一列管式换热器，由38根Φ25×2.5mm的无缝钢管组成，苯在管内以8.32kg/s的流速通过，从80℃冷却至20℃。求苯对管壁的对流传热系数；若流速增加一倍，其他条件不变，对流传热系数又有何变化？

考查要点：本题主要考查管内对流传热系数的计算及流速变化对对流传热系数的影响，涉及流体力学和传热学的基本知识。

解题核心思路：

1. 确定流动状态：通过雷诺数判断流动类型（湍流或层流）。
2. 选择关联式：根据流动状态选择对应的对流传热系数公式。
3. 计算物性参数：在定性温度下查取苯的物性参数。
4. 分析流速变化的影响：利用对流传热系数与流速的关系推导结果。

破题关键点：

• 定性温度：取流体进出口温度的平均值。
• 雷诺数计算：判断流动状态，确定关联式。
• 对流传热系数公式：湍流时通常采用 $α \propto Re^{0.8}$。

1. 计算管内径

无缝钢管内径为：
$d = 25\,\text{mm} - 2 \times 2.5\,\text{mm} = 20\,\text{mm} = 0.02\,\text{m}$

2. 计算流速

总质量流量 $m_s = 8.32\,\text{kg/s}$，总截面积 $A = 38 \times \frac{\pi d^2}{4}$，流速：
$u = \frac{m_s}{\rho A} = \frac{8.32}{860 \times 38 \times \frac{\pi \times 0.02^2}{4}} \approx 0.81\,\text{m/s}$

3. 判断流动状态

雷诺数：
$Re = \frac{d u \rho}{\mu} = \frac{0.02 \times 0.81 \times 860}{0.45 \times 10^{-3}} \approx 3.096 \times 10^4 > 10^4$
属于湍流。

4. 计算对流传热系数

湍流时，对流传热系数公式为：
$α = \frac{0.023 \lambda}{d} Re^{0.8} Pr^{0.4}$
其中 $Pr = \frac{c_p \mu}{\lambda} \approx 0.7$（略去具体计算），查得 $\lambda = 0.14\,\text{W/(m·°C)}$，代入得：
$α \approx 1067\,\text{W/(m}^2\text{·°C)}$

5. 流速加倍后的变化

流速 $u' = 2u$，雷诺数 $Re' = 2Re$，对流传热系数变为：
$α' = α \left( \frac{Re'}{Re} \right)^{0.8} = 1067 \times 2^{0.8} \approx 1858\,\text{W/(m}^2\text{·°C)}$