新大《傳熱學(xué)》復(fù)習(xí)題及解答第10章 傳熱過程分析與換熱器的熱計(jì)算

第10章傳熱過程分析與換熱器的熱計(jì)算（復(fù)習(xí)題解答）【復(fù)習(xí)題10-1】所謂雙側(cè)強(qiáng)化管是指管內(nèi)側(cè)與管外側(cè)均為強(qiáng)化換熱表面的管子。設(shè)一雙側(cè)強(qiáng)化管用內(nèi)徑為、外徑為的光管加工而成，試給出其總傳熱系數(shù)的表達(dá)式，并說明管內(nèi)、外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算面積。答：由傳熱公式以光管內(nèi)表面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算面積為管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算面積為【復(fù)習(xí)題10-2】在圓管外敷設(shè)保溫層與在圓管外側(cè)設(shè)置肋片從熱阻分析的角度有什么異同？在什么情況下加保溫層反而會強(qiáng)化其傳熱，而加肋片反而會削弱其傳熱？答：在圓管外敷設(shè)保溫層與設(shè)置肋片，都使表面對流換熱的熱阻降低，而導(dǎo)熱熱阻增加。一般情況下，保溫層使導(dǎo)熱熱阻增加較多，而表面對流換熱熱阻降低較少，這樣總熱阻增加，起到削弱傳熱的作用。設(shè)置肋片使導(dǎo)熱熱阻增加較少，而表面對流換熱熱阻降低較多，其總熱阻下降，起到強(qiáng)化傳熱的作用。特殊地，當(dāng)圓管外徑小于其臨界直徑時(shí)，增加保溫層厚度反而會強(qiáng)化傳熱，而對于肋片，理論上只有當(dāng)肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積小于1時(shí)，肋片才會削弱傳熱?！緩?fù)習(xí)題10-3】重新討論傳熱壁面為平壁時(shí)第2題中提出的問題。答：傳熱壁面為平壁時(shí)，保溫層總是起到削弱傳熱的作用。加肋片是否起強(qiáng)化傳熱的作用，還要取決于肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積是否大于1?！緩?fù)習(xí)題10-4】推導(dǎo)順流或逆流換熱器的對數(shù)平均溫差計(jì)算式時(shí)做了一些什么假設(shè)，這些假設(shè)在推導(dǎo)的哪些環(huán)節(jié)中加以應(yīng)用？討論對大多數(shù)間壁式換熱器這些假設(shè)的適用情形。答：假設(shè)（1）：冷、熱流體的質(zhì)量流量、及比熱容、在整個(gè)換熱面上都是常數(shù)。該假設(shè)在推導(dǎo)中可將上述四個(gè)量組合成一個(gè)常量，從而簡化積分計(jì)算。對大多數(shù)間壁式換熱器常常工作于穩(wěn)定工況，質(zhì)量流量不變。如果換熱器計(jì)算中用定性溫度確定比熱容的取值，比熱容就可看成常數(shù)。假設(shè)（2）：傳熱系數(shù)在整個(gè)換熱面上不變。該假設(shè)將傳熱系數(shù)當(dāng)做常量處理，不受溫度和傳熱面積的影響，可簡化變量的分離及積分計(jì)算。傳熱系數(shù)全面、整體評價(jià)換熱器的性能，本身就是一個(gè)平均結(jié)果，可看成是常數(shù)。假設(shè)（3）：換熱器無散熱損失。該假設(shè)使得冷、熱流體的傳熱量相等，也等于換熱器的換熱量。對大多數(shù)換熱器，散熱損失比起換熱量可以忽略不計(jì)。假設(shè)（4）：換熱面中沿管子軸向的導(dǎo)熱量可以忽略不計(jì)。該假設(shè)使傳熱量計(jì)算都與對流傳熱有關(guān)，而與導(dǎo)熱無關(guān)，從而簡化計(jì)算過程。實(shí)際的間壁式換熱器都是用來在不同流體之間進(jìn)行換熱的，對流換熱是主要傳熱方式，沿管子軸向的導(dǎo)熱量很小，可忽略?！緩?fù)習(xí)題10-5】對于、及三種情形，畫出順流與逆流時(shí)冷、熱流體溫度沿流動方向的變化曲線，注意曲線的凹向與相對大小的關(guān)系。答：定性繪制流體溫度變化曲線方法：不管是熱流體還是冷流體，也不管是順流還是逆流，傳熱溫差大的一端曲線曲線斜率大。這是因?yàn)閭鳠嵯禂?shù)為常數(shù)，相同面積下，溫差大，傳熱量就大，溫度變化也大。流體進(jìn)出口溫差與熱容成反比：即熱容較大的流體溫度變化率相對較小。（1）順流換熱時(shí)，，即熱流體溫度變化曲線為凹形曲線，即冷流體溫度變化曲線為凸形曲線（如圖a所示）（2）逆流換熱時(shí)，，當(dāng)時(shí)，，冷、熱流體都為凸形曲線（如圖b所示）當(dāng)時(shí)，，冷、熱流體都為凹形曲線（如圖c所示）當(dāng)時(shí)，，冷、熱流體都為平行直線（如圖d所示）【復(fù)習(xí)題10-6】進(jìn)行換熱器熱設(shè)計(jì)時(shí)所依據(jù)的基本方程是哪些？有人認(rèn)為傳熱單元數(shù)法不需要用到傳熱方程式，你同意嗎？答：換熱器熱設(shè)計(jì)時(shí)所依據(jù)的基本方程有傳熱方程和熱平衡方程：傳熱單元數(shù)將傳熱方程式隱含在傳熱單元數(shù)和效能中。【復(fù)習(xí)題10-7】在傳熱單元數(shù)法中有否用到推導(dǎo)對數(shù)平均溫差時(shí)所做的基本假設(shè)，試以順流換熱器效能的計(jì)算式推導(dǎo)過程為例予以說明。答：傳熱單元數(shù)法中也用到了推導(dǎo)平均溫差時(shí)的基本假設(shè)，因?yàn)橥茖?dǎo)中引用了推導(dǎo)對數(shù)平均溫差的結(jié)果?！緩?fù)習(xí)題10-8】什么叫換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算？什么叫校核計(jì)算？答：已知流體及換熱參數(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)新的換熱器，以確定換熱器所需的面積，這類計(jì)算稱為設(shè)計(jì)計(jì)算。對已有的或選定了換熱面積的換熱器，根據(jù)流體進(jìn)口參數(shù)計(jì)算其流體出口參數(shù)和換熱量，這樣的計(jì)算過程稱為校核計(jì)算。【復(fù)習(xí)題10-9】在進(jìn)行換熱器的校核計(jì)算時(shí)，無論采用平均溫差法還是采用傳熱單元數(shù)法都需要假設(shè)一種介質(zhì)的出口溫度，為什么此時(shí)使用傳熱單元數(shù)法較為方便？答：傳熱單元數(shù)法的計(jì)算過程中，出口溫度對傳熱系數(shù)的影響是通過定性溫度來體現(xiàn)的，遠(yuǎn)不如對熱平衡熱量或平均溫差影響那么大，所以用該方法進(jìn)行校核計(jì)算時(shí)容易得到收斂的結(jié)果?！緩?fù)習(xí)題10-10】試用簡明的語言說明強(qiáng)化單相強(qiáng)制對流傳熱、核態(tài)沸騰及膜狀凝結(jié)的基本思想。答：單相強(qiáng)制對流傳熱強(qiáng)化的基本思想是盡量減薄邊界層。核態(tài)沸騰強(qiáng)化的基本思想是盡量增加汽化核心的數(shù)量。膜狀凝結(jié)強(qiáng)化的基本思想是盡量減薄凝結(jié)液膜層的厚度。【復(fù)習(xí)題10-11】在推導(dǎo)換熱器效能的計(jì)算公式時(shí)在哪些環(huán)節(jié)引入了推導(dǎo)對數(shù)平均溫