新大《传热学》复习题及解答第10章 传热过程分析与换热器的热计算.docx

第10章传热过程分析与换热器的热计算（复习题解答）【复习题10-1所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面的管 子。设一双侧强化管用内径为应、外径为口的光管加工而成，试给出其总传热 系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。答：由传热公式0 -AtJ*。/4） %血邛i72 Mhg邛几以光管内表面为基准的传热系数k =1I 41n（d。/4）4丸/月, 24 hodo3oTjo管内表面传热系数的计算面积为加"管外表面传热系数的计算面积为加Z。/。【复习题10-2在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度 有什么异同？在什么情况下加保温层反而会强化其传热，而加肋片反而会削弱其 传热？答：在圆管外敷设保温层与设置肋片，都使表面对流换热的热阻降低，而导热热 阻增加。一般情况下，保温层使导热热阻增加较多，而表面对流换热热阻降低较 少，这样总热阻增加，起到削弱传热的作用。设置肋片使导热热阻增加较少，而 表面对流换热热阻降低较多，其总热阻下降，起到强化传热的作用。特殊地，当 圆管外径小于其临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热，而对于肋片，理 论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋片才会削弱传热。【复习题10-31重新讨论传热壁面为平壁时第2题中提出的问题。答：传热壁面为平壁时，保温层总是起到削弱传热的作用。加肋片是否起强化传 热的作用，还要取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否大于lo【复习题10-4推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么 假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些 假设的适用情形。答：假设（1）：冷、热流体的质量流量心,2、心及比热容。2、J在整个换热面 上都是常数。该假设在推导中可将上述四个量组合成一个常量，从而简化积分 计算。对大多数间壁式换热器常常工作于稳定工况，质量流量不变。如果换热器 计算中用定性温度确定比热容的取值，比热容就可看成常数。假设（2）：传热系数在整个换热面上不变。该假设将传热系数当做常量处理, 不受温度和传热面积的影响，可简化变量的分离及积分计算。传热系数全面、整 体评价换热器的性能，本身就是一个平均结果，可看成是常数。假设（3）：换热器无散热损失。该假设使得冷、热流体的传热量相等，也等 于换热器的换热量。对大多数换热器，散热损失比起换热量可以忽略不计。假设（4）：换热面中沿管子轴向的导热量可以忽略不计。该假设使传热量计 算都与对流传热有关，而与导热无关，从而简化计算过程。实际的间壁式换热器 都是用来在不同流体之间进行换热的，对流换热是主要传热方式，沿管子轴向的 导热量很小，可忽略。【复习题 10-5对于> 9,”2c2、%2c2 及16 =q1M2c2 三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与 相对大小的关系。答：定性绘制流体温度变化曲线方法：不管是热流体还是冷流体，也不管是顺流 还是逆流，传热温差大的一端曲线曲线斜率大。这是因为传热系数为常数，相同 面积下，温差大，传热量就大，温度变化也大。流体进出口温差与热容成反比：即热容较大的流体温度变化率相对较小。（1）顺流换热时，4 = - + -> 04/w2c2之=0冰”% >0,即热流体温度变化曲线为凹形曲线吗=一上空必。一网4 <0,即冷流体温度变化曲线为凸形曲线（如图a dAx心 2c2所示）11（2）逆流换热时，=q ml。1% 2c2 = 口_晔-心,驾 =一&£1-加4dA； “CidA：qm2c2当4和。1 > 2c2时，V。，冷、热流体都为凸形曲线（如图b所示）当?V弘"2c2时，>0，冷、热流体都为凹形曲线（如图C所示）当4初Q = %"2c2时，=。，冷、热流体都为平行直线（如图d所示）(b)(c)【复习题10-61进行换热器热设计时所依据的基本方程是哪些？有人认为传热 单元数法不需要用到传热方程式，你同意吗？答：换热器热设计时所依据的基本方程有传热方程和热平衡方程：0 = kAM=0初G （，一 /） = q,”2cY）传热单元数将传热方程式隐含在传热单元数和效能中。【复习题10-7在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假 设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，因为推导中引用了推 导对数平均温差的结果。【复习题10-8】什么叫换热器的设计计算？什么叫校核计算？答：已知流体及换热参数，设计一个新的换热器，以确定换热器所需的面积，这 类计算称为设计计算。对已有的或选定了换热面积的换热器，根据流体进口参数 计算其流体出口参数和换热量，这样的计算过程称为校核计算。【复习题10-9在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传 热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为 方便？答：传热单元数法的计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来 体现的，远不如对热平衡热量或平均温差影响那么大，所以用该方法进行校核计 算时容易得到收敛的结果。【复习题10-10试用简明的语言说明强化单相强制对流传热、核态沸腾及膜 状凝结的基本思想。答：单相强制对流传热强化的基本思想是尽量减薄边界层。核态沸腾强化的基本 思想是尽量增加汽化核心的数量。膜状凝结强化的基本思想是尽量减薄凝结液膜 层的厚度。【复习题10-11在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数 平均温差时提出的四个假定？答：推导换热器效能的计算公式中，建立热平衡方程，没有考虑换热器的散热损 失和沿换热器壁面的导热热量；推导中还引入了常数的定义及推导对数平均温 差的结果，将质量流量、比热容、传热系数当做常量处理。