1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1.16mAtAt并并m并逆逆逆L50＝＝L43.3⑶①α1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，1'12mm，1'12uu，根据4.08.0023.0reiiPRd，8.08.0Reu，所以74.12)/(/8.08.0''uuii，所以74.1//''iiooKK15.1222//)()(2.08.0'''''121121'mmlltdlKtdlKttCmttCmmomopp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4.08.0)()(023.0piiiCudd28.18.02.08.0dVdu，所以063.622)()(8.18.08.1'8.0''ddVV，即063.6'KK，又根据mmpptdlKtldKttCmttCm''121121')()(，所以所需要的K变化为4)('''mmddKK需，而063.6'KK>4)('需KK，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8.1'8.08.1'8.0''')(2)()(ddddVVKK，又84.0)(2)()(''8.1'8.01'1''1'1''121121'ddddddmmddKKmmtdlKtldKttCmttCmmmpp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)/(9.516001935.0202511631116311112KmWKAAKoioioo物料衡算式：)()(21221211TTCmttCmpphkgmm/1200)80150(35.31000)1565(187.411⑵设溶液的出口温度为'2T,根据物料衡算式，)()(1'2221'211TTCmttCmpp87)150(35..31000)1560(187.41120'2'2TT℃则7.807290ln7290158760150ln)1587()60150('mt℃36.746585ln6585158065150ln)1580()65150(mt℃根据)/(4306.749.5167.8015651560)()(2''''12111'211KmWKKtAKtAKttCmttCmoomoomooppiosiooddRKK11'，WKmRRsisi/)(000313.020259.516143012⑶若流量提高一倍时，1"12mm，1"12uu，根据题意，8.0u，所以)/(9.2024116374.174.12)/(/2"28.08.0'"KmWuuii，所以)/(6.558)20259.20241000313.011631()11(211""KmW...
