1＝0.529W/(m·K)，屋顶对流表面传热系数h2=21.1W/(m·K)，问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜(tw2＝0℃)，此时室内顶棚温度为多少?此题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数? 解：⑴求室内顶棚温度tw1

稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：

室内复合换热量Φ’=导热量Φ=室内复合换热量Φ”

2

2

；

因Φ’=Φ，且结霜时℃，可得：

，即

解得：

⑵求室外气温tf2

℃。

因Φ”=Φ，可得：

，即：

℃

⑶注意到传热方向，可以求出复合换热系数hf1、hf2

依据，得

依据

，得

⑷求传热系数K

3、一蒸汽冷凝器，内侧为ts=110℃的干饱和蒸汽，汽化潜热r=2230

，外侧为冷却水，进出口水温分

别为30℃和80℃，已知内外侧换热系数分别为104，及3000，该冷凝器面积A=2m，现为了

2

强化传热在外侧加肋，肋壁面积为原面积的4倍，肋壁总效率η=0.9，若忽略冷凝器本身导热热阻，求单位时间冷凝蒸汽量。 解：对数平均温差：

℃，

℃

℃

传热系数

单位时间冷凝蒸汽量：

7、设计一台给水加热器，将水从15℃加热到80℃，水在管内受迫流动，质量流量为2kg/s，比热为4.1868kJ/kg℃。管内径为0.0116m，外径0.019m，用110℃的饱和蒸汽加热，在加热器为饱和液体。已知管内外的对流传热系数分别为4306 W/ m℃和7153W/ m℃；汽化潜热r = 2229.9kJ/kg；且忽略管壁的导热热阻，试利用ε-NTU法确定所需传热面积。该换热器运行一段时间后，在冷热流体流量及进口温度不变的条件下，只能将水加热到60℃，试采用对数平均温差法确定运行中产生的污垢热阻。提示：一侧流体有相变时，ε=1-e

-NTU

2

2

。

解：利用ε-NTU法确定所需传热面积。

换热器效能为：传热单元数为：

传热系数为：

需说明因为管内径为0.0116m，外径0.019m，即管壁较薄，可视为平壁的传热过程。