???Nud?0.132?13.9?73.3W/m2?℃0.025??
4-10有一套管式换热器，内管为φ38mm×2.5mm，外管为φ57mm×3mm的钢管，内管的传热管长2m。质量流量为2530kg/h的甲苯在环隙间流动，进口温度为72℃，出口温度为38℃。试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。
解：甲苯的温度T1=72℃，T2=38℃，平均Tm=55℃ 甲苯在55℃时的物性数据查附录有：
??830kg/m3,??4.3?10?4Pa?s,??0.128W／(m?℃),cp?1.83?103J/?kg?℃?
甲苯的质量流量qm1体积流量qv1?2530kg/h
?qm1/??2530/830?3.05m3/h
甲苯在环隙间的流速u的计算：
套管的内管外径d1=0.038m，外管内径d2=0.051m 流速u?3600?3.05?4?0.051?0.038?22??0.933m/s
甲苯对内管外表面的对流传热系数的计算： 套管环隙的当量直径de?d2?d1?0.051?0.038?0.013m
l2??154?60 d0.013Re?du??cp??0.013?0.933?830?2.34?104?4000,?湍流 ?44.3?101.83?103?4.3?10?4Pr???6.15
?1.128甲苯被冷却n=0.3
??0.023?deRe0.8Pr0.3?0.023?0.128?2.34?1040.013????6.15?0.80.3?1465W／(m2?℃)
4-11温度为90℃的甲苯以1500kg/h的流量通过蛇管而被冷却至30℃。蛇管的直径为φ57mm× 3.5mm，弯曲半径为0.6m，试求甲苯对蛇管壁的对流传热系数。 解：甲苯的定性温度为 tf?tb1?tb290?30??C?60?C 22由附录查得60?C时甲苯的物性为
ρ＝830 kg/m，Cp＝1840 J/(kg·℃)，μ=0.4×10
3
－3
Pa·s，λ=0.1205W/(m??C)，
1840?0.4?10?3Pr???6.11
?0.1205cp?则 ub?w1500?ms?0.256ms ππ?di23600?830??0.05244 Re?diub???0.05?0.256?830?26539（湍流）
0.4?10?3 流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时可用下式计算对流传热系数，即 ????(1?1.77di) R(m2??C)； (m2??C)；
式中 ??—弯管中的对流传热系数，W ?—直管中的对流传热系数，W di—管内径，m； R—管子的弯曲半径，m。
??0.023
?diRe0.8Pr0.4
?0.023?0.1205?26539.30.8?6.110.4W?m2??C??395.5W?m2??C?0.05 ?????1?1.77??di?0.05??22??395.5??1?1.77??Wm??C?453.8Wm??CR?0.6??????
2
4-12常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm，管束由37根φ19mm×2mm的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。（答：α=62.4W／(m·℃))
解：甲烷的定性温度为 tf?tb1?tb2120?30??C?75?C 22由附录查得75 ?C时甲烷的物性为
ρ＝0.717kg/m，Cp＝1.70J/(kg·℃)，μ=1.03×10
3
－5
Pa·s，λ=0.0300W/(m??C)，Pr=0.367，冷却时n=0.3
流动截面积
??0.1944?2?37?0.0192?
润湿周边长??0.19?37?0.019?
?当量直径de???0.19?37?0.019??0.1942?37?0.0192??0.0255
l2??78.4?60 de0.0255则 Re?deu???0.0255?10?0.7174?1.775?10?4000,?湍流 ?51.03?10Re0.8Pr0.3?0.023?0.0300?1.775?1040.0255 ??0.023?de????0.367?0.80.3?50.223W／(m2?℃)
4-13质量流量为1650kg/h的硝酸，在管径为φ80mm×2.5mm，长度为3m的水平管中流动。管外为300kPa（绝对压力）的饱和水蒸气冷凝，使硝酸得到3.8×10W的热量。试求水蒸气在水平管外冷凝时的对流传热系数。
解：据已知，饱和水蒸气冷凝传给硝酸的热量为Q4
?3.8?104W，取??10000W/m2?℃??，估算壁温t
w
300kPa（绝对压力）时，水蒸气饱和温度ts=133.3℃，用式Q??S?ts?tw?估算
Q3.8?104tw?ts??133.3??128℃
?S10000???0.08?3先假设tw=128℃，定性温度为膜温t?ts?tw133.3?128??131℃ 223
－4
-1
冷凝水膜的物性参数查附录有ρ＝934kg/m，μ=2.16×10Pa·s，λ=6.86×10ts=133.3℃时水的汽化热r=2168×10J/kg 水蒸气在水平管外冷凝时：
3
W/(m??C)
?9342?9.81?6.81?10??2g?3r??2168?103????11600W/m2?℃???0.725??0.725?4??d?t??2.16?10?0.08??133.3?128??o????14??13?14??
用式Q??S?ts?tw?计算
Q?11600???0.08?3??133.3?128??46300W
此值大于硝酸吸收的热量，说明假设tw偏小，重新用α=11600 W／(m·℃)估算。
2
Q3.8?104tw?ts??133.3??129℃
?S11600???0.08?3假设tw=129℃，膜温t致，只是?t?ts?tw133.3?129??131℃，与前面假设的膜温基本一致，故冷凝水膜的物性数据一22?ts?tw?133.3?129?4.3℃不同
143??9342?9.81?6.81?10??2g?3r??2168?10???12200W/m2?℃??0.725则??0.725??4??d?t??2.16?10?0.08??133.3?129??o??????13?14??
用α
Q3.8?104?133.3??129℃，与假设相同。 =12200 W／(m·℃)验算壁温tw?ts??S12200???0.08?32
4-14水在大容器内沸腾，如果绝对压力保持在P=200kPa，加热面温度保持130℃，试计算加热面上的热通量q。 解：P=200kPa，ts=120.2℃，tw=130℃，?t=tw-ts=130-120.2=9.8℃ 水沸腾时?则q?0.123?t2.33p0.5?0.123?9.82.33?200?103??0.5?1.12?104W/m2?℃
???Q????t?1.12?104?9.8?1.1?105W/m2?110kW/m2 S4-15载热体的流量为1500kg/h，试计算下列过程中载热体放出或吸收的热量。（1）100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水；（2）苯胺由383K降至283K；（3）常压下20℃的空气加热到150℃；（4）绝对压力为250KPa的饱和水蒸气冷凝成40℃的水。
解：qm?1500kg/s 3600（1）水蒸气冷凝：r=2258kJ/kg
1500?2258?941kW 3600383?283（2）苯胺：Tm??333K
2Q?qm?r?cp?2.19kJ/?kg?K?
1500?2.19??383?283??91.3kW 360020?150（3）空气加热：tm??85℃
2放热量Q?qm?cp?T1?T2??cp?1.009kJ/?kg?℃?
吸热量Q?qm?cp?t2?t1??1500?1.009??150?20??54.7kW 3600?127.2?40?83.6℃
2（4）饱和水蒸气：P=250kPa，ts=127℃，r=2185kJ/kg，冷凝水从ts=127℃降至t2=40℃，tm放热量Q?qmr?cp?ts?t2????1500?2185?4.196??127.2?40???1063kW 36002
4-16在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为φl9mm×2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W／(m·℃)，管外油侧对流传热系数为258W／(m·℃)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m·℃／W，油侧污垢热阻为0.000176m·℃／W。管壁导热系数λ为45W／(m·℃)。试求：(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。
解：
2
2
2
Ko?11??208W/m2?℃dodbd19190.002?1911?0.00026??0.000176??Rsio?o?Rso?1545?17258?ididi?dm?o3490?15??
do19?Rso0.00026?0.000176di15热阻增加的百分数为??11.8% dobdo1190.002?191????45?17258?idi?di?o3490?15Rsi