（3）管长为0.75m时，液膜流动的Re=1608，故管长增加一倍后，液膜成湍流状态。此时的对流传热系数为：
??2g?3????0.0077???2???1/3Re0.4
所以
??2g?3α?0.0077???2?????1/3(4?l?t0.4)r?????1/3?934.82?9.81?0.68623?0.0077???(21.77?10?5)2??α?8639.5W/(m2?K)(4???1.5?402119?103?21.77?100.4 )?5因此当液膜从层流转变为湍流时，冷凝对流传热系数急剧增加。
15、载热体流量为1500kg/h，试计算以下各过程中载热体放出或得到的热量。 （1）100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水； （2）110℃的苯胺降温至10℃；
（3）比热为3.77kJ/(kg·K)的NaOH溶液从370K冷却到290K； （4）常压下150℃的空气冷却至20℃；
（5）压力为147.1kPa的饱和水蒸气冷凝后并降温至50℃。
o解：（1） 查饱和水蒸气ts?100C, 汽化潜热r=2258kJ/kg
Q?msr?1500?2258?3.39?106kJ/h?941kW （2） 定性温度t?110?10?60oC，查60℃时苯胺的物性参数 2cp?2.198kJ/（kg?oC）
Q?mscp(t1?t2)?1500?2.198?(110?10)?3.3?105kJ/h?91.6kW
（3）Q?mscp(t1?t2)?1500?3.77?(370?290)?4.52?105kJ/h?125.7kW （4）定性温度t?150?20?85oC，查85℃时空气的物性参数 2cp?1.009kJ/(kg?oC)
Q?mscp(t1?t2)?1500?1.009?(150?20)?1.97?105kJ/h?54.7kW
13
（5）压力为147.1kPa的水的饱和温度为ts?110.7oC, 汽化潜热r=2230.1kJ/kg
定性温度t?110.7?50?80.4oC，查80.4℃时水的物性参数 2cp?4.195kJ/(kg?oC)
Q?msr?mscp(t1?t2)?1500?(2230.1?4.195?(110.7?50))?3.73?106kJ/h?1035.2kW
16、每小时8000m3（标准状况）的空气在蒸汽加热器中从12℃被加热到42℃，压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。若设备的热损失估计为热负荷的5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。 解：热量衡算：Q?1.05Q冷?1.05?ms2?cp2?(t2?t1) 查得标准状况下的空气物性参数
ρ?1.293kg/m3cp?1.005kJ/(kg?oC)400kPa饱和水蒸气的潜热r?2138.5kJ/kg
Q?1.05Q冷?1.05?8000?1.293?1.005?(42?12)?91kW
3600蒸汽用量：ms1?
Q91??0.0426kg/s r2138.517、在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水进出口温度分别为290K和320K。试求冷却水消耗量。 解：由苯的定性温度t?350?300?325K，查苯的物性参数cp?1.84kJ/（kg?oC） 2由苯计算热负荷Q?ms1?cp1?(T1?T2)?1.25?1.84?(350?300)?115kW 由冷却水的定性温度t?290?320?305K，查水的物性参数cp?4.18kJ/（kg?oC） 2Q?ms2?cp2?(t2?t1)ms2? Q115??0.916kg/scp2?(t2?t1)4.18?(320?290)
18、在一列管式换热器中，将某溶液自15℃加热至40℃，载热体从120℃降至60℃。试计算换热器逆流和并流时的冷、热流体平均温度差。 解：（1）逆流时平均温度差为
14
120
40 80 60 15 45
?tm逆??t1??t280?45??60.83oC ?t80ln()ln(1)45?t2?t1??t2105?20??51.3oC ?t105ln()ln(1)20?t2并流：?tm并?120
15 105 60 40 20
19、在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却油。冷却水在壳程流动，进出口温度分别为15℃和32℃。油的进、出口温度分别为100℃和40℃。试求两流体间的温度差。 解： 先按逆流时计算，逆流时平均温度差为 ?tm逆??t1??t268?25??43.0oC ?t68ln()ln(1)25?t2'折流时的对数平均温度差为 ?tm???tm逆100
32 68
其中φ?f(R,P)
40 15 25
R?T1?T2100?40??3.53
t2?t132?15t2?t232?15??0.2
T1?t1100?15 P?由图3-27（a）查得φ?0.9，故?tm?0.9?43.0?38.7oC
20、在一内管为?180?10mm的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h，进、出口温度分别为为90℃和60℃。壳程中冷却水的进、出口温度分别为20℃和50℃，总传热系数为2000W/(m2?℃)。试求：（1）冷却水用量；（2）逆流流动时的平均温度差及管子的长度；（3）并流流动时的平均温度差及管子的长度；
解：（1）水的比热cp?4.186kJ/(kg?oC)
ms1?cp1?(T1?T2)?ms2?cp2?(t2?t1)ms2?ms1?cp1?(T1?T2)cp2?(t2?t1)? 3000?4.186?(90?60)?3000kg/h4.186?(50?20)（2）逆流时平均温度差为
?tm?40?40?40℃ 290 50 40 60 20 40
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Q?ms1?cp1?(T1?T2)?KA?tm A?l?ms1?cp1?(T1?T2)K?tm3000?4.186?103?(90?60)??1.31m2
3600?2000?40A1.31??2.32m?d3.14?0.18 （3）并流时平均温度差为
?tm逆??t1??t270?10??30.8oC ?t70ln()ln(1)10?t290
20 70 60 50 10
Q?ms1?cp1?(T1?T2)?KA?tm A?l?ms1?cp1?(T1?T2)K?tm3000?4.186?103?(90?60)??1.71m2
3600?2000?30.6A1.71??3.03m?d3.14?0.18
21、在一内管为?25?2.5mm的套管式换热器中，CO2气体在管程流动，对流传热系数为40 W/(m2?℃)。壳程中冷却水的对流传热系数为3000W/(m2?℃)。试求：（1）总传热系数；（2）若管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（以外表面积计）
解：d2?0.02m,d1?0.025m,dm?0.0225m,b?0.0025m
α2?40W/(m2?K),α1?3000W/(m2?K)
查得碳钢的导热系数λ?45W/(m?K)
取管内CO2侧污垢热阻Rs2=0.53?10-3 (m2?K/W) 管外水侧热阻 Rs1=0.21?10-3 (m2?K/W) (1)总传热系数（以外表面积计） d11bd11d1??Rs1??Rs21?K1?1?dmd2?2d210.00250.0250.02510.025?0.21?10?3???0.53?10?3??? 3000450.02250.02400.02?3.25?10?2m2?K/W?K1?30.7W/(m2?K)（2）管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，即??2=80W/(m2?K)
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