题目
24.实验测定管壳式换热器的总传热系数时,水在换热器的列管内作湍流流动,管外为饱和水蒸气冷凝。列-|||-管由直径为 times 2.5mm 的钢管组成。当水的流速为 1m/s 时,测得基于管外表面积的总传热系数K0为2115W "-|||-((m)^2cdot (c)^circ ); 若其他条件不变,而水的速度变为 1.5m/s 时,测得K0为 /((m)^2cdot (C)^circ C) 试求蒸汽冷凝传热系-|||-数。假设污垢热阻可忽略。
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定水在管内流动时的传热系数变化
根据题意，水在管内作湍流流动，当水的流速从1m/s增加到1.5m/s时，传热系数K0从2115W/(m²·°C)增加到2660W/(m²·°C)。由于水的流速增加，导致水的对流传热系数增加，从而影响总传热系数K0的变化。根据经验公式，水的对流传热系数与流速的0.8次方成正比，即 $\dfrac {{d}_{1}'}{{a}_{1}}={(\dfrac {u'}{u})}^{0.8}$。将流速从1m/s增加到1.5m/s代入公式，得到 $\dfrac {{d}_{1}'}{{a}_{1}}={1.5}^{0.8}=1.383$。
步骤 2：计算总传热系数的表达式
忽略污垢热阻时，总传热系数K0的表达式为 $\dfrac {1}{{K}_{0}}=\dfrac {{d}_{0}}{{a}_{1}{d}_{1}}+\dfrac {b{d}_{0}}{\lambda {d}_{m}}+\dfrac {1}{{a}_{0}}$，其中 ${d}_{0}=25mm$，${d}_{1}=20mm$，b=2.5mm，${d}_{m}=22.5mm$，钢的 $\lambda =45W/(m\cdot {C}^{\circ }C)$。将这些数据代入公式，得到两个方程，分别对应流速为1m/s和1.5m/s时的总传热系数K0。
步骤 3：求解蒸汽冷凝传热系数
将流速为1m/s和1.5m/s时的总传热系数K0代入步骤2中的方程，得到两个方程。通过解这两个方程，可以求得蒸汽冷凝传热系数 ${\alpha }_{0}$。
根据题意，水在管内作湍流流动，当水的流速从1m/s增加到1.5m/s时，传热系数K0从2115W/(m²·°C)增加到2660W/(m²·°C)。由于水的流速增加，导致水的对流传热系数增加，从而影响总传热系数K0的变化。根据经验公式，水的对流传热系数与流速的0.8次方成正比，即 $\dfrac {{d}_{1}'}{{a}_{1}}={(\dfrac {u'}{u})}^{0.8}$。将流速从1m/s增加到1.5m/s代入公式，得到 $\dfrac {{d}_{1}'}{{a}_{1}}={1.5}^{0.8}=1.383$。
步骤 2：计算总传热系数的表达式
忽略污垢热阻时，总传热系数K0的表达式为 $\dfrac {1}{{K}_{0}}=\dfrac {{d}_{0}}{{a}_{1}{d}_{1}}+\dfrac {b{d}_{0}}{\lambda {d}_{m}}+\dfrac {1}{{a}_{0}}$，其中 ${d}_{0}=25mm$，${d}_{1}=20mm$，b=2.5mm，${d}_{m}=22.5mm$，钢的 $\lambda =45W/(m\cdot {C}^{\circ }C)$。将这些数据代入公式，得到两个方程，分别对应流速为1m/s和1.5m/s时的总传热系数K0。
步骤 3：求解蒸汽冷凝传热系数
将流速为1m/s和1.5m/s时的总传热系数K0代入步骤2中的方程，得到两个方程。通过解这两个方程，可以求得蒸汽冷凝传热系数 ${\alpha }_{0}$。