【4-6】某工厂用?170mm?5mm的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm的矿渣棉，其热导率为0.065W/(m?K)；第二层为厚30mm的石棉灰，其热导率为0.21W/(m?K)。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m。试求该管路的散热量。
解 ql?2?(t1?t4)
1r21r31r4ln?ln?ln?1r1?2r2?3r3?2?(300?40)
18511151145ln?ln?ln45800.065850.21115?284 W/m
Q?qll?284?50?1.42?104W
?14.2 kW
【4-7】水蒸气管路外径为108mm，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度t/℃的变化关系为
??0.033?0.00023tW/(m?K)。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过160W/m。试确定所需保温层厚度。
解 保温层厚度以b表示
ql???2?rdtdt??2?(0.033?0.00023t)r drdrql?qllnr2r1t2dr??2??(0.033?0.00023t)dt
t1rr20.002322???2??0.033(t1?t2)?(t1?t2)? r12??已知t1?150℃,t2?50℃, q?160W/m
r1?0．054m,r2?r1?b?0.054?b
0.066?3.14?(150?50)?0.00023?3.14?(1502?502) 160?b??ln?1???0.054?b?20.73?14.45? ln?1???160?0.054?解得保温层厚度为
b?0.0133m?13.3mm
保温层厚度应不小于13.3mm【4-9】空气以4m／s的流速通过?75.5mm?3.75mm的钢管，管长5m。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W，钢管内壁的平均温度为多少。
解 已知u?4m/s, d?0.068m, l?5m, t1?32℃, t2?68℃ (1)对流传热系数?计算 空气的平均温度 tm?32?68?50℃ 2查得空气在50℃时的物性数据??1.093kg/m3，
??1.96?10?5Pa?s, ??2.83?10?2W/(m?℃), cp?1.005kJ/(kg?℃)
4 Pr?0．698，空气被加热，Pr的指数n?0．雷诺数
Re?du???0.068?4?1.093?1.52?104 湍流 ?51.96?10l5??73.5?60 d0.068?4对流传热系数 ? ?0.023Re0.8Pr0．d2.83?10?2??0.023??(1.52?104)0.8?(0.698)0.4?18.4 W/(m2?℃)
0.068(2)空气流速增加一倍，对流传热系数?'为
?u'??'?????u?0.8?2??18.4????1?0.8?32 W/(m2?℃)
(3)若空气从管壁得到的热量为578W，计算钢管内壁平均温度 用式Q??A计算钢管内壁的平均温度tw。 （tw?tm）已知空气进出口平均温度 tm?50℃
在第(1)项中已计算出对流传热系数 ??18.4W/(m2?℃) 钢管内表面积为 A??dl???0.068?5?1.07m2 钢管内壁平均温度 tw?tw?Q578?50??79.4℃ ?A18.4?1.07【4-10】温度为10℃、压力为101.3kPa的空气，以10m/s的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。列管式换热器的外壳内径为190mm，其中装有37根的?19mm?2mm钢管，钢管长度为2m。试求钢管外表面对空气的对流传热系数?。
解 已知空气压力??101.3kPa，温度t1?10℃, t2?30℃， 空气的平均温度 tm?10?30?20℃ 2531J0/(k℃g?)，热导率查得空气在20℃的物性数据为：密度??1.128kg/m3，比热容cp?1.00???2.7?6?2?51W／0m?℃(，黏度)??1.91?10Pa?s，普朗特数Pr?0.699，空气被加热，Pr的指数n?0.4
空气流动的截面积
??0.194?2?37?0.0192?
湿润周边 ?(0.19?37?0．019)
4?4?(019.?37?0019.(019.2?37?0019.2)?0.0255 )当量直径 de?l2??78.4?60 de0.0255已知空气的流速 u?10m/s 雷诺数 Re?deu?0.02?55?1.0=?5?1.9?11011284=1.5?1 1湍流0
对流传热系数
?=0.023?deRePr0.80.42.76?10?20.40.8?0.023??(1.51?104）??0.699?
0.0255 ?47.5 W/(m2?℃)
【4-11】有一套管式换热器，内管为?38mm?2.5mm，外管为?57mm?3mm的钢管，内管的传热管长为2m。质量流量为2530kg/h的甲苯在环隙中流动，进口温度为72℃，出口温度为38℃。试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。
解
甲苯的温度 T1?72℃, T2?38℃，平均温度Tm?T1?T272?38??55℃ 223J/(kg?℃)，热导率λ=0.128W/(m·℃)，黏度甲苯在55℃的物性数据有：密度??830kg/m3，比热容cp?1.83?10?4??4.3?10Pa?s
甲苯的质量流量 qm1?2530 kg/h
体积流量 qv1?qm1/??2530/830?3.05 m3/h 甲苯在环隙中的流速u计算
套管的内管外径d1?0．038m，外管内径d2?0.051m， 流速 u? 3600?3.05?4?0.933 m/s
?(0.0512?0.0382)甲苯对内管外表面的对流传热系数?计算
套管环隙的当量直径 de?d2?d1?0．051?0．038?0．013m
l2??154?60 d0.013Re?deu???0.013?0.933?830?2.34?104 湍流 ?44.3?101.83?103?4.3?10?4Pr???6.15
?0.128cp?甲苯被冷却 n?0.3
??0．023?deRe0.8Pr0.3