第10章 传热过程分析与换热器的热计算
课堂讲解 课后作业
【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
2h?5700W/(m?K)，管内水侧平均的表面传热系数0冷凝侧的平均传热系数
hi?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50℃，蒸汽侧有油。 【解】
【10-13】一台1-2型壳管式换热用来冷却11号润滑油。冷却水在管内流动，
??t2?20?C，t2?50?C，流量为3kg/s；热油入口温度为600C，k?350W/(m2?K)。试计算：
(1) 油的流量； (2) 所传递的热量； (3) 所需的传热面积。
,【10-17】在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度t?100℃出口温度为
,,,t,,?80℃；管外流过冷水，进口温度t2?20℃，出口温度t2?70℃；总换热量??350KW，
共有53根内径为16mm、壁厚为1mm的管子。管壁导热系数??40w/?m*k?，管外流体的表面传热系数h0?1500w/?m*k?，管内流体为一个流程。假设管子内、外表面都是洁净的。试确定所需的管子长度。
【解】计算管内平均换热系数。
1tf??100?80??90?62℃ u?314.9?10Kg/?m*s?,??0.68w/?m*k?,Pr?1.95 ?80?20???100?70??43.28?tm?2,A?8.38mA?n?dL, ln?60/30?℃，本题中冷热流体总温差为43.3℃，管外冷流体侧占68﹪，管内侧约占32﹪，故不必考虑
温差的修正。
【10-22】欲采用套管式换热器使热水与冷水进行热交换，并给出
??t1?200?C,qm1?0.0144kg/s,t2?35?C,qm2?0.0233kg/s。取总传热系数为
k?980W/(m2?K),A?0.25m2，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、冷
却水出口温度及换热器的效能。
【10-27】一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行：t1?360℃，t1?300℃，
,,,,,,2t2?30℃，t2?200℃ ，qm1c1=2500W/K，K=800Wm?k。运行一年后发现，在qm1c1、qm2c2、
??及t1、t2保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162℃，而热流体的出口温度则高于300℃。 试确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。
【解】不结垢时，
?2500??360?300?270?160A???0.892m2?tm??210.2k?tm800?210.2ln?270/160?℃，
360?30060?2500?882.4W/K200?30170.
结垢后，??qm2c2?t2?882.4??162?30??116471W。 qm2c2?qm1c1,,qm1c1t2?t2162?3025501,,?162?30??313.4?,???2.833,t?360?,,,,882.42.833360?t1又qm2c2t1?t1℃
283.4?198116471?283.2k*??548.2W?m2?k?ln?283.4/198?0.892?238.2℃，， 1111?1?42???R,?R???1824?10?1.25?10Wm?k?,,k548.2800k。
【10-32】已知：一球状物体中，λ为绝缘材料的导热系数，h为球外表面的表面传热系?tm?,,,数，假定为常数。求证：球状物体的临界表面绝缘半径为r?2?h。
【证明】设周围介质的温度为t∞，则通过空心球壁的传热量为
ri为球状物体的一内半径，该处的壁温为ti；r是外半径，此处视为变量。达到临界半径时，满足条件 即 由此得
于是得球状物体的临界表面绝缘半径为
【10-43】一块表面积为A的平板埋于绝热材料中（如附图所示）。初始时与温度为T∞
的气流处于平衡状态，后突然受到投入辐射G的作用。平板对G的吸收比为α1，自身辐射的发射率为ε，平板的热容量为mc。此时对流换热的表面传热系数为h。试按集总参数法导出平板温度随时间变化的关系式，及当平板又一次处于稳态工况时的温度值。取G=3000W/m2，α1=0.8，ε=0.9，T∞=300K，mc=20400J/K，h=50W/(m2.K)。
【解】热平衡关系式 再次处于稳态时 解得 T=343K。
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