发布时间 : 星期日 文章环境工程原理1更新完毕开始阅读8be485aef524ccbff0218400
ΔT2＝110K，ΔT1＝20K
ΔTm＝（ΔT2－ΔT1）/ln（ΔT2/ΔT1） ＝（110K－20K）/ln（110/20） ＝52.79K
由热量守恒可得
απdLΔTm＝qmhcphΔTh L＝qmcphΔTh/（απdΔTm）
＝250kg/h×1.005kJ/（kg·K）×90K/［315.88W/
（m2·K）·π·0.027m·52.79K］
＝4.44m
4.8某流体通过内径为50mm的圆管时，雷诺数Re为1×105，对流传热系数为100 W /（m2·K）。若改用周长与圆管相同、高与宽之比等于1：3的矩形扁管，流体的流速保持不变。问对流传热系数变为多少？
解：由题，该流动为湍流。
??0.023?dRe0.8?Pr0.80.80.4
0.40.4?1?2?0.023?1d2Re1?Pr10.023?2d1Re2?Pr2
因为为同种流体，且流速不变，所以有
?1?2?Re10.80.8?d2?d1Re2
由Re?可得
du??
?1?2?d10.80.8?d2?d1d2?(d2d1)0.2
矩形管的高为19.635mm，宽为58.905mm，计算当量直径，得
d2＝29.452mm
?2?(
d1d2)0.2??1?(5029.452)0.2?100W/(m?K)?111.17W/(m?K)22
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4.9在换热器中用冷水冷却煤油。水在直径为φ19×2mm的钢管内流动，水的对流传热系数为3490 W/（m2·K），煤油的对流传热系数为458 W/（m2·K）。换热器使用一段时间后，管壁两侧均产生污垢，煤油侧和水侧的污垢热阻分别为0.000176 m2·K/W和0.00026m2·K/W，管壁的导热系数为45 W/（m·K）。试求
（1）基于管外表面积的总传热系数； （2）产生污垢后热阻增加的百分数。 解：（1）将钢管视为薄管壁 则有
1K??1?1?b?2?1?2?rs1?rs20.00245m?K/W?213490m?K/W??321458m?K/W?0.00026m?K/W?0.000176m?K/W222?2.95?10m?K/WK＝338.9W/（m2·K）
（2）产生污垢后增加的热阻百分比为
rs1?rs21K??rs1?rs20.176?0.262.95?0.176?0.26?100%?17.34%?100%
注：如不视为薄管壁，将有5％左右的数值误差。
4.10在套管换热器中用冷水将100℃的热水冷却到50℃，热水的质量流量为3500kg/h。冷却水在直径为φ180×10mm的管内流动，温度从20℃升至30℃。已知基于管外表面的总传热系数为2320 W/（m2·K）。若忽略热损失，且近似认为冷水和热水的比热相等，均为4.18 kJ/（kg·K）.试求 （1）冷却水的用量；
（2）两流体分别为并流和逆流流动时所需要的管长，并加以比较。 解：（1）由热量守恒可得
qmccpcΔTc＝qmhcphΔTh
qmc＝3500kg/h×50℃/10℃＝17500kg/h
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（2）并流时有
ΔT2＝80K，ΔT1＝20K
?Tm??T2??T1ln?T2?T1?80K?20Kln8020?43.28K
由热量守恒可得
KAΔTm＝qmhcphΔTh
即
KπdLΔTm＝qmhcphΔTh
L?qmhcph?ThK?d?Tm?3500kg/h?4.18kJ/(kg?K)?50K2320W/(m?K)???0.18m?43.28K2?3.58m
逆流时有
ΔT2＝70K，ΔT1＝30K
?Tm??T2??T1ln?T2?T1?70K?30Kln7030?47.21K
同上得
L?qmhcph?ThK?d?Tm?3500kg/h?4.18kJ/(kg?K)?50K2320W/(m?K)???0.18m?47.21K2?3.28m
比较得逆流所需的管路短，故逆流得传热效率较高。
4.11列管式换热器由19根φ19×2mm、长为1.2m的钢管组成，拟用冷水将质量流量为350kg/h的饱和水蒸气冷凝为饱和液体，要求冷水的进、出口温度分别为15℃和35℃。已知基于管外表面的总传热系数为700 W/（m2·K），试计算该换热器能否满足要求。
解：设换热器恰好能满足要求，则冷凝得到的液体温度为100℃。饱和水蒸气的潜热L＝2258.4kJ/kg
ΔT2＝85K，ΔT1＝65K
?Tm??T2??T1ln?T2?T1?85K?65Kln8565?74.55K
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由热量守恒可得
KAΔTm＝qmL
即
A?qmLK?Tm?350kg/h?2258.4kJ/kg700W/(m?K)?74.55K2?4.21m2
列管式换热器的换热面积为A总＝19×19mm×π×1.2m
＝1.36m2＜4.21m2
故不满足要求。
4.12火星向外辐射能量的最大单色辐射波长为13.2μm。若将火星看作一个黑体，试求火星的温度为多少？
解：由λmT＝2.9×10－3 得T?
4.13若将一外径70mm、长3m、外表温度为227℃的钢管放置于： （1）很大的红砖屋内，砖墙壁温度为27℃； （2）截面为0.3×0.3m2的砖槽内，砖壁温度为27℃。
试求此管的辐射热损失。（假设管子两端的辐射损失可忽略不计）补充条件：钢管和砖槽的黑度分别为0.8和0.93 解：（1）Q1－2＝C1－2φ1－2A（T14－T24）/1004 由题有φ1－2＝1，C1－2＝ε1C0，ε1＝0.8 Q1－2＝ε1C0 A（T14－T24）/1004
＝0.8×5.67W/（m2·K4）×3m×0.07m×π×（5004K4－3004K4）/1004 ＝1.63×103W
（2）Q1－2＝C1－2φ1－2A（T14－T24）/1004 由题有φ1－2＝1
C1－2＝C0/[1/ε1＋A1/A2（1/ε2－1）]
Q1－2＝C0/[1/ε1＋A1/A2（1/ε2－1）] A（T14－T24）/1004
＝5.67W/（m2·K4）[1/0.8＋（3×0.07×π/0.3×0.3×3）（1/0.93－1）]×3m×0.07m×π×
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2.9?10?3?m?2.9?10?3?613.2?10?219.70K