0.14 W/(m·℃)和0.92 W/(m·℃)，已知耐火砖内侧为1000℃，普通砖外壁温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过940℃，普通砖内侧不超过138℃。 解：q?t1?t4t?t1000?t21000?35 ?12??b1b1b2b3b20.50.50.25????1.02?1?1?2?31.020.140.92（a）
将t2=940℃代入上式，可解得b2=0.997m q?t?tt?35t1?t41000?35 ?34??3b3b1b2b3b20.250.50.25????0.92?1?2?3?31.020.140.92 (b)
将t3=138oC 解得b2=0.250m
将b2=0.250m代入(a)式解得：t2=814.4℃ 故选择绝热砖厚度为0.25m
6. ?50?5mm的不锈钢管，其材料热导率为21W/m·K；管外包厚40mm的石棉，其材料热导率为
0.25W/(m·K)。若管内壁温度为330℃，保温层外壁温度为105℃，试计算每米管长的热损失； 解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下
管内半径r1?20mm?0.02m,
管外半径r2?25mm?0.025m
?管外半径?保温层厚度?r3?0.025?0.04?0.065m
每米管长的热损失：
2?(t1?t3)Q2?3.14?(330?105)???368.9W/m
r3125165r211lln?lnln?ln21200.2525?1r1?2r27. 蒸汽管道外包有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的对数平均直径为内层的2倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将变为原来的多少倍？说明在本题情况下，哪一种材料放在内层较为适合?解：dm外?2dm内
rm外?2rm内
r3?r2(r?r)?221 rrln2ln3r1r2因为r3?r2?r2?r1，所以2lnr3r?ln2 r2r1位置互换前，?内??，?外?2?，则每米管长的热损失
Q?1l2π(t1?t3)2π(t1?t3) ?r3r3r212r31ln?lnln?lnr1?外r2?r22?r2?内位置互换后，?外??，?内?2?，每米管长热损失q′
26
Q‘?1l?内2π(t1?t3)2π(t1?t3) ?r3r31r3r211ln?ln?2?ln?lnr1?外r22?r2?r2Q'2?1/2??1.25 Q1?1故位置互换前，即导热系数小的材料放在内层时，会取得较好的保温效果。
8 常压下温度为20℃的空气以60m3/h的流量流过直径为?57?3.5mm、长度为3m的换热管内，被加热升温至80℃，试求管内壁对空气的对流传热系数。 解：空气的定性温度：t?20?80?50℃。在此温度查得空气的物性数据如下： 2W/m?K，??1.96?10?5Pa?s ??0.854kg/m3 cp?1.005kJ/kg?K，??0.0283u??qVd2?60/36000.785??57?2?3.5?2?10?6?8.50m/s
4Re?du??cp??0.05?8.5?0.8541.96?10?5?18518?10000
1.005?103?1.96?10?5Pr???0.696
?0.0283l/d=3/0.05=60
?0.02832
??0.023Re0.8Pr0.4?0.023??185180.8?0.6960.4?29.2W/m?K
d0.059. 96%的硫酸在套管换热器中从90℃冷却至30℃。硫酸在直径为?25×2.5mm、长度为3m的内管中流过，流率为800kg／h。已知在管内壁平均温度下流体的粘度为9.3cP。试求硫酸对管壁的传热膜系数。已知硫酸在定性温度下的物性如下：cp?1.6kJ/kg?K，
3 ??8.0?10?3Pa?s ??1836kg/m??0.36W/m?K
解：u?800π3600?(0.02)2?18364du??0.385 ｍ/s
Re??cp??0.02?0.385?18368?10?3?1767 （层流）
1.6?103?8?10?3Pr???35.6
?0.36由于管子很细，液体黏度较大，故可忽略自然对流的影响，?可用下式计算：
?d1?0.14??1.86(RePr)3()
dl?W?1.86?0.36201380.142
(1767?35.6?)()?245 W/m?K 0.0230009.310. 98％的硫酸以0.6m/s的流速在套管换热器的环隙间流动。 硫酸的平均温度为70℃，换热器
27
内管直径为φ25×2.5mm，外管直径是φ51×3mm。试求：硫酸的对流传热系数。已知定性温度下硫酸的物性为： cp?1.58kJ/kg?K，??0.36W/m?K ??6.4?10?3Pa?s ??1836kg/m3；壁温60℃下硫酸黏度?w?7.6cP
解：以d1及d2分别代表内管外径和外管内径，则当量直径de为 π2π2d2?d144de?4?d2?d1?0.045?0.025?0.02m πd1?πd2Re?deu??cp??0.02?0.6?18366.4?10?3?3442 （过渡区）
1.58?103?6.4?10?3Pr???28.1
?0.36湍流时的对流传热系数：
?'?0.027?deRe0.8Pr13(16.4?0.140.3620.8)?0.027?(3442)(28.1)3()0.14?974 W/m?K ?w0.027.6校正系数：f?1?6?105Re1.8?1?6?105(3442)1.8?0.742
过渡区时对流传热膜系数：??f?'?0.742?973?722.5 W/m2?K
11 水在一定流量下流过某套管换热器的内管，温度可从20℃升至80℃，此时测得其对流传热系数为1000W/(m2?K)。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60℃。 解： 由
?20?80??50℃查得水物性：c2p?4.174kJ/(kg?K)，??0.6473W/(m?K)，??988.1kg/m3，
??1.851kJ/(kg?K)，cp查得60℃时，苯的物性：??54.92?10?5Pa?s。???836kg/m3，???0.136W/(m?K)，
???0.4?10?3Pa?s
4.174?103?54.92?10?5Pr???3.541
?0.6473cp???du?????0.023?d??????cp0.8Pr0.4
1.851?103?0.4?10?3Pr????5.444
??0.136?????????????????'???0.8?Pr?????Pr?0.40.136?836?0.5492????0.6473?988.1?0.4?0.8?5.444????3.541?0.4?0.2814
???0.2814?1000?281.4W/(m2?K)
28
12 150℃的饱和水蒸汽在一根外径为100mm、长0.75m的管外冷凝，已知管外壁温度为110℃。分别求该管垂直和水平放置时的蒸汽冷凝传热系数。 解：（1）假定冷凝液为层流流动，则
?垂直?r?2g?3?1.13???l?t?????1/4
膜温为（150+110）/2=130℃，此温度下水的物性为：?=934.8kg/m3；?=0.218mPa?s；?=0.686W/(m?K) 150℃时水的相变焓为：r=2119kJ/kg。所以
?垂直?2119?103?934.82?9.81?0.6863?1.13???0.218?10?3?0.75??150?110??????1/4?6183.5W/m2?K
??校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数计算如下：
Re?4?垂直l?tr??3
?1606?1800
将相关数据代入上式可得：Re?层流假定成立，以上计算有效。
4?6183.5?0.75??150?110?2119?10?0.218?103（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数：
?水平?垂直0.725?l????1.13?d?0.25?0.75??0.642????0.1?0.25?1.062
2
?水平?1.062?垂直?1.062?6183.5?6566.9 W/m?K
13. 竖直放置的蒸汽管，管外径为l00mm，管长3.5m。若管外壁温度110℃，周围空气温度为30℃，试计算单位时间内散失于周围空气中的热量。
解：定性温度
110?30?70℃下，空气的物理性质为： 2cP＝1.009kJ/（kg·℃），λ＝0.0297Ｗ/（ｍ·℃），μ＝2.06×10-5Pa?s，ρ＝1.029kg/ｍ3 体积膨胀系数
??11??2.91?10?3K?1 T(70?273.15)?2.91?10?3?9.81??110?30??3.53?1.0292格拉斯霍夫准数Gr??g?tl3?2?2?2.06?10??52?2.44?1011
1.009?103?2.06?10?5普朗特准数 Pr???0.700
?0.0297cp?则 Gr?Pr?2.44?108?0.700?1.708?1011
10.02972113??0.135(Gr?Pr)?0.135?(1.708?10)?6.36W/m·℃
l3.513? 29
Q=?AΔt=6.36×π×0.1×3.5×（110-30）= 559.2W
14 在一套管式换热中用的冷却水将流量为1.25kg/s的苯由80℃冷却至40℃。冷却水进口温度为25℃，其出口温度选定为35℃。试求冷却水的用量。
解：苯的平均温度为60℃，查得该温度下其比热为：1.860kJ/kg·℃ 水的平均温度为30℃，查得该温度下其比热为：4.174kJ/kg·℃ 热平衡方程：Q?qm1cp1?T1?T2??qm2cp2?t2?t1?
qm1cp1?T1?T2?cp?t2?t1?1.25?1.860?103??80?40?4.174?10??35?25?3冷却水用量：qm2???2.23kg/s=8021kg/h
15 流量为10000m3/h（标准状况）的空气在换热器中被饱和水蒸汽从20℃加热至60℃，所用水蒸汽的压强为400kPa（绝压）。若设备热损失为该换热器热负荷的6%，试求该换热器的热负荷及加热蒸汽用量。
解：查得空气在平均温度40℃下的比热容为：cp2=1.005kJ/kg·℃。400kP下水的相变焓为2138kJ/kg。
空气的质量流量：qm2?10000?29?12946kg/h 22.4热负荷：Q?qm2cp2?t2?t1??12946?1.005?103??60?20?/3600?144.6kW 考虑热损失的热平衡方程：?1?6%?Q?qm1r 加热蒸汽用量：qm1?1.06Q1.06?144.6??0.0717kg/s?258.1kg/h r213816 在一套管换热器中用饱和水蒸汽加热某溶液。水蒸汽通入环隙，其对流传热系数为10000 W/m2?℃；溶液在?25?2.5mm的管内流动，其对流传热系数为800 W/m2?℃。换热管内污垢热阻为1.2?10-3 m2?℃/W，管外污垢热阻和管壁忽略不计。试求该换热器以换热管的外表面为基准的总热系数及各部分热阻在总热阻中所占的百分数。 解：
d111d11125252
???Rs11????1.2?10?3??3.163?10?3 m?℃/W K?1?2d2d2100008002020K=316.2 W/m2?℃ 蒸汽侧热阻/总热阻=
1/100003.163?10?3?3.16%
溶液侧污垢热阻/总热阻=管内污垢热阻/总热阻=
?1/800??25/20?49.4%
3.163?10?3?31.2?10?3?25/203.163?10?47.4%
17. 以三种不同的水流速度对某台列管式换热器进行试验。第一次试验在新购进时进行；第二次试验在使用了一段时间之后进行。试验时水在管内流动，且为湍流，管外为饱
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