题目

水在直圆管内被加热,管内直径20mm,管长3m,入口水温30°C,出口水温30°C,水在管内的平均流速为1.5m/s。求水与管壁之间的平均表面传热系数。

水在直圆管内被加热,管内直径20mm,管长3m,入口水温 $30^{\circ}C$ ,出口水温 $70^{\circ}C$ ,水在管内的平均流速为1.5m/s。求水与管壁之间的平均表面传热系数。

题目解答

计算定性温度 $t_m=\frac{t_{in}+t_{out}}{2}=\frac{30+70}{2}=50^{\circ}C$

根据定性温度，查水的物性参数：导热系数 k 、动力粘度 μ 、普朗特数 Pr 。

雷诺数 $Re=\frac{ud}{ν}$ ，其中 u 为流速， d 为管径， ν 为运动粘度 $ν=\frac{μ}{ρ}$ 。

计算出雷诺数后，判断流态。

对于管内强制对流换热，如果是湍流，可使用迪图斯 - 贝尔特（Dittus - Boelter）公式 $Nu=0.023Re^{0.8}\Pr^n$ ，其中 n = 0.4 （加热）。

努塞尔数 $Nu=\frac{hd}{k}$ ，从而求得平均表面传热系数 h.