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 n i mii i n 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 n i mi i 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 t 2．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：式中：t 1=500℃，t 4=80℃，r 1=60/2-3.5=26.5(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=0.07W/( m·℃)，λ3=0.15W/( m·℃)。

所以每米管长的热损失为： 因为333433332221114111122m m m m n i mii i n 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 023.0i d λα= d i =0.020m ，382221045.08600.1020.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρdu (湍流) （12）苯的流量增加1倍后，44．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：套管的当量直径为：流体的雷诺数为：278261045.086012.1013.0Re 3=⨯⨯⨯==-μρu d e (湍流) 由此可得对流传热系数为：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：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：66．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：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：过渡流的校正系数：圆形弯管的校正系数为：甲苯对蛇管的对流传热系数为：77．120℃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： 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 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：88．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℃。

试计算每小时通过炉门辐射而散失的热量。

如果在炉门前50mm 处放置一块同等大小同样材料的平板作为隔热板，则散热量为多少如果将隔热板更换为同等大小材料为已经氧化了的铝板，则散热量有何变化解：（1）不加隔热板时，铸铁炉门被四壁所包围，铸铁黑度为78.01=ε，0121C C ε=-，角系数121=-ϕ，根据（2）加隔热板后，辐射传热过程可以表示为：炉门1→隔热板3→墙壁2。

炉门辐射散热量就是它对隔热板的辐射传热量（1→3）：炉门与隔热板相距很近，其辐射可以看作是在两极大的平面间进行，于是： 62.3178.0178.01669.511131031=-+=-+=-εεC C ，其角系数131=-ϕ。

隔热板对周围墙壁的辐射传热量（3→2）：其中42.4669.578.00323=⨯==-C C ε，123=-ϕ。

过程达到稳态时，2331--=Q Q将已知数据代入上述公式，可以得到求出℃24.44339.7183==K T所以热损失为：（3）如果将隔热板换为氧化的铝板，其黑度为15.03=ε，则有可以仿照（2）的公式求取隔热板温度，然后计算热损失，也可以利用下列公式直接求取：99．现测定一传热面积为2m 2的列管式换热器的总传热系数K 值。

已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h ，进口温度为80℃，出口温度为50℃；冷水走壳程，测得进口温度为15℃，出口温度为30℃，逆流流动，试计算该换热器的K 值。

（原题6）解：换热温差：热负荷为：所以换热器的总传热系数：1010．热气体在套管式换热器中用冷却水冷却，内管为φ25×2.5mm 的钢管，冷水在管内湍流流动，对流传热系数为2000 W/(m 2K)。

热气在套管环隙湍流流动，对流传热系数为50 W/(m 2K)。

已知钢的导热系数为45.4 W/(m?K)。

试计算：（1）管壁热阻占总阻力的百分数；（2）冷水流速提高一倍，则总传热系数有何变化（3）气体流速提高一倍，则总传热系数有何变化？（原题 8）解：（1）根据题意管壁热阻占总阻力的百分数:（2）冷水流速提高1倍后，管内的对流传热系数变为：总传热系数为：（3）气体流速提高1倍后，管外的对流传热系数变为：总传热系数为：1111．实验测定管壳式换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和水蒸汽冷凝。

列管由直径为φ25×2.5mm 的钢管组成。

当水的流速为1m/s 时，测得基于管外表面积的总传热系数K o 为2115 W/( m 2·℃)；若其它条件不变，而水的速度变为1.5m/s 时，测得K o 为2660 W/( m 2·℃)。

试求蒸汽冷凝传热系数。

假设污垢热阻可以忽略不计。

解：设水流速为1m/s 时，i α用 1.0α表示，K 用K 1.0表示；速度为1.5m/s 时，i α用1.5α表示，K 用K 1.5表示。

由总传热系数的计算式可以得到：两式相减，可以得到：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-5.10.1150.11111ααi o d d K K 其中，=0.1K 2115 W/( m 2·℃)，=5.1K 2660 W/( m 2·℃)，=o d 25mm ，=i d 20mm 。

所以，5150.15.10.11076.7266012115125201111-⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-K K d d o i αα[ ( m 2·℃)/ W] 根据流体在圆形直管内做湍流时的对流传热系数关系式，可以得到： 由以上两个式子可以求得1.0α=3569 W/( m 2·℃)， 1.5α=4936 W/( m 2·℃)。