66 习题作业 第十章 辐射传热的计算.pdf

第1页：第十章总传热系数计算

第十章总传热系数计算10-3、一卧式冷凝器采用外径为25 mm,壁厚1.5 mm的黄铜管做成换热表面。

已知管外20K冷凝侧的平均表面传热系数h=5700Wm口()，管内水侧平均的表面传热系数2Kih=5700Wm口()。

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1ms、结水垢、平均温度小50℃蒸汽侧有油。

1o解：koooiioioioi1h+dln(dd)(2λ)+1h×dd+ε+εdd=，-415700o1h=1430022×25=2.643×10-4，ioi=1.7543×10，1h×dd=εo=0.0002，εi=0.0001（表10-1），0.02525-52×10922ln=1.466×10，ooidln(d)()d2λ=o因而无污垢时，k=1(1.7543+2643+0.1466)×10-4=2200.9W(m2×K)，有污垢时，ok=1(1.7543+2643+0.1466+2)×10-4+0.0001×2522=1302W(m2×K)。

10-4、一套管式换热器长2m，外壳内径为6cm，内管外直径为4cm，厚3mm。

内管中流过冷却水，平均温度为40℃。

流量为0.0016m3s。

14号润滑油以平均温度70℃流过环形空间，流量为0.005m3s。

试计算内外壁面均洁净及长时间运行结垢后的总传热系数值。

冷却水系经处理的冷却塔水，管璧材料为黄铜。

解：水侧hi的计算：40oC时，λ=0.635W(m口K)，=0.659口10-6m2s，Pr=4.31，流动截面积22==0.785×0.0349.075×10m-42，i4πdAi=

第2页：u=0.0016=1.763ms

1u=0.0016=1.763ms，Re=udi=1.763×0.034=90967，9.075×10-40.659×10-6采用式(6-15)，h=0.023λRe0.8Pr0.4=0.023×0.635×909670.8×4.310.4=7144W(m2×K)。

d0.034油侧ho的计算：()()2214π2222-32流动截面积A=d-d=0.7850.06-0.04=1.57×10m，22u=V2=A1.57×10-30.005=3.185ms，λ=0.1439W(m0K)，=34.3010-6m2s，Pr=444，ud3.185×(0.06-0.02)Re=2e=oμ0.14λd1 3μf=1857，h=1.86RePrl34.3×10-6dw，tw近似的取为40oC，则：μw=880.70124.2010kg(m0s)，μf=34.30863.2010kg(m0s)，-6-6于是0.14390.021334.3×863.20.14=224.8W(m2×K)h=1.86××1857×444××0.022880.7×124.21(7144×0.034)+1(224.8×0.04)利用此值重新确定管壁温度，略去壁面热阻不计，则内侧热阻在总热阻中的比值为：Ri=1(7144×0.034)=0.0356，Ri+Roowtw=ti+(70-40)×0.0356=40+1.068=41.1C，μ=119.43×880.11，重新计算得：()2ih=225.6Wm×K因而内外壁都干净时，，1225.6714434=218W(m2×K)ok=+11×40，油、水侧均结垢时，取εo=0.0002，εi=0.0002，则1140347144oooiioi1h+ε+(1h+ε)ddk==11+0.0002++0.0002×225.6=173W(m2×K)。

第3页：平均温压计算

平均温压计算10-8、一加热器中用过热水蒸气来加热给水(电厂中把送到锅炉中去的水称为给水)。

过热蒸汽在加热器中先被冷却到饱和温度，再凝结成水，最后被冷却成过冷水、设冷、热流体的总流向为逆流，热流体单相介质部分的qm1c1<qm2c2,试画出冷、热流体的温度变化曲线。

解：10-9、已知成t10=300℃，t10=210℃，t20=100℃，t20=200℃，试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差：(1)逆流布置;(2)一次交叉，两种流体均不混合；

• (3)1－2型壳管式，热流体在壳侧；
• (4)2－4型壳管式，热流体在壳侧；
• (5)顺流布置。

ln(110100)=110-100=104.9oC。

m解：（1）Δt（2）设热流体在壳侧，P=200-100=100=0.5，R=300-210=90=0.9，o300-100200200-100100查图10-25，ψ=0.92，Δtm=104.9×0.92=96.5C。

o（3）P=0.5，R=0.9，由图10-23，ψ=0.85，Δtm=104.9×0.85=89.2C。

第4页：o（4）P=0.5，R=0.9

o（4）P=0.5，R=0.9，由图10-24，ψ=0.97，Δtm=104.9×0.97=101.8C。

ln(20010)=200-10=63.4oC。

m（5）Δt10-10、对于一定的布置方式及冷、热流体一定的进、出口温度。

试分析热流体在管侧及在壳侧的两种对数平均温差值有无差别？

以上题中第(3)、(4)种情形为例，设热流体在管侧，重新计算其对数平均温差。

从这一计算中你可得出怎样的推断。

解：（1）1-2型，P=210-300=90=0.45，R=100-200=-100=1.111，100-300200210-300-90o查图10-23，ψ=0.85，Δtm=104.9×0.85=89.2C。

• （2）2-4型，P=0.45，R=1.11，由图10-24，ψ=0.97，oΔtm=104.9×0.97=101.8C。

实际上，对于一定的布置方式及流体的进出口温度，对数平均温差值是一定的，不因冷热流体在管侧或壳侧而异。

换热器设计计算10-18、压力为1.50105Pa的无油饱和水蒸气在卧式壳管式冷凝器的壳侧凝结。

经过处理的循环水在外径为20mm壁厚为1mm的黄铜管内流过，流速为1.4ms，其温度由进口处的56℃升高到出口处的94℃。

黄铜管成叉排布置，在每一竖直排上平均布置9根。

冷却水在管内的流动为两个流程，管内已积水垢。

试确定所需的管长、管子数及冷却水量。

传热量<Ι=1.20107kW。

解：为了确定凝结换热系数需要确定外壁温度，这里需予以假设，正确的壁温值应使凝结换热量与按传热方程计算的热量相等。

为此假定几个壁温进行计算，再采用作图或插值拟合方法来确定正确的壁温。

经这样确定的外壁温平均值为107oC，此处以这数值进行计算。

第5页：lnlns=(ts-56)-

• （1）lnlns=(ts-56)-(ts-94)=(111.32-56)-(111.32-94)=32.72oCt-56111.32-56ts-94111.32-94mΔt。

2om（2）计算h。

t=111.32+107=109.2oC，近似地以110oC之值计算之，则：πl=951kgm，λ=0.685W(m0K)，μ=259010kg(m0s)，3-6r=2226.90103Jkg，14=9659W(m2×K)。

o9.8×2226.9×103×9512×0.6853故有h=0.725259×10-6×0.02×(111.32-107)×9（3）计算hi。

2ft=56+94=75oC，λ=0.671W(m0K)，=0.39010-6m2s，Pr=2.38，0.671id-6λ1.4×0.0180.8h=0.023Re0.8Pr0.4=0.023××2.380.4×0.39×100.018=0.023×646150.8×2.380.4×0.671=8552W(m2×K)0.018（4）污垢及管壁热阻。

取蒸汽侧ro=0.0001KW，水侧ri=0.0004KW，铜管λ=131W(m0K)，d2lnd2=0.02ln0.02=8×10-6。

2λd12×1310.01811ooio1h2πλdAhk=+r+oln2+o+riio2i1AdA1，此式中A=πd，A=πd，将已知值代入得：119659-6201ok=+0.0001+8×10+×+0.00041885521=103.5×10-6+100×10-6+8×10-6+574×10-6=1273W(m2×K)，由传热方程得q=kΔt=1273×32.72=41653Wm2，1m由凝结换热得()22oq=hΔt=9656×111.32-107=41728Wm。

q1与q2之差小于1%，故以上计算有效。

第6页：2<Ι1.2×107

2<Ι1.2×107（5）传热面积及管子数。

A==koΔtm1273×32.72=288.1m。

所需管子数可从水侧流量计算得出：()2p2<Ι1.2×107==75.4kgsmq=ct-t4191×38m，q=fπu，75.4f=qm=πu1.4×974.84=5.52×10-2m2，f=πd2×n，n=4f=4×5.52×10-2×1πd20.01823.1416=216.9217（根），两个流程，故共需434根。

A=nπdL，故管长L=A288.1=10.6m。

=nπd434×3.1416×0.02换热器校核计算10-23、为利用燃气轮机的排气来加热高压水，采用1-2型肋片管换热器。

在一次测定中得出燃气的质量流量为2kgs,进口温度t1＝325℃;冷却水质量流量为0.5kgs，2t2＝25℃，t2＝150℃。

按气体侧基管直径计算的换热面积为3.8m传热系数。

燃气物性可近似地按附录中标准烟气的值查取。

。

试计算该条件下的总22解：t2mp2=t2+t2=25+150=87.5oC，c=4205J(kg×K)，换热量<Ι=qm2cp2δt2=0.5×4205×(150-25)=262812W。

为确定烟气的平均比热需假设其出口温度，设o1t=205C。

21mp1t=325+205=265oC，c=1113.3J(kg×K)，故(325-t1)×2×1113.3=262813，1由此得t=325-2628132×1113.3=207oC，与假设值十分接近，不必重复计算。

ln(175182)mctf(Δt)325-25=175-182=178.5oC，P=325-207=0.393，325-207R=150-25=1.06，mmAΔt3.8×162.4ψ=0.91，Δt=0.91×178.5=162.4，k=<Ι=262812=426W(m2×K)。

第7页：热阻的分析与分离

热阻的分析与分离10-28、为了查明汽轮机凝汽器在运行过程中结垢所引起的热阻，分别用洁净的铜管及经过运行已结垢的铜管进行了水蒸气在管外凝结的试验，侧得了下表所示的数据，试确定已使用过的管子的水垢热阻(按管子外表面面积计算)。

管子外表面积Am21冷凝温度t1℃t2℃t2℃冷却水量(kgs)管子0.0930.09352.152.614.113.110.510.31.4251.425清洁的结垢的2m解：（1）对清洁管，t=4189J(kg×K)，p=10.5+14.1=12.3oC，c()35130×4189×14.1-10.5=21.49×10W，3600mp换热量δ=qcδt==(52.1-10.5)-(52.1-14.1)=39.77oC52.1-10.5ln52.1-14.1mΔt，2δ21.49×103ko==AΔtm0.093×39.77=5810W(m×K)。

25130m（2）结垢时，t=4190J(kg×K)，p=10.3+13.1=11.7oC，c()3×4190×13.1-10.3=16.72×10W，3600mp换热量δ=qcδt==(52.6-10.3)-(52.6-13.1)=40.88oC52.6-10.3ln52.6-13.1mΔt，2δ16.72×103k==AΔtm0.091×40.88=4397W(m×K)。

11kko43975810污垢热阻ε=1-1=-=5.53×10-4m2×KW。