第四章 传热(习题及解答2007版) 下载本文

(2)/(1):K'A'/(KA)=W'c/Wc=2,A'=2A(K/K') 原工况管子截面积为S =nπdi/4=100×3.14×0.0462/4=0.166 m2 新工况管子截面积为S'=2nπ(di/2)/4=2×100×3.14×0.0232/4=0.083 m2 ∴ S/S'=2

原管中空气流速为 u=V/S,新管中空气流速为 u'=V'/S' u'/u=(V'/V)(S/S')=2×2=4

原管径为di,新管径为d'i; di/d'i=2 湍流传热时,对流传热系数 α∝u0.8/d0.2 则:α'/α=(u'/u)0.8/(d'/d)0.2=40.8×20.2=3.03×1.15=3.48 K'/K=α'/α=3.48 所以A'=2A(K/K')=2A/3.48,即nπd'oL'=2nπdoL/3.48 L'=2(n/n')(d0/d'0)L/3.48=2×(1/2)×2×3/3.48=1.72 m 4.61 解: 此换热器即做冷凝器又做冷却器,因此需要分两段来计算所需传热面积,即冷凝段所需 传热面积A1和冷却段所需传热面积A2。 按外表面为基准计算已有传热面积 A=nπdoL=30×3.14×0.025×3=7.07 m2 冷凝段传热量 Q1=Whr=250×373=93250 kJ/h 冷却段传热量 Q2=WhCph(T-T1)=250×1.05×(46-10)=9450 kJ/h 总传热量 Q=Q1+Q2=93250+9450=102700 kJ/h 冷却水用量 Wc=Q/[Cpc(t2-t1)]=102700/[4.18×(30-5)]=983 kg/h 冷却水离开冷却段的温度 Q2=WcCpc(t'2-5), 所以 t'2=5+9450/(4.18×983)=7.3 ℃ 冷凝段的平均温度差 △tm1=[(46-7.3)-(46-30)]/ln(38.7/16)=25.7 ℃ 冷却段的平均温度差 △tm2=[(46-7.3)-(10-5)]/ln(38.7/5)=16.5 ℃ 冷凝段传热面积 A1=Q1/(K1△tm1)=93250×103/(3600×200×25.7)=5.04 m2 冷却段传热面积 A2=Q2/(K2△tm2)=9450×103/(3600×100×16.5)=1.59 m2

所需总的传热面积 A1+A2=5.04+1.59=6.63 m2<7.07 m2 所以此换热器换热面积能够满足要求。

思考题

4.62 (1) A (2) B (3) A B (4) A (5) D (6) D (7) B (8) B (9) A (10) B (11)R1 > R2 > R3,Q1 = Q2 = Q3

100

(12)Q1?2?C1?2?A?(T?T14?)?(2)4?

100??100 (13)自然对流,泡状沸腾,膜状沸腾,泡状沸腾段

(14)提高管内α Δtm 阻力 (15) 表面温度 黑度 介质性质 几何位置 (16)圆缺型;交替排列的圆盘和环型;提高传热系数的主要途径是提高流体流速,增强人工扰动,防止结垢,及时清除污垢。 (17)夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式 (18)B (19)B (20)q=λ(t1-t)/x → t=t1-(qx)/λ (21)蒸汽冷凝时释放的潜热大,壁面处温度梯度大。 (22)t2= 47.95 ℃;T2=72.05 ℃ (23)α=0.725(grρ2λ3/μd0△t)1/4 (24)管壁 壳壁; 增加传热面积,增强流体的湍动强度以提高α。 (25)自然对流 强制对流 冷凝给热 沸腾给热 (26)0.333 (27)冷凝液膜两侧的温度差 蒸汽饱和温度 液膜平均温度 (28)100 ℃ 88 ℃ (29)增加管长 如果采用增加管数的办法,则沿垂直方向管数也增加,冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐渐变厚,α降低。 (30)自然对流,泡状沸腾,膜状沸腾 接近临界温度差,而不超过临界温度差。 (31)根据Q=KS△tm分析,传热速率下降的原因可能有几种情况: ① 蒸汽压力下降△tm减小; ② 蒸汽侧有不凝气,使冷凝对流传热系数α大幅度降低,总传热系数K降低; ③ 水侧污垢积累,热阻增大,K值减小; ④ 冷凝水排除不畅通,有积水现象,使K值减小。 (32)层流底层 层流底层的传热机理是导热,流体的导热系数一般比较低;湍流边界层的传热靠流体微团的混合运动,因而层流底层的热阻远大于湍流边界层的热阻。 大 短管时,流体进入管内,边界层来不及发展,平均的边界层厚度较薄。 (33)壳 管 管 (34)措施1:使蒸汽和液膜同向流动,则摩擦力使液膜流动加速,厚度减薄。 措施2:若为单根管,将垂直放置改为水平放置;若为管束,则需减少垂直列上的管子数,或把管子排列旋转一定角度。 措施3:及时排除不凝气体。 (35)①适用于强制对流和自然对流均有影响的无相变对流传热; ②适用于可忽略自然对流影响的无相变对流传热; ③适用于可忽略强制对流影响的无相变对流传热。 (36)W/(m?K),W/(m2?K),W/(m2?K)

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(37)> > > (38)Q=-?S(dt/dx) (39)成反比,m2?K/W (40)D (41)流速u增大,对流传热系数α增大,污垢沉积减少,但阻力增大;反之,对流传热系数α减小,污垢沉积加剧,阻力减小。 (42)0.4 0.3 (43)>10000 >60 流体进、出口温度的算术平均值 管内径 (44)①流体的种类和相变化的情况;②流体的特性;③流体的流动状态流体流动的原因;④流体的温度;⑤传热面的形状、位置和大小 (45)①冷凝液膜两侧的温度差;②流体物性;③蒸汽的流速和流向;④蒸汽中不凝气体含量;⑤冷凝壁面的影响;

(46)冷剂出口温度t2高,节省冷剂,但所需传热面积增大;反之,传热面积减小,冷剂消耗量增大

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