第2章1．锅炉钢板壁厚m m 201=δ，其导热系数()K m W/5.461⋅=λ。
若粘附在锅炉内壁上的水垢层厚度为1m m 2=δ，其导热系数()K m 162W/.12⋅=λ。
已知锅炉钢板外表面温度为523K 1=t ，水垢内表面温度为473K 3=t ，求锅炉每平方米表面积的传热速率，并求钢板内表面的温度2t 。
（原题1）解：该题为圆筒壁的热传导问题，如果设锅炉的半径为r ，则02.01+=r r ，r r =2，001.03-=r r ，根据题意，可以得到321r r r ≈≈，所以21m m S S ≈由圆筒壁的导热速率方程：22211131111m m ni mii in S b S b t t S b t t Q λλλ+-=-=∑=+ 其中，K 5231=t ，K 4733=t ，()K m W/5.461⋅=λ，()K m W/162.12⋅=λ，m 02.01=b ，m 001.02=b ，S S S m m =≈21。
所以22221131W/m 874.3W/m 162.1001.05.4602.0473523=+-=+-==λλb b t t S Q q根据圆筒壁的导热速率方程：11121111m ni mii i n S b t t S b t t Q λλ-=-=∑=+ 可以得到：)K (3.5065.46002.0874.3523-1112=⨯-==λqb t t2．在一φ60×3.5mm 的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm 的氧化镁粉，平均导热系数()℃m 07W/.0⋅=λ；外层为20mm 的石棉层，平均导热系数()℃m 15W/.0⋅=λ。
现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃。
已知钢管的平均导热系数()℃m W/45⋅=λ，试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。
（原题2）解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式：33322211141333222111411112m m m m m m ni mi i in r b r b r b t t πL S b S b S b t t S b t t Q λλλλλλλ++-=++-=-=∑=+ 式中：t 1=500℃，t 4=80℃，r 1=60/=(mm)，r 2=60/2=30(mm)，r 3=30+40=70(mm)，r 4=70+20=90(mm)，b 1=3.5mm ，b 2=40mm ，b 3=30mm ，λ1=45W/( m·℃)，λ2=( m·℃)，λ3=( m·℃)。
)(3.282305.262211mm r r r m =+=+=)(2.473070ln 3070ln23232mm r r r r r m =-=-=)(80290702433mm r r r m =+=+=所以每米管长的热损失为：W/m 6.191 W/m 8015.0202.4707.0403.28455.380500142.3142.32 233322211141=⨯+⨯+⨯-⨯⨯=++-=m m m r b r b r b t t πLQλλλ因为333433332221114111122m m m m ni mii in r b t t πL r b r b r b t t πL S b t t Q λλλλλ-=++-=-=∑=+ 所以8.1308015.0142.32206.19180233343=⨯⨯⨯⨯+=⨯+=m r πb L Q t t λ（℃）33．有一列管式换热器，由38根φ25×2.5mm 的无缝钢管组成，苯在管程流动，由20℃加热到80℃，苯的流量为10.2 kg/s ，饱和蒸汽在壳程冷凝。
试求：（1）管壁对苯的对流传热系数（2）若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变化（原题4）解：（1）苯的定性温度5028020=+℃，此状况下的物性为： s mPa 45.0⋅=μ，3/860m kg =ρ，()℃⋅=kg kJ c p /80.1，()℃⋅=m /W 14.0λ 根据公式4.08.0Pr Re 023.0id λα=d i =0.020m ，s /0m .102.04388602.102=⨯⨯⨯==πρA w u s382221045.08600.1020.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu (湍流) 786.514.045.080.1Pr =⨯==λμp C()()℃℃⋅=⋅⨯⨯⨯==224.08.04.08.0m /W 1505m /W 786.538222020.014.0023.0Pr Re 023.0ii d λα （12）苯的流量增加1倍后，()()℃℃⋅=⋅⨯=⨯=228.08.0'm /W 2620m /W 215052i i αα44．苯流过一套管换热器的环隙，自20℃升高至80℃，该换热器的内管规格为φ19 mm ×2.5mm, 外管规格为φ38 mm ×3 mm 。
苯的流量为 1800 kg/h ，求苯对内管壁的对流传热系数。
解：苯的定性温度5028020=+℃，此状况下的物性为： s mPa 45.0⋅=μ，3/860m kg =ρ，()℃⋅=kg kJ c p /80.1，()℃⋅=m /W 14.0λ苯的流速为：()s /m 21.1910.0320.048603600180022=-⨯⨯⨯==πρA w u s 套管的当量直径为：()()mm mm d d d d d d d e 1319324421212221=-=-=+-⨯=πππ流体的雷诺数为：278261045.086012.1013.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρu d e (湍流)79.514.045.080.1Pr =⨯==λμp C65.168.1193221>==d d 由此可得对流传热系数为：()()℃℃⋅=⋅⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=2253.0318.053.021318.0m /W 1832m /W 193279.527826013.014.002.0Pr Re 02.0d d d e λα与书上答案1794()℃⋅2m /W 略有不同。
55．常压下温度为120℃的甲烷以10 m/s 的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。
离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190 mm ，管束由37根φ19 mm ×2mm 的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。
解：甲烷的平均温度75230120=+℃，此状况下的物性为 s mPa 012.0⋅=μ，3/562.0m kg =ρ，()℃⋅=kg kJ c p /48.2，()℃⋅=m /W 04.0λ列管换热器的当量直径为：()mm mm d d d d d d d d d e 47.2519371901937190373737374422212221212221=⨯+⨯-=+-=+-⨯=πππππ流体的雷诺数为：1192810012.0562.01002547.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρu d e (湍流) 由此可得甲烷对管的对流传热系数为：()()℃℃⋅=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯==223.08.03.08.0m /W 3.60m /W 04.0012.048.21192802547.004.0023.0Pr Re 023.0ed λα66．温度为90℃的甲苯以1500kg/h 的流量通过蛇管而被冷却至30℃。
蛇管的直径为φ57 mm ×3.5mm ，弯曲半径为0.6m ，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。
解：甲苯的平均温度6023090=+℃，此状况下的物性为： s mPa 3864.0⋅=μ，3/8.831m kg =ρ，()℃⋅=kg kJ c p /853.1，()℃⋅=m /W 1238.0λ流体的流速为：s m s m d m d V u s s /255.0/8.831050.0142.341360015004141222=⨯⨯⨯⨯===ρππ流体的雷诺数为：27447103864.08.831255.005.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu (湍流)湍流时甲苯对直管的对流传热系数为：()()℃℃⋅=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯==223.08.03.08.0m /W 3.2162m /W 1238.03864.0853.127447050.01238.0023.0Pr Re 023.0dλα过渡流的校正系数：612.07.27441061Re 10618.158.15=⨯-=⨯-=φ圆形弯管的校正系数为：1475.16.0050.077.1177.11=⨯+=+=R d i φ 甲苯对蛇管的对流传热系数为：()()℃℃⋅=⋅⨯⨯=⨯⨯=22m /W 7.240m /W 1475.1612.07.3421475.1612.0'αα77．120℃的饱和水蒸气在一根5mm .252⨯φ、长1m 的管外冷凝，已知管外壁温度为80℃。
分别求该管垂直和水平放置时的蒸气冷凝传热系数。
解：（1）当管垂直放置时，冷凝传热系数的计算方法取决于冷凝液在管外沿壁面向下流动时的流动型态。
采用试差法，假定冷凝液为层流流动，则：413213.1⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=tl g r μλρα垂直 液膜温度为100280120=+℃，该温度下水的物性为s mPa 283.0⋅=μ，3/4.958m kg =ρ，()℃⋅=m /W 683.0λ冷凝温度为120℃，此温度下水的相变焓为：kg kJ r /2.2205=。
所以可以计算()()()℃℃垂直⋅=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=-224133234132m /W 3.5495m /W 80120110283.0683.081.94.958102.220513.113.1tl g r μλρα 根据此计算结果校核冷凝液膜的流动是否为层流。
冷凝液膜流动雷诺数为：()()()()μαμππαμπμπμμρr tl d r tQ l d d r Q S q d S Gd u d o o o m o o o ∆=∆=====垂直垂直4/4/4//4Re 代入相关数据后可以求得()140910283.0102.22058012013.549544Re 33=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=∆==-μαr t l 垂直 层流假定成立，以上计算有效。
（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数：()()()℃℃水平⋅=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=-224133234132m /W 7.8866m /W 80120025.010283.0683.081.94.958102.2205725.0725.0td g r o μλρα88．实验室内有一高为1m ，宽为0.5m 的铸铁炉门，其表面温度为600℃，室温为20℃。