《化工原理》课程教学资源（教案讲义）第四章 传热

第四章传热 §1传热概述 4-1三种类型换热器 (1)直接混合式——将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。很多人看过电影“洗 澡”吧,老式澡堂中水池的水,是将水蒸汽直接通人冷水中,使冷水加热,此即直接混合式 如图2-1所示。北方许多工厂的澡堂,仍然采用这种办法。 米 图4-1直接混合传热示意图 (2)蓄热式——先将热流体的热量储存在热载体上,然后由热载体将热量传递给冷流体、 此即蓄热式换热器。如图4-2所示。炼焦炉中煤气燃烧系统就是采用蓄热式换热。 热流体 图4-2蓄热式示意图 3)间壁式一一热流体通过间壁将热量传递给冷流体,化工中应用极为广泛。有夹套式 热交换器:蛇形式热交换器:套管式热交换器;列管式热交换器;板式热交换器。如图4-3 所示

1 第四章 传热 §1 传热概述 4-1 三种类型换热器 (1) 直接混合式——将热流体与冷流体直接混合的一种传热方式。很多人看过电影“洗 澡”吧，老式澡堂中水池的水，是将水蒸汽直接通人冷水中，使冷水加热，此即直接混合式。 如图 2-1 所示。北方许多工厂的澡堂，仍然采用这种办法。 图 4-1 直接混合传热示意图 (2)蓄热式——先将热流体的热量储存在热载体上，然后由热载体将热量传递给冷流体、 此即蓄热式换热器。如图 4-2 所示。炼焦炉中煤气燃烧系统就是采用蓄热式换热。 图 4-2 蓄热式示意图 (3)间壁式——热流体通过间壁将热量传递给冷流体，化工中应用极为广泛。有夹套式 热交换器；蛇形式热交换器；套管式热交换器；列管式热交换器；板式热交换器。如图 4-3 所示

冷流体 热流体 图4-3间壁式换热器—一列管换热器。 换热器有三种类型,从传热机理来讲,传热又有三种方式,即热传导、热辐射。传 热将从三种方式来展开论述。 4-2传热平衡方程 以某换热器为衡算对象,列出稳定传热时的热量衡算方程。如图4-4所示 Ge C t Gh Cl 图44热平衡方程推导图 GCm(1-0)+GCm(71-0)=GCm(2-0)+GCm(72-0) GCmM(7-7)=GCm(2-4) 式(Ⅰ)即贯穿传热过程始终的热平衡方程 §2热传导 4-3热传导与傅立叶定律 先讨论两个问题:冬天,铁凳与木凳温度一样,但我们坐在铁凳子上要比坐在木凳子上 感到冷得多,这是为什么?一杯热牛奶,放在水里比摆在桌子上要冷得快,为什么 人体温度是37℃左右,冬天坐在凳子上,人体的热量就向凳子传递,由于铁比木头传 热速度快得多,人体表面散热越快,而体内向表面补充热量又跟不上,所以感觉凉。此题, 说明同样是固体,材质不同,传热速率是不同的 第二个问题,也是传热速率问题。说明水的传热速率比空气的传热速率来得大

2 图 4-3 间壁式换热器——列管换热器。 换热器有三种类型，从传热机理来讲，传热又有三种方式，即热传导、热辐射。传 热将从三种方式来展开论述。 4-2 传热平衡方程 以某换热器为衡算对象，列出稳定传热时的热量衡算方程。如图 4-4 所示。 图 4-4 热平衡方程推导图 ( 0) ( 0) ( 0) ( 0) GcCpc t 1 − + GhCph T1 − = GcCpc t 2 − + GhCph T2 − ( ) ( ) 1 2 2 1 G C T T G C t t  h ph − = c pc − ………………(I) 式（I）即贯穿传热过程始终的热平衡方程。 §2 热传导 4-3 热传导与傅立叶定律 先讨论两个问题；冬天，铁凳与木凳温度一样，但我们坐在铁凳子上要比坐在木凳子上， 感到冷得多，这是为什么？一杯热牛奶，放在水里比摆在桌子上要冷得快，为什么？ 人体温度是 37℃左右，冬天坐在凳子上，人体的热量就向凳子传递，由于铁比木头传 热速度快得多，人体表面散热越快，而体内向表面补充热量又跟不上，所以感觉凉。此题， 说明同样是固体，材质不同，传热速率是不同的。 第二个问题，也是传热速率问题。说明水的传热速率比空气的传热速率来得大

在两个问题中,热量的传递都不是通过流体的运动实现的。实质是热传导问题 热传导的定义是:依靠物体内自由电子运动或分子原位振动,从而导致热量的传递,即 热传导 热传导遵循傅立叶定律。它是一个经验性定律。实践证明,单位时间内的传热量Q与 垂直于热流方向的导热截面面积A和温度梯度一成正比。即 O=-2A (Ⅱ) 式中,O一一传热速率,W:A—一导热面积, A——比例系数。称为导热系数,W.m-1.K-1 温度梯度,它是个矢量,其方向是沿温度梯度增加的正方向。 dx 如图45所示。 t+dt 热流方向 的正方向 x+dx 图4-5温度梯度之方向示意图 式(Ⅱ)即傅立叶定律,式中的负号又是什么意思呢?从图4-5中看出,热流方向与温 dt 度梯度 的方向正好相反。Q是正值,而是负值,加上负号,使式(m)成立。 dx dx 改写式(I)得: Q A 式中,旦一一单位时间、单位面积所传递的热量,称为热量通量。 所以傅立叶定律亦可表达为,热量通量与温度梯度成正比。 了解傅立叶定律,我们很容易解释开头的两个例子,主要差别在λ的数值上。铁的导热 系数(61W·m-1·K-)比木头的导热系数(0.05W·m-1·K-1)大。水的导热系数(006 W·m-1·K-)比空气的导热系数(0.024W·m-1·K-)大的缘故

3 在两个问题中，热量的传递都不是通过流体的运动实现的。实质是热传导问题。 热传导的定义是：依靠物体内自由电子运动或分子原位振动，从而导致热量的传递，即 热传导。 热传导遵循傅立叶定律。它是一个经验性定律。实践证明，单位时间内的传热量 Q 与 垂直于热流方向的导热截面面积 A 和温度梯度 dx dt 成正比。即 dx dt Q  −A dx dt Q = −A ………………(Ⅱ) 式中，Q ——传热速率， W ； A ——导热面积， 2 m ；  ——比例系数。称为导热系数， −1 −1 W  m  K ； dx dt ——温度梯度，它是个矢量，其方向是沿温度梯度增加的正方向。 如图 4-5 所示。 图 4-5 温度梯度之方向示意图 式（Ⅱ）即傅立叶定律，式中的负号又是什么意思呢？从图 4-5 中看出，热流方向与温 度梯度       dx dt 的方向正好相反。 Q 是正值，而 dx dt 是负值，加上负号，使式 (II) 成立。 改写式（II）得： dx dt A Q = − ………………(Ⅱa) 式中， — — A Q 单位时间、单位面积所传递的热量，称为热量通量。 所以傅立叶定律亦可表达为，热量通量与温度梯度成正比。 了解傅立叶定律，我们很容易解释开头的两个例子，主要差别在  的数值上。铁的导热 系数（61 −1 −1 W  m  K ）比木头的导热系数（0.05 −1 −1 W  m  K ）大。水的导热系数（0.06 −1 −1 W  m  K ）比空气的导热系数（0.024 −1 −1 W  m  K ）大的缘故

导热系数A,是物质的属性之一,可用实验方法测定。一般来讲,固体>入液体>气体 (可用分子间距离来解释)。但绝热材料(如石棉等)的λ较小,则属例外。 4-4平壁稳定热传导计算 t3 o b, b, 图46平壁导热示意图 如图46所示,当x由0→b时,则t由1→12,这时积分式(Ⅱ)得: Q=-4(因为4是常数 MA 同理得:O-12-4 …(ⅣV) A、A 式中:Q亦可称为热流强度,t1-t2可称为热推动力 亦称为热阻力 热流强度=热推动力 热阻力 利用数学中的合比定律,由式(Ⅲ)和式(Ⅳ)得 MA n2A 若为三层平壁热传导,如图47所示,则为 (1-12)+(t2-1)+(t3-14)

4 导热系数λ，是物质的属性之一，可用实验方法测定。一般来讲， 固体   液体   气体 。 （可用分子间距离来解释）。但绝热材料（如石棉等）的  较小，则属例外。 4-4 平壁稳定热传导计算 图 4-6 平壁导热示意图 如图 4-6 所示，当 x 由 0 → b1 时，则 t 由 1 2 t →t ,，这时积分式（Ⅱ）得：   = − 2 1 1 1 0 t t b Q dx  A dt （因为A是常数） A b t t Q 1 1 1 2  −  = ………………（Ⅲ） 同理得： A b t t Q 2 2 2 3  − = ………………（Ⅳ） 式中：Q 亦可称为热流强度，t1-t2 可称为热推动力， A b 1 1  亦称为热阻力。 热阻力 热推动力 热流强度 = 利用数学中的合比定律，由式（Ⅲ）和式（Ⅳ）得： ( ) ( ) A b A b t t t t Q 2 2 1 1 1 2 2 3   + − + − = 若为三层平壁热传导，如图 4-7 所示，则为： ( ) ( ) ( )         + + − + − + − = 3 3 2 2 1 1 1 2 2 3 3 4 1    b b b A t t t t t t Q

bLbz bs 图4-7多层平壁的稳态热传导 所以n层平壁热传导的公式为 ∑(1-t1) () 4-5圆筒壁稳定热传导计算 比平壁复杂的一点在于,传热面积A是个变量。 今有一长为L,内径为r,内壁温度为1,外半径为n2,外壁温度为12的圆筒,导出 其热流温度(Q)的表达式 如图4-8所示,在圆筒中取一半径为r,长为L的等温度圆筒面, r 图4-8圆筒壁导热示意图 则根据傅立叶定律式(Ⅱ),其热流强度为: 2rl) dt 2mL(1-l2) 2

5 图 4-7 多层平壁的稳态热传导 所以 n 层平壁热传导的公式为： ( )   = = − + = n i i i n i i i b A t t Q 1 1 1 1  …………………(V) 4-5 圆筒壁稳定热传导计算 比平壁复杂的一点在于，传热面积 A 是个变量。 今有一长为 L ，内径为 1 r ，内壁温度为 1 t ，外半径为 2 r ，外壁温度为 2 t 的圆筒，导出 其热流温度 (Q) 的表达式。 如图 4-8 所示，在圆筒中取一半径为 r ，长为 L 的等温度圆筒面， 图 4-8 圆筒壁导热示意图 则根据傅立叶定律式(Ⅱ)，其热流强度为： ( )   = − 2 1 2 1 2 t t r r L dt r dr Q   ( ) 2 1 1 2 2 ln t t Q L r r − − =   ( ) 1 2 1 2 ln 1 2 r r L t t Q   −  =

同里,对第二层,可以得到:Q=2-4) In 12F2 3h(2- 2TL(T In 7 利用数学中的合比定律得,Q= 2mL(1-12)+2m(2-12) in 推广到n层圆筒的传热速率公式为 2nL∑(n-ln) O n in 4-6圆筒壁导热计算举例 【例4-1】在一如60×3.5mm的钢管外包有两层绝热材料,里层为40mm的氧化镁粉 平均导热系数A=007W·m-1·K-1,外层为20mm的石棉层,其平均导热系数 元=0.15W·m-1·K-1。现用热电偶测得管内壁的温度为500℃,最外层表面温度为80℃, 管壁的导热系数=45W·m-1·K-1。试求每米管长的热损失及保温层界面的温度。 解:(a)每米管长的热损失 q1 0.053 此处,n-2 00265m,r2=0.0265+0.0035=0.03 r3=0.03+0.04=0.07m,F4=007+002=0.09m 2×3.14×(500-80) 0.03 1,0.07 In In 450.02650.070.030.15007 6

6 同理，对第二层，可以得到： ( ) 2 3 2 2 3 ln 1 2 r r L t t Q   − = ( ) ( ) 2 3 2 2 3 1 2 1 1 2 ln 1 2 ln 1 2 r r L t t r r L t t Q     − = −  = 利用数学中的合比定律得， ( ) ( ) 2 3 1 2 2 1 1 2 2 3 ln 1 ln 1 2 2 r r r r L t t L t t Q     + − + − = 推广到 n 层圆筒的传热速率公式为： ( )   = + = − + = n i n n n n i n n r r L t t Q 1 1 1 1 ln 1 2   ………………(VI) 4-6 圆筒壁导热计算举例 【例 4-1】 在一 603.5mm 的钢管外包有两层绝热材料，里层为 40mm 的氧化镁粉， 平 均 导 热 系数 1 1 0.07 − −  = W  m  K ，外层为 20mm 的 石 棉 层 ，其 平 均导 热 系 数 1 1 0.15 − −  = W  m  K 。现用热电偶测得管内壁的温度为 500 ℃，最外层表面温度为 80 ℃， 管壁的导热系数 1 1 45 − −  = W  m  K 。试求每米管长的热损失及保温层界面的温度。 解： (a) 每米管长的热损失 ( ) 3 4 2 3 3 1 2 2 1 1 4 1 ln 1 ln 1 ln 1 2 r r r r r r t t q     + + − = 此处， 0.0265 0.0265 0.0035 0.03 2 0.053 r1 = = m，r2 = + = r3 = 0.03+ 0.04 = 0.07m，r4 = 0.07 + 0.02 = 0.09m 1 1 191 0.07 0.09 ln 0.15 1 0.03 0.07 ln 0.07 1 0.0265 0.03 ln 45 1 2 3.14 (500 80) − =  + +   − q = W m

(b)保温层界面温度13 2xr(1-1) q1 h3191 2×3.14×(500-13) In 0.031,0.07 ln F 450.02650.070.03 解得:t3=1329C §3对流传热 4-7热对流与牛顿冷却定律 解放前曾有过这样的民谣:“穷人穷在租里,冷天冷在风里。”为什么“冷天冷在风里 呢?我们坐在教室里,手脸都不感觉得冷,如果开启电扇,扇起风来,就感觉冷了,这是为 什么?因为室内空气流速加大,空气将人体表面的热量带走的速率加大,人体内部热量补充 不上,所以感觉冷。一杯热牛奶,用均匀搅拌比不搅拌要凉得快,边搅拌边吹风,则凉得更 快。前者利用牛奶对流,后者再加上空气对流。 空气的流速加大,可加快热量的传递,这是一种什么形式的热量传递呢?我们定义为对 流给热。 对流给热的定义是,通过流体内分子的定向流动和混合而导致热量的传递。 对流给热服从牛顿冷却定律,也称牛顿给热定律。 先讨论一下对流给热的机理。如图49所示。固体壁面温度为(高温端),流体湍流 主体的温度为t 图4-9对流给热机理 在固体壁面存在层流层,然后是过渡层,再是湍流层。在层流层,热量靠热传导的方式 传递,在过渡层和湍流层,热量靠分子的流动和混合来传递。直接按热传导的方式处理,显 然不行,因为湍流层不能按导热处理。于是人们尝试,虚拟一个传热边界层δ,使得层流、 过渡流、湍流的全部传热阻力集中在δ内。于是可以按平壁导热处理得: I-I (n) 6 A

7 (b) 保温层界面温度 3 t ( ) 2 3 1 2 2 1 1 3 1 ln 1 ln 1 2 r r r r t t q    + − = 0.03 0.07 ln 0.07 1 0.0265 0.03 ln 45 1 2 3.14 (500 ) 191 3 +   −  = t 解得： t 3 =132 C §3 对流传热 4-7 热对流与牛顿冷却定律 解放前曾有过这样的民谣：“穷人穷在租里，冷天冷在风里。”为什么“冷天冷在风里” 呢？我们坐在教室里，手脸都不感觉得冷，如果开启电扇，扇起风来，就感觉冷了，这是为 什么？因为室内空气流速加大，空气将人体表面的热量带走的速率加大，人体内部热量补充 不上，所以感觉冷。一杯热牛奶，用均匀搅拌比不搅拌要凉得快，边搅拌边吹风，则凉得更 快。前者利用牛奶对流，后者再加上空气对流。 空气的流速加大，可加快热量的传递，这是一种什么形式的热量传递呢？我们定义为对 流给热。 对流给热的定义是，通过流体内分子的定向流动和混合而导致热量的传递。 对流给热服从牛顿冷却定律，也称牛顿给热定律。 先讨论一下对流给热的机理。如图 4-9 所示。固体壁面温度为 w t （高温端），流体湍流 主体的温度为 t 。 图 4-9 对流给热机理 在固体壁面存在层流层，然后是过渡层，再是湍流层。在层流层，热量靠热传导的方式 传递，在过渡层和湍流层，热量靠分子的流动和混合来传递。直接按热传导的方式处理，显 然不行，因为湍流层不能按导热处理。于是人们尝试，虚拟一个传热边界层δ，使得层流、 过渡流、湍流的全部传热阻力集中在δ内。于是可以按平壁导热处理得： A t t Q w   − = ………………(VII)

由于上式中的传热边界层δ是难以测定的,所以仍无法进行计算。于是令=a,则 上式为 aAl vIn) 式()即为牛顿冷却定律的数学表达式。就是:固体对流体的给热传热速率(Q),与 壁面积成正比,与壁面和流体间的温度差(n-1)成正比。 式中,a一—比例系数,亦称给热系数,其单位是 4(.-)m2,k=,m2,k 下面的关键,就是如何求了? 回忆一下,此种处理方法,与求导管流动阻力的方法,是完全类似的 41 当时导出流动阻力为hr= r。由于式中的剪应力()无法求得,于是改写上 d eg 为 令 d人2 得 h=d2g,然后把精力集中在求A上 4-8给热系数α计算 a与许多因素有关,a的求取十分复杂,目前主要通过因次分析法,在大量实验的基 础上,得到一些经验的、应用范围受限制的准数关联式。在第一章中我们详细介绍过因次分 析法。下面列出的式子,也是实验数据归纳的 例如圆管内湍流给热系数a用如下公式 低粘度流体: a dup cpu a=0.023 当流体被加热时,n=0.4,流体被冷却时,n=0.3。 高粘度流体: a=0027cg)"c 式中,若流体为气体,则

8 由于上式中的传热边界层  是难以测定的，所以仍无法进行计算。于是令    = t ，则 上式为： Q A(t t) = w − ……………(VIII) 式 (VIII) 即为牛顿冷却定律的数学表达式。就是：固体对流体的给热传热速率 (Q) ，与 壁面积成正比，与壁面和流体间的温度差 (t t) w − 成正比。 式中，  ——比例系数，亦称给热系数，其单位是 ( ) 2 1 2 − − =   −  = W m K m K W A t t Q w  下面的关键，就是如何求  了？ 回忆一下，此种处理方法，与求导管流动阻力的方法，是完全类似的。 当时导出流动阻力为   =  d g 4l hf 。由于式中的剪应力 ( ) 无法求得，于是改写上 式为： 2 2 2 8 2 8 g u u d l u hf      =                       = ，令 得： ， g u d l hf 2 2 =  然后把精力集中在求  上。 4-8 给热系数  计算  与许多因素有关，  的求取十分复杂，目前主要通过因次分析法，在大量实验的基 础上，得到一些经验的、应用范围受限制的准数关联式。在第一章中我们详细介绍过因次分 析法。下面列出的式子，也是实验数据归纳的。 例如圆管内湍流给热系数  用如下公式： 低粘度流体： n du Cp d                 =       0.8 0.023 ……………（Ⅸ） 当流体被加热时， n = 0.4 ，流体被冷却时， n = 0.3。 高粘度流体： 0.8 0.33 0.14 0.027                         = w du Cp        式中，若流体为气体，则 1.0 0.14 =          w 

若流体被加热,则=1065 若流体被冷却,则4|=095 式中,A一流体的导热系数,W·m-1·K-:—流体的粘度,kgm-1s-l 流体的比热,Jkg·K p—一流体的密度,kg·m3 u—一流体在管内的流速,m·s d一一定形尺寸,此处为管径,m: a——给热系数,W·m2.K-1 n——取管壁温度时的流体粘度,kgm·s-; 圆形管内过渡流时的对流给热系数为: 6×10 Re 计算α的经验关联式很多。可以查阅《化学工程手册》的传热分册。一般情况下,c值 的大致范围如下: 空气自然对流,5~25W.m2.K-;空气强制对流,30-300W·m2·K 水蒸汽冷凝,100~8000W·m2.K-;水沸腾,1500-3000y·m2.K-1 4-9给热系数计算举例(1) 【例4-2】一套管换热器,管套为89×3.5mm钢管,内管为d25×2.5mm钢管,管长 为2m,环隙中为p=100kPa的饱和水蒸汽冷凝,冷却水在内管中流过,进口温度为15℃ 出口为35℃。冷却水流速为04m·s-1,试求管壁对水的对流传热系数。 解:此题为水在圆形直管内流动 定性温度t 15+35 查得25℃时水的物性数据(见附录)如下: Cp=4179 Jkg"K p=997 kgm- A=60.8×10-2W.m-1.K-1 =9027×10-3Pa·s Re_d=002×04×997 9027×10-=886 过渡流

9 若流体被加热，则 1.05 0.14 =          w  若流体被冷却，则 0.95 0.14 =          w  式中，  ——流体的导热系数， −1 −1 W  m  K ；  ——流体的粘度， −1 −1 kg  m s ； C p ——流体的比热， −1 −1 J  kg  K ；  ——流体的密度， −3 kg  m ； u ——流体在管内的流速， −1 m s ； d ——定形尺寸，此处为管径， m ；  ——给热系数， −2 −1 W  m  K ；  w ——取管壁温度时的流体粘度， −1 −1 kg  m s ； 圆形管内过渡流时的对流给热系数为：          = − 1.8 5 Re 6 10  过  湍 1 计算  的经验关联式很多。可以查阅《化学工程手册》的传热分册。一般情况下，  值 的大致范围如下： 空气自然对流，5~25 −2 −1 W  m  K ； 空气强制对流，30~300 −2 −1 W  m  K ； 水蒸汽冷凝，1000~8000 −2 −1 W  m  K ；水沸腾，1500~30000 −2 −1 W  m  K ； 4-9 给热系数计算举例(1) 【例 4-2】一套管换热器，管套为 893.5mm 钢管，内管为 25 2.5mm 钢管，管长 为 2m ，环隙中为 p = 100kPa 的饱和水蒸汽冷凝，冷却水在内管中流过，进口温度为 15 ℃， 出口为 35 ℃。冷却水流速为 0.4 −1 m s ，试求管壁对水的对流传热系数。 解： 此题为水在圆形直管内流动 定性温度 t = C + = 25 2 15 35 查得 25 ℃时水的物性数据（见附录）如下： 3 1 1 4179 997 − − − c p = J  kg  K  = kg m =  W m  K =  Pa s −2 −1 −1 −5  60.8 10  90.27 10 8836 90.27 10 0.02 0.4 997 Re 5 =    = = −  du 过渡流

Pr=24179×9027×10-5 =6.2 60.8×10-2 d0.02 a可按式(4-18)计算,水被加热,n=04 校正系数f 6×10 6×10=095 883618 a=00232.R.p:,f 0303960999k 4-10传热系数计算举例(2) 【例4-3】空气以4ms2的流速通过一75.5×3.75mm的钢管,管长20m。空气入口 温度为305K,出口温度为341K,试计算:1)空气与管壁间的对流传热系数。2)如空 气流速增加一倍,其它的条件均不变,对流传热系数又为多少? 解:此题为无相变时流体在管内作强制流动时对流传热系数,故首先判断流动类型,再 选用对应关联式计算: 1)tn=×(341+305)=323K=50C 查空气物性:p=1.093kgm3,cn=1.017k/kgK =2826×10-Wm-K-1,=196×105Pa·sPr=0698 又d=75.5-3.75×2=68m=0.068m u=4ms Re duy0068×4×1.093 =1.517×104>10 1.96×10 又空气为低粘度流体 a=0023Re8Pr"=00234(40y8Pr 831×10-2 =0.023× 0068×(.517×10)3×(0698)4=18.3J,m2,K-1 L20 校核: =294>60 故:a=18.3Wm2.K-1 d0.068 2)当物性及设备不改变,仅改变流速,根据上述计算式知a∞u0

10 100 0.02 2 6.2 60.8 10 4179 90.27 10 Pr 2 5 = = =    = = − − d c p l ，    可按式(4-18)计算，水被加热， n = 0.4 校正系数 0.953 8836 6 10 1 Re 6 10 1 1.8 5 1.8 5 =  = −  f = − f d =    0.8 0.4 0.023 Re Pr   (8836) (6.2) 0.953 0.02 0.608 0.023 0.8 0.4 =     2 1 1981 − − = W m K 4-10 传热系数计算举例（2） 【例 4-3】 空气以 -1 4m.s 的流速通过一 75.53.75mm 的钢管，管长 20m。空气入口 温度为 305K ，出口温度为 341K ，试计算： 1）空气与管壁间的对流传热系数。2）如空 气流速增加一倍，其它的条件均不变，对流传热系数又为多少？ 解：此题为无相变时流体在管内作强制流动时对流传热系数，故首先判断流动类型，再 选用对应关联式计算： 1) m t = K C  (341+ 305) = 323 = 50 2 1 查空气物性： 3 1 1 1.093 . , 1.017 . . − − −  = kg m cp = kJ kg K =  W m K =  Pas −2 −1 −1 −5  2.826 10 . . , 1.96 10 Pr = 0.698 又 d = 75.5−3.752 = 68mm= 0.068m 1 4 . − u = m s 4 4 5 1.517 10 10 1.96 10 0.068 4 1.093 Re =       = = −  du 又空气为低粘度流体 0.8 0.8 0.4 0.023 Re Pr 0.023 ( ) Pr      du d d n  = = 4 0.8 0.4 2 (1.517 10 ) (0.698) 0.068 2.831 10 0.023     =  − 2 1 18.31 − − = W  m  K 校核： 294 60 0.068 20 = =  d L 故： 2 1 18.31 . . − −  = W m K 2）当物性及设备不改变，仅改变流速，根据上述计算式知 0.8   u