( 1 )因为在一定的进出口温度条件下,逆流的平均温差最大,顺 流的平均温差最小,即采用逆流方式有利于设备的经济运行。 ( 2 )但逆流式换热器也有缺点,其热流体和冷流体的最高温度集中在 换热器的同一端, 使得该处的壁温较高,即这一端金属材料要承受的温度高于顺 流型换热器,不利于设备的安全运行。 ( 3 )所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式,即在 烟温较高区域采用顺流布置,在烟温较低区域采用逆流布置。 四、简答题(每小题 3 分,共 9 分) 43 . 简述物性参数导热系数和粘度对表面传热系数的影响。 44. 蒸汽凝结换热中有不凝结气体存在时,对凝结换热有什么影响? 45. 角系数有哪些特性? 五、计算题(每小题 5 分,共 15 分) 46. 平壁,厚度 = 80mm ,两表面温度分别维持在 20 ( ℃)和 0 ℃ ,平 壁的高温面受到流体的加热, 流体温度 t f = 100 ℃ , 表面传热系数 W/ ( m 2 · k )。当处于稳态时,试确定平壁材料的导热系数。 47. 压缩空气在中间冷却器的管外横掠流过, a 0 =90W/(m 2 · k) ,冷却 水在管内流过 a 1 =6000W/(m 2 · k) 。冷却管是外径为 16mm ,厚 1.5mm 的 黄铜管。求: 1 )此时的传热系数; 2 )若管外表面传热系数增加一倍,传热系数有何变化; 3 )若管内表面传热系数增加一倍,传热系数又作何变化。 48. 一顺流换热器, 其冷流体进出口温度分别为 10 ℃ 和 30 ℃ ,热流体进 出口温度分别为 80 ℃ 和 50 ℃ ,试比较对数平均温差和算术平均温差,并说 明能否用算术平均温差代替对数平均温差? 六、综合计算(每小题 8 分,共 32 分) 49. 一平壁水泥泡沫砖构成,厚度为 50cm ,导热系数 ,高温面维持 200 ℃ 、低温面为 50 ℃ 。试求: ( 1 )通过平壁的热流密度; ( 2 )维持热流密度不变时,计算在墙壁内温度为 70 ℃ 处,距离温墙 面的厚度为多少? 50.30 ℃ 的大铜板,被置于 400 ℃ 的炉中加热 10 分钟后,测得铜板温度 上升到 150 ℃ 。已知铜板两侧与周围环境间的表面传热系数为 125W/ ( m 2 · k ) 铜板的 = 8440kg /m 3 , C P =377J/ ( kg · k ) , , 。 试估算铜板的厚度是多少? 51. 水以 1.5m /s 的速度流过内径为 25mm 的加热管。管的内壁温度保持 100 ℃ ,水的进口温度为 15 ℃ 。若要使水的出口温度达到 85 ℃ ,求单位 管长换热量。(不考虑修正) [ 提示: 已知: 50 ℃ 的水 52. 抽真空的保冷瓶胆是双壁镀银的夹层结构,外壁内表面温度为 30 ℃ , 内壁外表面温度为 0 ℃ , 镀银壁黑度为 0.03 。计算由于辐射换热单位面积人 散热量。 四、简答题(每小题 3 分,共 9 分) 43. ( 1 )导热系数大,则流体内部、流体与壁面间的导热热阻小,表 面传热系数就大。 2 )粘度大,流速就低,表面传热系数就小。 44. 形成气体热阻,使表面传热系数大大减少。 45. ( 1 )角系数的相对性 ( 2 分) ( 2 )角系数的完整性 ( 1 分) 3 )角系数的可加性 ( 1 分) 五、计算题(每小题 5 分,共 15 分) 46. 由 ( 3 分) 得 47.1 )对于管外表面积的传热系数为 ( 2 分) ( 2 分) 2 )略计算壁热阻,传热系数为 传热系数增加了 96% 3 ) 传热系数增加还不到 1% ∴抓住分热阻最大的那个环节进行强化,才能收到显著效果。 48. 对数 ℃ 算术 ℃( 1 分) 差别 ( 1 分) 六、综合计算(每小巧玲珑题 8 分,共 32 分) 49. ( 2 分) ( 2 分) 由 ( 1 分) 有 ( 2 分) 50. ①设 ,采用集总数法 ②校核假设 假设正确( 2 分) 51. 定性温度 ℃ 流动为紊流 ( 2 分) 52. (2 分 ) 计算题 : 1 有一直径为 5cm 的钢球, 初始温度为 450 ℃,将其突然置于温度为 30 ℃ 空气中,设钢球表面与周围环境间的总换热系数为 24w/( m 2 . ℃ ) ,试计算 钢球冷却到 300 ℃所需的时间。已知钢球的 c =0.48kJ/(kg.. ℃ ) , ρ =7753kg/m 3 , λ =33w/(m.. ℃ ). ( 8 分) 解 : 先验算 Bi 准数 , 钢球的特征尺寸为 : 故可以按薄材加热处理 . ∴τ =57.0s=0.158h 2 具有内热源并均匀分布的平壁,壁厚为2 S ,假定平壁的长宽远大于壁 厚,平壁两表面温度恒为 t w ,内热源强度为 q v ,平壁材料的导热系数为常 数,试推出稳态导热时,平壁内的温度分布和中心温度。10分 解 : 因平壁的场 , 宽远大于厚度 , 故此平壁的导热可认为是一维稳态 导热 . 导热微分方程为 : 边界条件为 : x=s ,t=t w x=-s , t=t ∞ 求解上述微分方程 , 得 由边界条件确定积分常数 : ∴ 平壁内的温度分布 : 当 X=0, 则得平壁中心温度 : 3. 将初始温度为 80 ℃ , 直径为 20mm 的紫铜棒突然横置于气温为 20 ℃ , 流速为 12m/s 的风道之中 , 五分钟后 , 紫铜棒温度降到 34 ℃ . 试计算气 体与紫铜棒之间的换热系数α . 已知紫铜棒密度ρ =8954kg/m 3 , 比热 C=383.1J/(kg ·℃ ), 导热系数λ =386W/(m ·℃ ) 解 : 先假定可以用集总系统法分析紫铜棒的散热过程 其中 τ =5 × 60=300s 验算 Bi: 4. 一蒸汽管道 , 内 , 外径分别为 150mm 和 159mm. 为了减少热损失 , 在 管外包有三层保温材料 : 内层为λ 2 =0.11, 厚δ 2 =5mm 的石棉白云石 ; 中 间为λ 3 =0.1, 厚δ 3 =80mm 的石棉白云石互状预制板 ; 外壳为λ 4 =0.14, 厚δ 4 =5mm 的石棉硅藻土灰泥 ; 钢管壁的λ 1 =52, 管内表面和保温层外表 面的温度分别为 170 ℃和 30 ℃ . 求该蒸汽管每米管长的散热量 ? 解 : 已知 d 1 =0.15m, d 2 =0.159m, d 3 =0.169m, d 4 =0.339m 各层每米管长热阻分别为 : ⑴ 管壁 : ⑵ 石棉内层 : ⑶ 石棉预制瓦 : ⑷ 灰泥外壳 : 蒸汽管道每米长散热量为 5. 压力为 1.013bar,20 ℃空气以速度 V=35m/s 掠过平板 , 板长 L=70cm, 壁面温度 t w =60 ℃ , 试求该板的换热系数及换热量 ( 板宽按 1m 计算 )? 已知 :40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m · υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s ℃ Pr=0.711 解 : 按壁面与流体温度的算术平均值做为定性温度确定物性 : 查附录 得空气物性为 : λ Pr=0.711 =0.0271w/m ℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s 则 对于紊流纵掠平板时 , 局部摩擦系数为 : ∴为紊流 7. 两平行大平板间的辐射换热 , 平板的黑度各为 0.5 和 0.8, 如果中间加 进一块铝箔遮热板 , 其黑度为 0.05, 试计算辐射热减少的百分率 ? 并画出辐 射网络图 . 解 : 未加遮热板时 , 两大平板单位面积间的辐射换热量为 : 设置遮热板后 : 加入遮热板后的辐射换热量减少的百分率为 : 8. 有两平行黑体表面 , 相距很近 , 他们的温度分别为 1000 ℃与 500 ℃ , 试计算它们的辐射换热量 , 如果是灰体表面 , 黑度分别为 0.8 和 0.5, 它们 间的辐射换热量是多少 ? 解 : 两黑体表面间的辐射换热量是 : 两灰体表面间的辐射换热量是 : 9. 两个互相平行且相距很近的大平面 , 已知 t 1 =527 ℃ , t 2 =27 ℃ , 其黑度ε 1 = ε 2 =0.8, 若两表面间按放一块黑度为ε p =0.05 的铝箔遮热 板 , 设铝箔两边温度相同 , 试求辐射换热量为未加隔热板时的多少成 ? 若隔 热板的黑度为 0.8, 辐射换热量又为多少 ? 解 : 未加遮热板时 , 两大平板间的辐射换热量为 : 设置遮热板后 : 10. 有两个平行钢板 , 温度各保持 t 1 =527 ℃ , t 2 =27 ℃ , 其黑度ε 1 = ε 2 =0.8, 两钢板间的距离比起钢板的宽和高相对很小 , 试求这两块钢板 的自身辐射 , 有效辐射 , 净辐射热流 , 反射辐射 , 投射辐射和吸收辐射热 流 ? 解 : 两大平板间的辐射换热量为 : 处于热平衡时 : 自身辐射 : 有效辐射 : 反 射辐射 : R 1 G=J 1 -E 1 =19430-18579.4=850.56w/m 2 总投入辐射 :