传热习题课1．有一套管换热器，用热水加热空气，内管为Φ34×2mm的铜管，管内走空气，其流量为m1kg/h，比热为Cp1,需要从20℃加热到50℃，热水走夹套，流量为m2kg/h，其比热为Cp2，逆流操作，测得温度由100℃降到70℃，假设流体在管内和夹套流动为湍流流动，问（1）在下列方程中，四个温差△t1,△t2,△t3,△t4是否相等，分别为多少，为什么？Q=m1Cp1△t1=m2Cp2△t2=KA△t=αA△t4（2）如果流动方式改为并流时，若要使得进出口温度不变，其平均温差各为多少？两种流动换热欲达到同样温度，哪一种流动方式需要的管子长？（3）在传热过程中，水对壁的对流传热系数为α1，壁对空气的对流传热系数为α2，总传热系数为K，问①α1,α2,K的值是否相等，为什么？②若管内空气改为冷水，α1,α2,K此时是否相等，为何？（4）当空气流量增加到时2m1，要达到同样加热温度，而且热水出口温度也不变，提出以下两种方案，你认为哪种可行，哪种较好？①管长增大一倍，②管子直径减小一倍。解：⑴△t1=空气的出口温度-空气的进口温度=50℃-20℃=30℃△t2=热水的出口温度-热水的进口温度=100℃-70℃=30℃△t3=△tm=（50-50）/ln(50/50)；△tm=（50+50）/2=50℃△t4=T流体-T壁或△t4=t壁-t流由于K<体α，所以△t3>△t4⑵逆流时，△tm=50℃并流时，△tm=（80-20）/ln(80/20)=43.3℃由于K逆A逆△tm逆=m1Cp1(t2-t1)，K并A并△tm并=m1Cp1(t2-t1)所以K逆A逆△tm逆=K并A并△tm并其中，K逆=K并得⑶①α1为水的对流传热系数，大约103，α2为空气的对流传热系数大约10～100所以K≈α2②若改为冷水，则α1≈α2，K≈α2/2或，K≈α1/2⑷①当空气的流量提高一倍时，，，根据，，所以，所以管长不需要加大一倍，只需要加长15%即可，这个方案较方便。②管子直径减小一倍时，根据1，所以，即，又根据，所以所需要的K变化为，而>，所以管径无需减小一倍就能完成任务。管子直径减小多少能完成生产任务：由，又即直径要减小16%即可。讨论：管径减小可以增加管内流速而强化传热，因此，减小管径有利于传热，但其缺点是增加了流动阻力，从而增加能耗。2．在某厂一套管是换热器中，将溶液与冷却水进行逆流换热，溶液走管外，流量为1000kg/h，比热为3.35kJ/(kgK)，从150℃冷却到80℃，冷却水走管内，从15℃加热到65℃，水的比热为4.187kJ/(kgK)，换热尺寸为Φ25×2.5mm。（1）已知溶液的对流传热系数为1163W/(m2K)，冷却水的对流传热系数也为1163W/(m2K)，若忽略管壁热阻，试求以外表面为基准的总传热系数和冷却水用量。（2）该换热器使用6个月后，由于水侧管壁生垢，生产能力降低，如用水量不变，则水的出口温度降为60，试求污垢热阻。（3）在（2）种情况下，若将冷却水量提高一倍，问能否达到要求，计算冷却水侧对流传热系数的公式为α=A(ρu)0.8/d0.3，其中常数A和密度ρ可认为不随温度而变，u为冷却水在管内的流速，d为管内径。解：⑴忽略壁阻，则物料衡算式：⑵设溶液的出口温度为,根据物料衡算式，℃则℃2℃根据，⑶若流量提高一倍时，，，根据题意，，所以所以根据带入数据，①又根据物料衡算式：②①②式联解，得℃，℃因为℃<80℃，所以能完成生产任务。3．有一列管式换热器，外表面积为40m2，列管为Φ25×2.5mm的钢管，用饱和水蒸气将处理量为2.5×104kg/h的油从40℃加热到80℃，油走管程，流动状态为湍流，蒸汽走壳程，水蒸气压力为0.2MPa（绝压），冷凝传热系数为1.2×104W/(m2K)，油的平均比热为2.1×103J/(kgK)。（1）当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？若要保持油的出口温度仍为80℃，换热器是否够用？（2）若不够用时，可以采取哪些措施？（3）并联或串联多大的换热器才够用？要考虑哪些问题？（4）处理量加大一倍，若将加热蒸汽提高到3个大气压，能否保持油的出口温度？（5）油的处理量不变，如果油的粘度增大一倍，仍为湍流流动，其他物性不变，油的3出口温度是多少？（6）由于换热器运行时间较长，使得管壁增加了一层油垢，其厚度为1mm，导热系数为0.2W/(mK)，此时油的出口温度为多少？（7）大气温度为10℃，管壁对空气的对流传热系数按αT=9.4+0.052(tw-t)，换热器的壳直径为426×5mm，保温后...
