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32传热计算题
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计算题示例与分析
某流体通过内径为100mm圆管时的流传热系数为120W/(),流体流动的雷诺数,此时的对流传热系数关联式为。
今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1:3的矩形扁管,而保持流速不变,试问对流传热系数有何变化?
解:由对流传热系数的计算公式:
当物性不变时
求扁管的当量直径d:
设a、b,分别为矩形截面的宽与长
设分别为圆管与扁管的对流传热系数,则
∴=1.11 =1.W/(℃)
对流传热系数由原来的100W/(℃)增至现在的111W/(m℃)
分析:由以上的计算可以看出,由于矩形扁管的当量直径小于同周长圆的直径,其对流传热系数大于后者。因此用非圆形管道制成的换热器(如最近开发的螺旋扁管换热器),一般都具有高效的特点。
某固体壁厚b=500mm,其导热系数℃)。已知壁的一侧流体温度T=230C,其对流传热系数a=50W/(m.℃);另一侧流体温度t=30℃,对流传热系数m2℃).若忽略污垢热阻,试求:
(2)距热壁面25mm处的壁温t。
解:方法一
先求热通量,然后以(T-t)为传热推动力,
()为对应热阻,求出。即将热流体与壁
面对流传热与厚壁面的导热综合考虑。
(1)热通量q
=230-378(=213℃
用方法一求出热通量后,先由牛顿冷却定律求出热壁面的温度
,然后再由傅立叶定律求出距热壁面
,即分步计算法。
由牛顿冷却定律
再由傅立叶定律
当然从冷流体算起还可以找到两种方法,即综合法和分步法。
分析:此例想要强调的是,无论采取哪一种求解方法,都要十分注意传热推动力与热阻的对应关系。例如我们还可以找到第5种并不简捷的方法,即先从热流体着眼,求出冷壁面的温度,再从冷壁面求出距其
处的壁温。则其传热推动力与热阻的对应关系应是: —— 、——。
一立式换热器规格如下:管长3m,管数30根,管径为 φ mm,管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却
饱和蒸气,使之从饱和温度46 ℃ 降至10 ℃ ,
走管外,其流量W=0.07kg/s,其冷凝潜热为356kJ/kg,比热容为1.05kW/(kg℃) 。水走管内,且与呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ℃ 和30℃
。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为(℃) 和(℃)。问此换热器是否合用?
分析:判断一台换热器是否合用,一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法,本例采用后一种方法:分别计算已有换热器面积和所需换热器面积,比较二者后即可以得出结论。本例不同之点在于:该换热器既作冷凝器又作冷却器,需分段计算所需面积,即冷凝段所需面积
和冷却段所需面积
的求得又须以
为前提。因此,解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度,即冷却水离开冷却段的温度t。
解:(1)以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积:
求所需的传热面积
冷凝段与冷却段的传热量
②两段的平均温差
总传热量:
冷却水用量
冷却水离开冷却段的温度
冷凝段的平均温差
冷却段的平均温差
③所需传热面积
将流量为2200kg/h的空气在蒸汽预热器内从20 ℃加热到80℃。空气在管内作湍流流动,116℃的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加20%,而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才
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