（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)

101

（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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