管国峰第三版南京工业大学化工原理第四章传热及换热器习题解答

第四章传热及换热器 Page 5 of 21

解：d = 0.025－0.0025×2 = 0.02 m

∴

Ld?30.02?150

? 50

du???0.02?0.3?12304?10?3?3∵ u = 0.3m/s ∴Re?Cp???3?1845 ＜ 2000 ∴层流

Pr??2.85?10?4?100.57?20

RePrdiL?1845?20?0.020113?246＞100

0.14??1.86Re3Pr13?di????L?1313???????w??d

?1.86?18453?20?0.020?3?13?4?2.5?0.14?0.57?0.02?= 354.7 W/(m2?℃)

13）室内分别水平放置两根长度相同，表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围散失热量，已知小管的试求两管散失热量的比值为多少？

，大管直径为小管的8倍，

解：∵小管Gr?Pr = 108 ∴b = 1/3 又因 Gr∝d03，故大管Gr?Pr ＞108

则

Q大Q小??大?t?d大L?小?t?d小L??大d大?小d小??Gr?Gr大Pr大Pr小小??13d大d小1?d大d小22?82?64

314）某烘房用水蒸汽通过管内对外散热以烘干湿纱布。已知水蒸汽绝压为476.24kPa，设管外壁温度等于蒸汽温度现室温及湿纱布温度均为20℃，试作如下计算：①使用一根2m长、外径50mm水煤气管，管子竖直放于水平放置单位时间散热量为多少？②若管子水平放置，试对比直径25mm和50mm水煤气管的单位时间单位面积散热之比。（管外只考虑自然对流给热）。

解1)定性温度t?(20?150)/2?85C查空气物性数据：0??3.09?10??2.13?10?2?5/(m?C)Pa?s0??0.986kg/m

3Pr?0.691??1/T?1/(273?85)?1/358(1/K)?t?150?20?130Cv??/??2.13?10Gr??gL?t/v32?50/0.986?2.16?10?5m/s2

第四章传热及换热器 Page 6 of 21

水平管Gr?954301.9垂直管Gr?6.11?10'10GrPr?6.59?10'5?b?1/4，A?0.5410GrPr?4.22?101/4?b?1/3,A?0.135???A(GrPr)/L??3.09?10'?2?2b?0.54?(661400.66）?0.135?(4.23?1010/0.05?9.51w/(m?C)/2?7.26w/(m?C)00

??3.09?10'')1/3Q???dL(t?tw)?9.51?130?0.05?2???388.2wQ???dL(t?tw)?7.26?130?0.05?2???296.4w2)若管子水平放置Q25/Q50??25?t/?50?t?[(GrPr)25/d25]/[(GrPr)50/d50]?(d50/d25)(d25/d50)?(d50/d25)?1.1/43/41/41/4

15）油罐中装有水平蒸汽管以加热管内重油，重油温度为20℃，蒸汽管外壁温为120℃，在定性温度下重油物性数据如下：密度为900kg/m3，比热1.88×103J/(kg·℃)，导热系数为0.175W/(m·℃)，运动粘度为2×10-6m2/s，体积膨胀系数为3×10-4 l/℃，管外径为68mm，试计算蒸汽对重油的传热速度W/m2。

解Gr??gL?t/v?43233?627?3?10?9.81?0.068?100/(2?10)?2.313?10Pr?CP?/??1.88?10?900?2?10GrPr?4.474?10b80?6/0.175?19.34?A?0.135B?1/3

???A(GrPr)/L?265.7w/(m?C)Q/S???t?265.7?(120?20)?26570w/m216）有一双程列管换热器，煤油走壳程，其温度由230℃降至120℃，流量为25000kg/h，内有φ25×2.5mm的钢管70根，每根管长6m，管中心距为32mm，正方形排列。用圆缺型挡板（切去高度为直径的25%），试求煤油的给热系数。已知定性温度下煤油的物性数据为：比热为2.6×103J/(kg·℃)，密度为710 kg/m3，粘度为3.2×10-4Pa·s，导热系数为0.131 W/(m·℃)。挡板间距，壳体内径

。

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解A?hD(1?d0/t)?0.24?0.48(1?25/32)?0.0252mu?Vs/A?0.0388m/sde?4(t??d222/4)/?d?0.027mRe?deu?/??2325Pr?CP?/??6.35???0.95?0.95/de0.55

??0.36?Re0.55Pr1/3?0.36?0.131?2325?218.3w/(m?C)0?6.351/3?0.95/0.02717）饱和温度为100℃的水蒸汽在长为2.5m，外径为38mm的竖直圆管外冷凝。管外壁温度为92℃。试求每小时蒸汽冷凝量。又若将管子水平放置每小时蒸汽冷凝量又为多少。

解:ts?100C时r?2258kJ/kg0

定性温度t?96C水的物性：0??0.6816W/(m?C)?30??961.16kg/m3??0.2969?10假定为滞流2Pa?s??1.13?[g??r/(L??t)]231/431/4?1.13?[9.81?961.16?0.6816?6496.17W/(m?C)0?2258/2.5?0.2969?8]Q??S(ts?tw)?6496.17??0.038?2.5?8?15510.32wW?Q/r?0.006869kg/s?24.73kg/h核算流型M?W/(?d)?0.006869/0.038??0.0575kg/m?sRe?4M/??774.67?1800(符合假设）管子水平放置：0????0.725?(L/d)’0.25/1.13?11870W/(m?C)Q??S(ts?tw)?11870??0.038?2.5?8?28340.94wW?0.01255kg/s?45.18kg/h核算流型Re?1.827Re?1415.5?1800(符合假设）'''

18）由φ25×2.5mm、225根长2米的管子按正方形直列组成的换热器，用

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1.5×10Pa的饱和蒸汽加热某液体，换热器水平放置。管外壁温度为88℃，试求蒸汽冷凝量。

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50解:查得P?1.5?10Pa定性温度ts?111.1C03r?2228.74kJ/kgt?(111.1?88)/2?99.55C0??0.6820w/(m?C)??0.725?[g??r/(n?6486.2w/(m?C)023??958.7kg/m??0.2838?102/3?3Pa?sd??t)]1/4

Q??S(t?tw)?6486.2??0.025?2?23.1?225W?Q/r?2.375kg/s19）设有A、B两平行固体平面，温度分别为TA和TB（TA>TB）。为减少辐射散热，在这两平面间设置n片很薄的平行遮热板，设A所有平面的表面积相同，黑度相等，平板间距很小，试证明设置遮热板后A平面的散热速率为不装遮热板时的

倍。

证明：C1?2?C0/(1/??1?1/?2?1?,?不变C1?2不变设C?C1?24

放置前QA?B?CS[(TA/100)?(TB/100)]放置后QA?1?CS[(TA/100)?(T1/100）]444

Q1?2?CS[(T1/100)?(T2/100）]?QA?B?CS[(TA/100)?(TB/100）]?QA?1?Q1?2?Q2?3????Qn?BQ?QA?B当传热稳定时：QA?1?Q1?2?Q2?3????Qn?B?Q?Q/(1?n)'4444

20）用热电偶测量管内空气温度，测得热电偶温度为420℃，热电偶黑度为0.6，空气对热电偶的给热系数为35 W/(m·℃)，管内壁温度为300℃，试求空气温度。

解：Q??S(t?tw)?C1?2S[(T1/100)?(T2/100)]35(t?420)?5.67?0.6?(6.93?5.73)t?539.4C04444

21）外径为60mm的管子，其外包有20mm厚的绝热层，绝热层材料导热系数为0.1 W/(m·℃)，管外壁温度为350℃，外界温度为15℃，试计算绝热层外壁温度。若欲使绝热层外壁温度再下降5℃，绝热层厚度再增加多少。