传热学章熙民

第六章

6-17 黄铜管式冷凝器内径12.6mm，管内水流速1.8m/s，壁温维持80℃，冷却水进出口温度分别为28℃和34℃，管长l/d>20，请用不同的关联式计算表面传热系数。

解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为

80288034ttt48.94Clnt/tln8028/8034tftwt=80-48.94=31.06C

冷却水的平均温度为

由附录3查物性，水在tf及tw下的物性参数为：

tf=31℃时, λf＝0.6207 W/(m·K), νf=7.904×10-7m2/s,

Prf=5.31, μf=7.8668×10-4N s/m2

tw=80℃时, μw=3.551×10-4N s/m2。所以

dum0.01261.8Ref2870010000-7vf7.90410

水在管内的流动为紊流。

用Dittus-Boelter公式，液体被加热

Nuf0.023Re0.8Pr0.4

Nuf0.023287000.85.310.4165.2

0.6207hNuf165.28138.1W/m2Kd0.0126

用Siede-Tate公式

ff0.81/3Nuf0.027RePrw0.14

0.140.81/37.8668Nuf0.027287005.313.551194

0.6207hNuf1949554.7W/m2Kd0.0126

6-21 管式实验台，管内径0.016m，长为2.5m，为不锈钢管，通以直流电加热管内水流，电压为5V，电流为911.1A，进口水温为47℃，水流速0.5m/s，试求它的表面传热系数及换热温度差。（管子外绝热保温，可不考虑热损失）

f解：查附录3，进口处47℃水的密度为

989.22kg/m3

质量流量为

mf=V=umr2

mf=989.330.53.140.00820.0994kg/s不考虑热损失，电能全部转化为热能被水吸收

UImfcp(tftf)

UI5911.1tftf47mcp0.0994cpcp

水的随温度变化不大，近似取50℃时的值4.174kJ/kg.K计算

tftfUI5911.14758C3mcp0.09944.17410

常热流边界，水的平均温度

tf'tf''4758tf52.5C22

查附录3饱和水物性表得：

vf0.537106m2/s,f65.1102W/(mK)

Cp4.175KJ/(KgK),Prf3.40,986.9Kg/m3

umd0.50.0164Ref1.4898106vf0.53710

采用迪图斯-贝尔特公式

Nuf0.023Re0.8Pr0.4

Nuf0.023(1.4898104)0.83.40.481.81

0.651h1Nuf81.813328.6W/(m2K)d0.016

壁面常热流时，管壁温度和水的温度都随管长发生变化，平均温差

ttwUItfhAhdl

t5911.110.9C3328.63.140.0162.5

6-35 水横向掠过5排叉排管束，管束中最窄截面处流速u=4.87m/s， 平均温度

s1s21.25dtf=20.2℃，壁温tw=25.2℃， 管间距d， d = 19 mm, 求水的表面传热

系数。

解：由表6-3得知叉排5排时管排修正系数z=0.92

查附录3 得知，tf = 20.2℃时，水的物性参数如下：

λf ＝ 0.599W/(m·K), νf =1.006×10-6m2/s, Prf =7.02,

而tw=25.2℃时, Prw=6.22。所以

Refumd4.870.019591978<210vf10.0610-7

查表6-2（管束平均表面传热系数准则关联式）得：

Prf0.36Nuf0.35RefPrw0.25s1zs2

0.250.20.367.02Nuf0.35919786.221.250.20.92=21.25

hNuff21.250.5992669.4W/mKd0.019

例6-6 空气横掠叉排管束，管外经d = 25mm, 管长l = 1.5m，每排有20根管子，共有5排，管间距为S1 =50mm、管排距为S2 = 37mm。已知管壁温度为tw=110℃，空气进口温度为

tf15C，求空气与壁面间的对流换热系数。

解：对流换热的结果是使空气得到热量温度升高，对流换热系数一定时出口温度就被确定了。目前不知空气的出口温度，可以采用假设试算的方法。先假定出口温度为25℃，则流

体的平均温度

1525tf=20C2

查物性参数

=0.0259W/(mK);15.06106;cp1005J/(kgK)空气的最大体积流量为

273+25Vmax=V050005457m3/h1.516m3/sT0273

Tf空气在最小流通截面积

Fmins1dlN(0.050.025)1.520=0.75m2处达到最大速度



Vmax1.516u2.02m/sFmin0.75

Refumaxd2.020.0253353615.0610

表6-3 z = 5排时，修正系数

z0.92

又

S1501.332S237.5

表6-2

Nuf0.31Re0.6fS1zS2

0.2Nuf0.3133530.61.330.20.92=39.37对流换热系数

h=Nufd39.370.0259240.79W/mK 0.025这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到

tf1

hAtwtfmcptf1tfhAtwtfmcp

tf1tf+tf+hdlNztwtf0V0cp

tf115+40.793.140.0251.5205110201.2935000/36001005

tf115+2439C

计算的出口温度与初步设定的值

tf25C有差异。

再设出口温度为

tf139C，重复上叙计算过程。

1539tf=27C2

查物性参数

=0.0265W/(mK);15.72106;cp1005J/(kgK)空气的最大体积流量为

5000273+39Vmax=V01.587m3/sT03600273

最大速度

TfVmax1.587u2.12m/sFmin0.75

Refumaxd2.120.0253365615.7210

表6-2

Nuf0.31Re0.6fS1zS2

0.2Nuf0.3133650.61.330.20.92=39.46对流换热系数

h=Nufd39.460.0265241.82W/mK 0.025这样大的对流换热系数应该是空气出口温度达到

tf1

hAtwtfmcptf1tfhAtwtfmcp

tf1tf+tf+hdlNztwtf0V0cp

tf115+41.823.140.0251.5205110271.2935000/36001005

tf115+22.737.7C这个值与假定值很接近，所以出口温度就是37.7ºC，对流换热系数为

h=41.82W/m2K。