一、填空题
1.（2分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57W/（m.K）,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140W
2.（2分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m/s 时,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kW/（m2.K）).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m/s时,此时传热系数α=_____________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re0.8Pr0.4 ；α=
3.81(kW/（m2.K）)
3.（2分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。***答案*** q=αA△t ；W/（m2.K）
4.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t m =_________. ***答案*** 27.9K
5.（2分）在列管式换热器中,用饱和蒸气加热空气,此时传热管的壁温接近________流体的温度,总传热系数K接近______流体的对流给热系数. ***答案*** 蒸气；空气
6.（2分）实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________. ***答案*** 间壁式；蓄热式；直接混合式。
7.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________.
***答案*** 热传导；热对流；热辐射。
8．（2分）强化传热的方法之一是提高K值. 而要提高K值,则应提高对流传热系数_______________________. ***答案*** 提高给热系数较小一侧的给热系数。
9．（2分）平壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1,α2以及间壁导热系数λ的关系为________________.当平壁厚4mm,导热系数为45( W/( m.K))时,两侧给热系数分别为8000(W/（m2.K）)和600(W/（m2.K）)时,总传热系数K=_____________.
***答案*** (1/K)=(1/α1+δ/λ+1/α2)；532(W/（m2.K）)
10.（2分）间壁传热的总传热速率方程为_____.某换热过程中,要求q=30 kW, K=555(W/（m2.K）)△t =25K,则传热面积为______. ***答案*** q=K×A×△t m；2.16m2
11.（2分）化工生产中常用三种换热方法, 其特征是＿＿＿＿＿＿＿＿____________。
***答案*** 冷热两种流体直接混合、冷热两种流体不允许直接接触而是通过间壁换热和流体通过炉内吸走热量。
12.（2分）传导传热的傅立叶定律为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿___＿＿其各项表示为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿, ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿, ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
***答案*** ｄQ/ｄτ＝－λAｄt/ｄδ,ｄQ/ｄτ表示单位时间传递的热量,－表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,λ表示导然系数和ｄt/ｄδ表示温度梯度。
13.影响传导传热系数的因素有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
***答案*** 物质种类和组成,物质的内部结构和物理状态、温度、湿度、压强等。
14.（2分）对流传热牛顿冷却定律为＿＿＿＿＿＿＿, 其各项表示为＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案*** Q＝αA（T－tw）, Q表示传热速度、α表示传热系数、A表示对流传热面积、T表示热流体主体平均温度和tw表示为低温流体壁面温度。
15. （2分）影响给热系数α的因素有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案*** 流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸
16.（2分）对流传热中的努塞特准数式是＿＿＿＿＿＿, 它反映了＿＿____________。
***答案*** Nu＝αｌ/λ,对流传热过程几何尺寸对α的影响。
17.（2分）对流体传热中普兰德准数式为＿＿＿＿＿＿＿, 它反映了＿___________
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案*** Pｒ＝μCｐ/λ,流体的物理性质对α的影响。18.（2分）厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b1>b2>b3;导热系数λ1<λ2<λ3。在稳定传热过程中，各层的热阻R1______R2______R3;各层导热速率Q ___Q ___Q 。***答案*** R1>R2>R3；Q1=Q2=Q3
19.（2分）一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应＿＿＿＿＿＿，主要原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
***答案*** 降低；因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。
20.（2分）用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W1＿＿W2，所需传热面积A1＿＿＿A2。
***答案*** 大于；小于
21.（2分）列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于___________________，折流挡板的形状有____________________，____________________等。
***答案***提高壳程流体的流速, 使壳程对流传热系数提高,园缺形（弓形）,园盘和环形22.（5分）在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管______；易结垢的流体走管______；高压流体走管______；有腐蚀性流体走管______；粘度大或流量小的流体走管______。***答案*** 外；内；内；内；外。
23.（2分）列管换热器的管程设计成多程是为了________________________；在壳程设置折流挡板是为了______________________________________。
***答案*** 提高管程α值；提高壳程α值。
24. 85.（2分）题号4088 第4章知识点100 难度容易
有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ1》第二种为λ2，若作为换热器材料，应选用_________种；当作为保温材料时，应选用__________种。
***答案*** 第一；第二
25.. 当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的_________倍。***答案*** 20.8
26..（2分）沸腾传热中，保持__________沸腾是比较理想的。***答案*** 泡核
27.（2分）进行换热的两流体，若α1》α2时，要提高K值，应设法提高_______；当α1≈α2时，要提高K值，应使_________________。***答案*** α2；α1与α2同时提高。
28.（2分）水垢的热阻较大的原理，主要是________________________。
***答案*** 垢层的导热系数很小。
1.（5分）试述对流传热的机理?
***答案*** 热流体流过管道时, 在湍流主体中,流体剧烈拢动,形成漩涡, 使质点强烈混合而交换热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流流动的流体层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的），有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。
2.（5分）强化传热过程应采取哪些途径?
***答案*** 根据Q＝KA△t m方程, 指任一个K、A、△t 都能提高强化传热
(1) 增加传热面积,如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；(2)增大传热温差△t m可采用逆流操作,因为当T1，T2，t1，t2四个温度一定时，逆流传热温差△t m最大；
(3)提高传热系数K由K＝1/（1/αo＋1/αi＋Σ（δ/λ））
提高α1、α2降低δ ,都能强化传热,要提高α由单层改为多层,或在壳程中增设档板，对于蛇管中,加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可,还可采用导热系数大的流体作载热体。
3.（5分）为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作?
***答案***
操作可以获得较大的平均传热温度差，从传递相同热负荷言，须较小的传热面积，节省设备费用。此外，逆流热流体出口温度T 可接近冷流流体进口温度t ，对相同热负荷言，需加热剂少；同样，就冷流体而言，逆流体出口温度t 可接近热流体进口温度T ，对相同热负荷言，需要冷却剂少，故对逆流就加热剂或冷却剂用量考虑，逆流操作费小。
4.（5分）什么是稳定传热和不稳定传热?
***答案*** 在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为稳定传热。稳定传热时，传热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，传热速率也随时间而变。
5. （5分）说明流体流动类型对给热系数的影响。
***答案*** 流体为层流时，传热是以导热方式进行的。则此时给热系数较小。当为湍流时，传热是以对流方式进行的，此时给热系数增大。所以流体的传热，多在湍流情况下进行。
6.（6分）给热系数受哪些因素影响?
***答案*** 流动类型：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度μ、密度ρ、比热C p，导热系数λ均对给热系数有影响。传热面的形状、大小和位置：管子的排列、折流都是为了提高给热系数。流体的对流情况，强制对流比自然对流的给热系数大，流体在传热过程有无相变，有相变α大。分析α＝0.023λ/dRe0.8Pr03~0.4也可以回答上列问题。
7.（3分）提高传热系数时,为什么要着重提高给热系数小的这一侧?
***答案*** 当忽略金属壁面的导热热阻时，
1/K=1/α1+1/α2=(α1+α2)/(α1×α2)；若α1>>α2,则α1+α2≈α1∴K≈α2
即K接近α小的数值。
8（5分）列管换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？
***答案*** 主要由壳体、管束、管板和顶盖（又称封头）等基部分组成。壳体和管束作为冷热两流体的流动空间，通过管壁进行换热。管束安装在管板上，通过管板使管束与壳体连成一体。顶盖（封头）上有管程流体进出口，且有分程、密封，封头可拆卸，便于管子清洗等作用。
9.（8分）简要指出换热器强化有那些途径？
***答案*** 根据传热方程：Q=KA△t m可知强化换热器途径有：
(1)增大传热平均温度差△t m，△t m的提高，应在工艺条件允许的范围内，尽可能增大，所以受到一定的限制。
(2)增大单位体积的传热面积A，增大A，往往会使投资费用增大，设备尺寸增大，占地面积增大，所以要从换热器结构上改进，使换热器的单位体积的传热面积增大。
(3)增大抟热系数K，增大K值是强化传热的主要途径。主要设法提高对流传热系数小的值，其措施是增大该侧流体流动的湍动程度。根据换热器工作的实际情况，可采取不同的措施，以提高K值。
10.（5分）有一高温炉，炉内温度高达1000℃以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传
热过程。
***答案***
炉内以对流和辐射并联联合传热，将热
量传给炉的内壁面。在炉壁内通过传导传热，
将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉
内对流与辐射传热相串联。炉外通过对流与辐
射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传到大
气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该
传热过程的特点是：（1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；（2）并联、串联的联合传热同时存在。
五、计算题
1.（12分）有一壁厚为10mm的钢制平壁容器, 内盛80℃的恒温热水。水对内壁面的对流传热系数为240W/(m
2.K)。现在容器外表面复盖一层导热系数为0.16W/(m.K),厚度为50mm 的保温材料。保温层为10℃的空气所包围,外壁对空气的联合传热系数为10 W/(m2.K)。试求：(1)每小时从每m2面积所损失的热量kJ(h.m2) ;(2)容器内表面的温度T (钢材的导热系数为45W/(m.K))
***答案***
1. q=K△t m△t m=80-10=70℃
K=1/(1/α0+1/αi+b1/λ1+b2/λ2) =1/(1/10+1/240+0.01/45+0.05/0.16)=2.399W/(m2.K) q=2.399×70=167.9W/m2
每小时散热量q h=3600×168/1000=604.4kJ/(m2.h)
2.q=αi(80-Tｗ) 80-Tｗ=167.9/240=0.7; ∴Tｗ=79.3℃
2.（10分）100℃的水蒸汽在管壳式换热器的管外冷凝,冷凝潜热为2258.4kJ/kg,总传热系数2039W/(m2.K)，传热面积为12.75m2,15℃的冷却水以2.25×105kg/h 的流量在管内流过,设总传热温差可以用算术平均值计算,求水蒸汽冷凝量kg/h? ***答案***
Q=Gc·Cpc(t2-t1)=KA△t m,
△t m=[(100-15)+(100-t2)]/2=(185-t2)/2
Q=2.25×105×4.18×103×(t2-15)/3600 =2039×12.75×(185-t2)/2
t2=23.1℃；Q=2039×12.75×(185-23)/2=2105kw
D=2105×3600/2258.4=3355kg/h
3.（15分）在内管为φ180×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/(kg.K),环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃,平均比热为
4.174kJ/(kg.K), 基于传热外面积的总传热系数K=2000W/(m2K),且保持不变.设热损失可以忽略。试求:（1）冷却水用量；（2）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。
***答案***
（1）冷却水用量：
W1ｃ1（T1－T2）＝W2ｃ2（t2－t1）；3500×2.38×（100－60）＝W2×4.174×（50－40）
∴W2＝7982kg/h
Δt m逆＝（50－20）/ｌｎ（50/20）＝32.75
Δt m并＝（60－10）/ｌｎ（60/10）＝27.9
Q＝KAΔt m Q＝333200kJ/h
A逆＝333200×103/（2000×32.75×3600）＝1.41m2
πｄl＝1.41 3.14×0.18×l＝1.41
∴l＝2.5l m
A并＝333200×103/（2000×27.9×3600）l＝1.66 m2
3.14×0.18×l＝1.66
∴l＝2.93 m
4.（15分）在管长为1m的冷却器中,用水冷却油。已知两流体作并流流动,油由420K冷却到370K,冷却水由285K加热到310K。欲用加长冷却管子的办法,使油出口温度降至350K。若在两种情况下油、水的流量,物性常数,进口温度均不变,冷却器除管长外,其他尺寸也均不变。试求管长。
***答案***
W1cp1（420－370）＝W2cp2（310－285）
W1cp1（420－350）＝W2cp2（t2－285）
两式相比得t2＝320K
Δt m1＝((420-285)-(370-310))/ln(420-285)/(370-310)＝75/0.81＝92.5K
Δt m2＝((420-285)-(350-320))/ln(420-285)/(350-320)＝105/1.5＝69.8K
Q1＝W1cp1（420－370）＝KoπｄlΔt m1
Q2＝W1cp1（420－350）＝Ko'πdl'Δt'
油、水的流量,物性常数及管径均不变,故Ko=Ko'
两式相比得
（420-370）/（420-350）＝（l/ l'）×（Δt m1/Δt m2）
l'＝70/50×92.5/69.8×1＝1.855m
5.（16分）流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150℃降至80℃；壳程冷却用软水, 进口温度为15℃,出口温度为65℃,与气体作逆流流动。两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热系数远小于冷却水侧的对流传热系数。试求：(1)冷却水用量；(2)如进口水温上升为20℃,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温将为多少度?冷却水用量为多少? 管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。气体的平均比热为 1.02kJ/(kg.K)，水的比热为4.17kJ/(kg.K),不计温度变化对比热的影响。
***答案***
（1）冷却水用量
Q＝2000×1.02（150－80)＝W2×4.17（65－15）＝14.3×105kJ/h
W2＝14.3×105/（4.17×（65－15））＝685kg/h
（2）由题知αi<<αo
∴原情况Q=K i.A i.△t m=αi.A i.△tm (1)
新情况Q'=K i'.A i'.△t m'=αi'.A i'.△t m' (2)
因气体的冷却任务没有变化Q=Q' 气体的流量及管子尺寸没有变化αi =αi' 两种情况都用同一设备A i=A i'
比较式1及式2 得: △t m=△t m'
原情况Δ1=150-65=85℃Δ2=80-15=65℃
△1/△2=85/65=1.3<2 Δt m＝(85+65)/2=75℃
新情况Δ1=150-t2' Δ2'=80-20=60℃
△t m'=[(15 0-t2')+60]/2=75℃
解得t2'=60℃△1'=150-60=90℃
△1'/△2'=90/60=1.5, 故△tm'用算术平均值计算是可以的.
新情况的热衡算: W'×4.17×(60-20)=2000×1.02×(150-80) W'=856kg/h
即将水量调至856kg/h ,水的出口t2' 既符合热衡算关系也符合传热速率关系.
6.（16分）用一传热面积为3m2由φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器,用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃ ,水走管内,油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h,其比热分别为 4.18kJ/(kg.K)和2.0kJ/(kg.K);水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/(m2.K)和250W/(m2.K),两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合用? (2)夏天当水的初温达到30℃,而油的流量及冷却程度不变时,该换热器是否合用?(假设传热系数不变)
***答案***
(1) Q1=1200×2×(200-100)=240000kJ/h; Q2=Q1,
t2=t1+Q1/(mρ2·Cp2)=10+240000/(1000×4.18)=67.4℃
△t m=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110℃
1/K1=1/α1+d1/(α2·d2)=1/250+25/(2000×20) ; K1=2 16.2 W/(m2.K)
A1=Q1/(K△tm) =240000×103/(216.2×3600×110) =2.8 m2<3m2故适用
(2) t1=30℃时; t2=30+240000/(1000×4.18)=87.4℃
△t m=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6℃;
A1=240000×103/(3600×89.6×216.2)=3.45m2>3 m2不适用.
7.（18分）某厂用一套管热交换器,每小时冷凝2000kg甲苯蒸汽,冷凝温度为110℃, 甲苯的汽化潜热为363kJ/kg, 其冷凝传热系数为14000W/(m2.K).冷却水于16℃及5000kg/h的流量进入套管内管(内径为50mm)作湍流流动，其对流传热系数为1740W/(m2.K)。水的比热可取为4.19kJ/(kg.K)：(1)试计算冷却水的出口温度及套管管长。(2)由于气候变热,冷却水进口温度升为25℃,试计算在水流量不改变的情况下,该冷凝器的生产能力的变化率。
***答案***
（1）由热量衡算得：
Q＝Gr＝W.Cp（t出－16）
∴t
＝Gr/（WCp）＋16) ＝2000/3600×363×103/5000/3600×4.19×103+16＝50.65℃出
取K＝1/[(1/1740)+(1/14000)]=1548W/(m2.K)
Q＝Gｒ＝2000/3600×363×103＝2.02×105W
Δt1＝110－16＝94℃, Δt2 ＝110－50.65＝59.35℃
Δtm＝（Δt1＋Δt2）/2＝（94＋59.35）/2＝76.8℃
又Q＝KAΔtm ＝Kπd0lΔtm
∴管长l＝Q/（Kπd0Δtm ）＝2.02×105 /（1548×3.14×0.05×76.8）＝10.82m （2）水温升高(忽略物性变化)
传热面积A＝πd0l＝3.14×0.05×10.8＝1.7m2
Q'=KA△tm' 其中Q'=5000/3600×4.19×103 (t2'-25)
△t m'=[(110-25)+(110-t2')]/2=97.5-0.5t2'
∴5000/3600×4.19×103 (t2'-25) =1548×1.7(97.5-0.5t2') , 解得t2'=56.4℃Q'=5000/3600×4.19×10 (56.4-25)=1.83×105w
(Q-Q')/q×100%==9.4%
8.（20分）现要将某液体从140℃冷却至40℃，液体处理量为7000kg/h（比热为2.3kJ/(kg.K)）用河水作冷却剂，河水进口温度为20℃，出口温度30℃，采用逆流操作。若传热系数K=700W/(m2.K)，忽略热损失，试求：(1)冷却水的耗用量，以m3/h表示（水的比热为4.18kJ/(kg.K)，密度1000kg/m3)(2)现仓库有一台单程列管式换热器，内有φ19×2mm的钢管60根，管长3m，试核算该换热器可否满足上述工艺要求？
***答案***
Q=m s1C p1(T1-T2)=7000×2.3×(140-40) =1.61×106kJ/h
Q= m s2C p2(t2-t1); m s2=Q/ C p2(t2-t1)=1.61×106/[4.18×(30-20)] =3.852×104kg/h
Vs=3.852×104/103=38.52m3/h; A o=πd o ln=π×19×10-3×3×60=10.74m2
△t m=(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)=(110-20)/ln(110/20) =52.7℃
A'=Q/(K×△t m)=1.61×106×103/(3600×700×52.7) =8.73m2
∵A > A'; ∴此换热器可满足上述工艺要求
9.（18分）某换热器由若干根长为3m，直径为φ25×2.5mm的钢管组成。要求将流量为1.25kg/s 的某液体从77℃冷却到20℃，用17℃的水在管内与某液体逆流流动。已知水侧和管外侧的对流传热系数α1和α2分别为0.85和1.70kW/(m2.K),污垢热阻可忽略，若维持冷水的出口温度不超过47℃（某液体的Cp为1.9kJ/(kg.K),管壁的导热系数λ=45W/(m.K)）试求：（1）传热外表面积Ao （2）所需的管子数n
***答案*** △t1=77-47=30℃; △t2=20-17=3℃
△t m=(△t1-△t2)/[ln(△t1 /△t2)]=(30-3)/ln(30/3)=11.72℃
Ko=1/[d o/(α1d i)＋(δd m)/(λd o)＋(1/α2)]
=1/（1/1700+0.0025×25/45×22.5+25/850×20）=471.6W/(m2K)
Q=m s1×Cp1(T1-T2) =1.25×1.9×103×(77-20)=1.354×105W
A=(1.354×105)/(471.6×11.72)=24.5m2
n=24.5/(πd o L)=24.5/(π×25×10-3×3) =104根
1. 外径为100 mm 的蒸汽管，外面包有一层50 mm 厚的绝缘材料A ，λA =0.05 W/(m.℃)，其外再包一层25 mm 厚的绝缘材料B ，λB =0.075 W/(m.℃)。若绝缘层A 的内表面及绝缘层B 的外表面温度各为170 ℃及38℃，试求：（1）每米管长的热损失量；（2）A 、B 两种材料的界面温度；（3）若将两种材料保持各自厚度，但对调一下位置，比较其保温效果。假设传热推动力保持不变。 解：以下标1表示绝缘层A 的内表面，2表示绝缘层A 与B 的交界面，3表示绝缘层B 的外表面。 （1）每米管长的热损失 2 31231ln 1 ln 1) (2r r r r t t l Q B A λλπ+-= ∴ m W r r r r t t l Q B A /3.495050255050ln 075.01505050ln 05.01)38170(2ln 1ln 1)(22 3 1231=+++++-=+-=πλλπ (2)A 、B 界面温度t2 因系定态热传导，故 3.4921===l Q l Q l Q ∴ 3.4950 5050ln 05.01) 170(22=+-t π 解得 t 2=61.3 （3）两种材料互换后每米管长的热损失 同理 1.5350 5025 5050ln 05.01505050ln 075.01) 38170(2' =+++++-=πl Q W/m 由上面的计算可看到，一般说，导热系数小的材料包扎在内层能够获得较好的保温效果。 1、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000，用 夹套加热，传热面积为 ，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的， 加热蒸气为0.1MPa 的饱和水蒸气，传热系数为 ℃，求将溶液由30℃加热至60℃ 所需要的时间？ 已知溶液比热为℃，热损失忽略不计。 解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量： 而夹套的传热效率： 其中，对于 的饱和水蒸气， ℃
一、填空题 1、按热量传递的途径不同，我们一般把传热分为 、 、 三种方式。 2、按冷热流体接触的方式不同，我们一般把传热分为 、 、 三种 方式。 3、常见的加热介质有 、 、 、 、 等。 4、按传热管的结构形式可分为 、 、 、 换热器等。 5、列管换热器是由 、 、 、 和封头等部分组成。 6、设置列管式换热器折流挡板的目的是 。 7、列管式换热器热补偿的方式有 、 、 。 8、在间壁式换热器中，总传热过程由下列步骤所组成：首先是热流体和管外壁间的_____ 传热，将热量传给管外壁面；然后，热量由管的外壁面以____________方式传给管的内壁面 最后，热量由管的内壁面和冷流体间进行_________________传热。 9、采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T 1/ 、加热蒸汽压力P 不变， 现冷体流量增加，则冷流体出口温度T 2/_______，传热速率Φ______，总传热系数K _______ , 传热平均温度差△T m ________。 10、某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A 和B ，温度分布线 如右上图（b ）中所示，则λA ______λB (填“﹥”或 “﹤”)，将______ 层材料放在里层时保温效果更好。 11、若间壁侧流体的传热过程α1，α2相差较大（α1<<α2），K 值接近_____________侧的 值。 12、金属固体的导热系数是随温度的升高而 ，非金属固体的导热系数是随温度的升 高而 。水和甘油的导热系数是随着温度的升高而 。 13、在导热速率方程式为δ λt S Q ?=，中λ称为： ，单位是 ； 14、两流体在列管换热器中并流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 ; 在逆流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 因此，在 流传热时， 载热体的用量少 。 15、传热的基本方式可分为 、 、 三种。间壁式换热器传热过程强 化的途径主要有 、 、
第四章 传热习题答案 4-1一炉壁由三层不同材料组成，第一层为耐火砖，导热系数为1.7 W/(m·℃)，允许最高温度为1450℃，第二层为绝热砖，导热系数为0.35 W/(m·℃)，允许最高温度为1100℃，第三层为铁板，导热系数为40.7W/(m·℃)，其厚度为6mm ，炉壁内表面温度为1350℃，外表面温度为220℃。在稳定状态下通过炉壁的热通量为4652 W/m 2，试问各层应该多厚时才能使壁的总厚度最小？ 解：当绝热材料达到最高允许温度时，总壁厚为最小 b t q ?=λ ，q t b ?=λ ()mm m b 1920.09136/4652110013501.7==-?= 0.006/40.7 0.35/220 11004652+-= 2b mm m b 2660.066== 因第二层绝热砖已达到最高温度，故第一层耐火砖的厚度不可再小，所以现在所得总厚为其最小厚度： mm b b b 32116466692min =++=++=δ 4-2一根直径为φ60mm×3mm 的铝铜合金钢管，导热系数为45 W/(m·℃)。用30mm 厚的软木包扎，其外又用30mm 厚的保温灰包扎作为绝热层。现测得钢管内壁面温度为-110℃，绝热层外表面温度10℃。求每米管每小时散失的冷量。如将两层绝热材料位置互换，假设互换后管内壁温度及最外保温层表面温度不变，则传热量为多少？已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/（m·℃)。 解： ()()m W 34.4m W 30 60/2303060/2ln 0.07160/23060/2ln 0.0431/2326060/2ln 451101103.142ln ln ln -=++++++?---??= ++-= 3 4 32321214 1r r 21 r r 21r r 21t t L Q πλπλπλ 两层互换位置后，热损失为 ()()m W 39m W 30 60/2303060/2ln 0.043160/23060/2ln 0.071/2326060/2ln 451101103.142ln 2ln 2ln 2-=++++++?---??= ++-= 3 4 32321214 1r r 1 r r 1r r 1t t L Q πλπλπλ
化工原理习题及答案 第五章传热 姓名____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 2.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, λ=0.25w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1000w 3.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃, 而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数λ=0.35w.m.K,则其厚度不低于_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 91mm 4.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s,此时传热系数α=_____________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=3.81(kw.m.K) 5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为_____________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为1.2m.s,此时传热系数α=________________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=5.26(kw.m.K) 6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。 ***答案*** q=αA△t w.m.K 7.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 27.9K 8.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 41.6K 9.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________. ***答案*** 热传导热对流热辐射 10.（6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α.αλ的关系为_________.当间壁管规格为φ108×4mm,导热系数为45(w. m.K)时,管内外两侧给热系数分别为8000 (w.m.K)和1200(w.m.K)时,总传热系数K__________. ***答案*** 1/K=1/α+bd/λd+1d/αd 946(w.m.K) 11.（4分）某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度为80℃和50℃,冷流体的
传热部分习题答案 1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度T f ,壁管温度f w T T <。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐 射 1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝95W/2 ，壁面厚δ＝2.5mm ， )./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/2。设传热壁可以看成平壁，试计算各 个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手 解： ;010526.0111== h R ;10376.55.460025.052-?===λδR ; 10724.1580011423-?===h R 则 λδ+ += 21111 h h K ＝)./(2K m W ，应强化气体侧表面传热。 1-22 在上题中，如果气侧结了一层厚为2mm 的灰，)./(116.0K m W =λ;水侧结了一层 厚为1mm 的水垢)./(15.1K m W =λ。其他条件不变。试问此时的总传热系数为多少 解：由题意得 5800115.1001.05.460025.0116.0002.09511 111 2 3322111++++= ++++= h h K λδλδλδ ＝)./(2 K m W 1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm cm 30?，厚为4mm 。冬天，室内及室外温度分别为20℃ 及-20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W ，外表面强制对流换热表面系数为50)./(K m W 。玻璃的导热系数)./(78.0K m W =λ。试确定通过玻璃的热损失。 解： λδA Ah A h T + +?= Φ2111 ＝ -2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45)./(K m W ,0. 07)./(K m W 及)./(K m W 。冷藏室的有效换热面积为2 m ，室内外气温分别为-2℃及30℃，室内外壁面的表面传热系数 可分别按)./(2K m W 及 )./(2 K m W 计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小时需带走的热量。 解：由题意得 3 3 2211212 111λδλδλδ++++-? =Φh h t t A ＝
第四章 传热 3 直径为φ60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为-110℃，绝热层外表面温度为10℃。软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/(m. ℃)，试求每米管长的冷损失量。 解： m W r r r r t L Q /25207.0)60/160ln(2043.0)30/60ln(101102)/ln(2)/ln(22311 2-=??+??--=+ ?=πππ λπλ 4 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将两层材料互换位置，而假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？ 解：内层管内径r 1,外径r 2,外层管外径r 3 2( 22 1r r +)=(2 23r r +) , 2312r r r r -=- 23125,3r r r r ==? 122λλ= πλπλπλπλ4)3/5ln(2)3ln(2)/ln(2)/ln(1122311 2+?=+ ?=t r r r r t L Q πλπλπ λπλ2) 3/5ln(4)3ln(2)/ln(2)/ln('11123212+?=+?=t r r r r t L Q 25.1) 3/5ln(3ln 2) 3/5ln(23ln '=++=? Q Q 所以导热系数小的应该包扎在内层。
7 在并流换热器中，水的进出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度和物性均不变，若原换热器的管长为1m 。试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。 解： ' '''''''m m m m m m t t Q Q S S t S t S t KS t KS Q Q ???=???=??= （1） 其中：4.1100 15080150)()('' 21' 2'1=--=--=T T C W T T C W Q Q ph h ph h （2） 又由： C t t t t t T T T T t t C W T T C W t t C W T T C W pc c ph h pc c ph h ?=?--=--??? ?-=--=-50''')'()'()()(21 21 2212112211221 C t m ?=-= ?∴5.9260/135ln 60135C t m ?=-=?8.6930 /135ln 30 135' （3） 将（2）（3）代入（1）即得。 8．重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。 解：采用传热单元数法求解。 并流时，根据76 29 16724312815721121 = --=--= = T T t t C W C W R pc c ph h （1） 可知热流体为最小值流体，以后以热流体为基准计-算。 并流 C t m ?=?43
第四章 填空题: 1、传热的基本方式有 、 和 三种。 2、导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。 3、各种物体的导热系数大小顺序为 。 4、在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。 5、在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有 、 、 和 四种。 6、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n 公式中，n 是为校正 的影响。当流体被加热时，n 取 ，被冷却时n 取 。 7、某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是 。 8、当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K 公式可简化为：1 0111αα+=K 此时若10αα<<，则有 。 9、努塞尔特准数Nu 表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr 表示 的准数，其表达式为 。 10、蒸汽冷凝有 和 两种方式。 11、总传热系数的倒数 K 1 代表 ，提高K 值的关键
是 。 12、在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气加热原油，则原油宜走 程，而总传热系数K 接近于 的对流传热系数 13、在管壳式换热器中，当两流体的温差超过 时就应该采取热补偿措施。其基本形式有 、 和 。 14、写出四种间壁式换热器的名称 、 、 及 。 选择题： 1、两流体可作严格逆流的换热器是( ) A 板翅式换热器 B U 型管式列管换热器 C 浮头式列管换热器 D 套管式换热器 2、管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如 0αα>>i ),为有效提高K 值，关键在于（ ） A 提高i α B 提高0α C 减小垢层热阻 D 提高管内流体流量 3、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ?和2t ?，若1t ?>2t ?，则1λ和2λ的关系为（ ） A 1λ<2λ B 1λ>2λ C 1λ=2λ D 无法确定 4、空气、水、铁的导热系数分别是λ1、λ2和λ3，其大小顺序是（ ） A λ1>λ2>λ3 B λ1<λ2<λ3 C λ2>λ3>λ1 D λ2<λ3<λ1 5、对流体热速率=系数×推动力，其中推动力是（ ）
《传热技术》复习题(一)参考答案 一、填空题 1、写出三种间壁式换热器的名称：套管式换热器 管壳式换热器和板式换热器。 、 2、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于传热管表面 8、列管换热器中，用饱和水蒸汽加热空气。空气走管内，蒸汽走管间，则管壁温度接近水蒸汽的温度，总传热系数接近空气的对流传热系数。 9、列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是强化传热和支撑管束。 10、如图所示为间壁式换热器中冷流体B与热流体A 的稳态传热过程的温度分布曲线，该传热过程是由对
流传热、热传导和对流传热三个串联的热传递环节组成，由图分析可知:α1<α2，因此若强化该传热过程，应从A 侧着手。 11、强化传热的方法之一是提高K 值.而要提高K 值,则应提高对流传热系数较 小一侧的对流传热系数。 12、有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ>第二种为λ 2、提高传热强度的主要途径是增大（C ）。 A.传热温度差； B.加热蒸汽压力； C.传热系数； D.传热面积； 3、计算下列四种“数”时，其数值大小与单位制选择有关的是（D ）。 A ．普兰德准数 B ．传热单元数
C．离心分离因数ＫD．过滤常数Ｋ 4、黑度表明物体的辐射能力接近黑体的程度，其值大小与物体的（D）无关。 A．种类；B．表面状况；C．表面温度；D．.颜色 5、在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K值接近于（B）。 A.α 蒸汽B.α 空气 6 7 8 A.内层 B.外层 C.内外层均可内外层均不可 12、用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（A） A.蒸汽的温度； B.空气的出口温度； C.空气进口温度 D.空气进、出口平均温度
第四章 传热 习题 解答 一、选择题： 1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ） A 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值； B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异； C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D 、要提高K 值，应从降低最大热阻着手 答案：C 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。 Ａ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体； Ｄ、腐蚀性流体； Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体； 答案：Ａ、Ｃ、Ｄ； Ｂ、Ｅ、Ｆ 冷热流体流动通道的选择 a 、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U 形管式的不宜走管程； b 、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀； c 、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力； d 、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出； e 、被冷却的流体宜走壳程，便于散热； f 、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力； g 、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程100 Re 即可达到湍流。但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。 以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。 3、影响对流传热系数的因素有( )。 A 、产生对流的原因； B 、流体的流动状况； C 、流体的物性； D 、流体有无相变； E 、壁面的几何因素 答案:A 、B 、C 、D 、E 4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。 A 、②>④>③>①；B 、③>④>②>①；C 、③>②>①>④；D 、②>③>④>①； 冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水 水 ④ 水 轻油 答案：D 5、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法：①加热器应置于该空间的上部； ②冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（ ）。 A 、这两种说法都对； C 、第一种说法对，第二种说法错； B 、这两种说法都不对； D 、第二种说法对，第一种说法错； 答案：B 6、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（ ）。 A 、③>④>①>②； B 、④>③>②>①； C 、③>④>②>①； D 、③>②>④>①； ①空气流速为30m/S 时的a ； ②水的流速为1.5m/s 时的a ； ③蒸汽滴状冷凝时的a ； ④水沸腾时的a ； 答案：C
传热复习题 1、多层平壁定态导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差__最小__。 2、一定质量的流体在Ф25mm×2.5mm的直管内作强制的湍流流动，其对流传热系数 αi=1000W/(m2·℃)，如果流量和物性不变，改在Ф19mm×2mm的直管内流动，其αi=__1678__W/(m2·℃) 3、在蒸汽—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上最有效的是__A__。 A.提高空气流速 B.提高蒸汽流速 C.采用过热蒸汽以提高蒸汽流速 D.在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液 4、在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气，则 （1）传热管的壁温接近___饱和蒸汽__温度 （2）换热器总传热系数将接近_____空气____对流传热系数 5、在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是____A____ A. 不凝气体的存在会使α大大降低 B. 不凝气体的存在会使α升高 C. 不凝气体的存在对α无影响 6、大容器内饱和液体沸腾分为____自然对流____、____泡核沸腾_____和____膜状沸腾_____ 阶段。工业上总是设法在_____泡核沸腾_____下操作。 7、斯蒂芬—波尔兹曼定律的数学表达式是 4 0100?? ? ? ? = T C E b ，该式表明__黑体的辐射能力与 热力学温度的四次方成正比___ 8、物体黑度是指在___相同__温度下，灰体的__辐射能力__和__黑体辐射能力__之比，在数值上它与同一温度下物体的__吸收率__相等。 计算题 9、质量流量为7200kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到80℃，选用108℃的饱和水蒸气作加热介质。若水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/(m2·℃)，且已知空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ/(kg·℃)，导热系数为2.85×10-2W/(m·℃)，粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7。 现有一单程列管式换热器，装有Ф25mm×2.5mm钢管200根，管长为2m，核算此换热器能否完成上述传热任务？ 计算中可忽略管壁及两侧污垢的热阻，不计热损失 解：空气需要吸收的热量是已知的，蒸汽冷凝放出热量能否通过该换热器的传递为空气所获得，就与列管换热器的传热速率密切相关。核算现有的列管换热器是否合用，就是用工艺本身的要求与现有换热器相比较，最直接的方法就是比较两者的Q或S0 （1）核算空气所需的热负荷应小于换热器的传热速率，即Q需要＜Q换热器 （2）核算空气所需的传热面积应小于换热器提供的传热面积，即S0需要＜S0换热器 解题时，首先应确定列管换热器中流体的流径，因蒸汽安排在壳程易排出冷凝水，故蒸汽走
【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm 厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ℃,混凝土外壁面温度为29.4 ℃。松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151,0.043 3,0.762 W/(m ·K )，要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。 解：三层平壁的导热。 1）所需软木的厚度2b 由 ∑=-=3141i i i b T T q λ 得 151 .0019.00433.0762.0051.08.174.29152+++=b 解得： m b 128.02= 2）松木和软木接触面处的温度3T 由 151 .0019 .08.17153+==T q 解得：9.153-=T ℃ 解题要点：多层平壁热传导的应用。 【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=0.103+0.000 198 T(式中T 为℃),蒸汽管外壁温度为180 ℃,要求保温层外壁温度不超过50 ℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4 kg/(m ·s)以下,问保温层厚度应为多少?(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。 解：保温层平均热导率为： )./(126.02 501801098.1103.04K m W =+??+=-λ 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。 由 )()(21 221r r Ln T T L Q -=λπ 得： )()(21 221r r Ln T T L Q -=πλ （1）
传热学（1）试题 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．肋片效率值（） A．小于负1 B．小于1 C．等于1 D．大于1 2．非稳态导热过程中两侧壁温差________稳态导热。（） A．远小于B．远大于 C．等于D．无法确定 3．对流换热系数为5000W／（m2·K）、温度为20℃的水流经50℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A．1.5×105W/m2 B．1.5×104W/m2 C．2×105W/m2 D．3×103W/m2 4．Re准则数的表达式为（） A． L/λB．uL/v c C．v/a D．gβΔtL3/v2 5．蒸汽中若含有不凝结气体，将_________凝结换热效果。（） A．大大减弱B．大大增强 C．不影响D．可能减弱也可能增强 6．空间辐射热阻与_________无关。（） A．表面粗糙度B．表面尺寸 C．表面间的相对位置D．表面形状 7．灰体的吸收率与_________无关。（） A．波长B．温度 C．表面粗糙度D．波长和温度 8．暖气片外壁与周围空气之间的换热过程为（） A．纯对流换热B．纯辐射换热 C．传热过程D．复合换热 9．五种具有实际意义的换热过程为：导热、辐射换热、复合换热、传热过程和（）A．热对流B．热辐射 C．无法确定D．对流换热 10．高温过热器常采用_________布置方式。（）
A．顺流B．顺流和逆流混合 C．逆流D．顺流和交叉流混合 二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 11．铝钣盒内倒上开水，其外壁很快就很烫手，主要是因为铝的___________________值很大的缘故。 12．各类物质材料的导热系数差别很大。一般来说，合金的导热系数__________________相关的纯金属的导热系数。 13．通过炉墙的的热传递过程属于___________________。 14．沸腾换热时，管子应尽可能_______垂直____________布置，以免出现汽水分层。15．出现紊流边界层后，对流换热的热阻主要发生在___________________。 16．凝汽器通常都采用____水平叉排_______________的布置方案。 17．___________________准则是判别流体在强制对流时层流和紊流的依据。 18．任何物体只要其温度高于___________________，就会不停地向外进行热辐射。19．对可见光来说，同一物体的Xλ与λ有很大关系，太阳辐射中有1／3以上是可见光，所以物体对太阳能的吸收________不能__当作灰体。 20．温度对辐射换热的影响___________________对对流换热的影响。 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对于过热器中：高温烟气→外壁→内壁→过热蒸汽的传热过程次序为（） A.复合换热、导热、对流换热 B.导热、对流换热、复合换热 C.对流换热、复合换热、导热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m2·K）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A.8×104W/m2 B.6×104W/m2 C.7×104W/m2 D.5×104W/m2 4．流体流过管内进行对流换热时，当l/d（）时，要进行入口效应的修正。 A.>50 B.=80
、填空题 1按热量传递的途径不同，我们一般把传热分为_____________ 、_________ 、_______ 三种方式。 2、按冷热流体接触的方式不同，我们一般把传热分为___________ 、________ 、_________ 三种方式。 3、常见的加热介质有_________ 、 ________ 、_______ 、__________ 、_________ 等。 4、按传热管的结构形式可分为___________ 、_________ 、__________ 、_________ 换热器等。 5、列管换热器是由________ 、__________ 、_________ 、__________ 和封头等部分组成。 6、设置列管式换热器折流挡板的目的是__________________________________ 。 7、列管式换热器热补偿的方式有_________ 、_______________、_______________ 。 8、在间壁式换热器中，总传热过程由下列步骤所组成：首先是热流体和管外壁间的 ____ 传热，将热量传给管外壁面；然后，热量由管的外壁面以_______________ 方式传给管的内壁面 最后，热量由管的内壁面和冷流体间进行_____________________传热。 9、采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T i/、加热蒸汽压力P不变， 现冷体流量增加，则冷流体出口温度T2_________ ，传热速率①______ ，总传热系数K ________ , 传热平均温度差厶T m ________________ 。 10、某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B,温度分布线 如右上图（b）中所示，则入A ___________ 入B（填“〉”或“<”），将______ 层材料放在里层时保温效果更好。 11、若间壁侧流体的传热过程 a i, a 2相差较大（a i<< a 2） , K值接近_______________ 侧的值。 12、金属固体的导热系数是随温度的升高而__________ ,非金属固体的导热系数是随温度的升 高而________ 。水和甘油的导热系数是随着温度的升高而_____________ 。 13、_____________________________________________________________________________ 在导热速率方程式为Q=良$ _乞，中入称为：______________________________________________ ，单位 14、两流体在列管换热器中并流传热时，冷流体的最高极限出口温度为； 在逆流传热时，冷流体的最高极限出口温度为_________________ 因此，在_______ 流传热时，载热体的用量少。
《传热学》复习题 一、判断题 1．稳态导热没有初始条件。（） 2．面积为A的平壁导热热阻是面积为1的平壁导热热阻的A倍。（） 3．复合平壁各种不同材料的导热系数相差不是很大时可以当做一维导热问题来处理（） 4．肋片应该加在换热系数较小的那一端。（） 5．当管道外径大于临界绝缘直径时，覆盖保温层才起到减少热损失的作用。（） 6．所谓集总参数法就是忽略物体的内部热阻的近视处理方法。（） 7．影响温度波衰减的主要因素有物体的热扩散系数，波动周期和深度。（） 8．普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。（） 9. 傅里叶定律既适用于稳态导热过程，也适用于非稳态导热过程。（） 10.相同的流动和换热壁面条件下，导热系数较大的流体，对流换热系数就较小。（） 11、导热微分方程是导热普遍规律的数学描写，它对任意形状物体内部和边界都适用。( ) 12、给出了边界面上的绝热条件相当于给出了第二类边界条件。 ( ) 13、温度不高于350℃，导热系数不小于0.12w/(m.k)的材料称为保温材料。 ( ) 14、在相同的进出口温度下，逆流比顺流的传热平均温差大。 ( ) 15、接触面的粗糙度是影响接触热阻的主要因素。 ( ) 16、非稳态导热温度对时间导数的向前差分叫做隐式格式，是无条件稳定的。 ( ) 17、边界层理论中，主流区沿着垂直于流体流动的方向的速度梯度零。 ( ) 18、无限大平壁冷却时，若Bi→∞，则可以采用集总参数法。 ( ) 19、加速凝结液的排出有利于增强凝结换热。 ( ) 20、普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。( ) 二、填空题 1．流体横向冲刷n排外径为d的管束时，定性尺寸是。 2．热扩散率（导温系数）是材料指标，大小等于。 3．一个半径为R的半球形空腔，空腔表面对外界的辐射角系数为。 4．某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，表面叫做表面。 5．物体表面的发射率是ε，面积是A，则表面的辐射表面热阻是。 6．影响膜状冷凝换热的热阻主要是。
《传热技术》复习题(一)参考答案 一、 填空题 1、写出三种间壁式换热器的名称： 套管式换热器 、 管壳式换热器 和 板式换热器 。 2、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于 传热管表 面有污垢积存 的缘故。 3、用套管换热器加热内管的空气，蒸气在管间冷凝。现欲通过实验方法测定蒸 气和空气的给热系数，需要的主要仪器有 温度计 、流量计 。 4、用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于 空气 侧的对流传热系数， 而壁温接近于 饱和蒸汽 侧流体的温度值。 5、蒸气冷凝分 滴 状冷凝和 膜 状冷凝。 6、冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T 1＝400℃，出口温度T 2 为200℃，冷气体进口温度ｔ1＝50℃，两股气体的质量流量相同，物性数据可视为相同，若不计热损失时，冷气体出口温度为 250 ℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为 240 ℃ 7、应用准数关联式求取对流传热系数时，应注意：（1） 应用范围 ；（2） 特 征尺寸 ；（3）定性温度 。 8、列管换热器中，用饱和水蒸汽加热空气。空气走管内，蒸汽走管间，则管壁温度接近 水蒸汽 的温度，总传热系数接近 空气 的对流传热系数。 9、列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是 强化传热 和 支撑管束 。 10、如图所示为间壁式换热器中冷流体B 与热流体A 的稳态传热 过程的温度分布曲线，该传热过程是由 对流传热 、 热传导 和 对流传热 三个串联的热传递环节组成，由图分析可知:α1 < α2， 因此若强化该传热过程，应从 A 侧着手。 11、强化传热的方法之一是提高K 值. 而要提高K 值,则应提高对流传热系数 较 小 一侧的对流传热系数。 12、有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ >第二种为 λ 作为换热器材料，应选用 第一 种；当作为保温材料时，应选用 第二 种。 13、某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为150℃，
- -. 郑州大学 传热学 习题集 苏小江 2014/6/1 内容：书中例题和课后习题 - - 总结
绪论 [例0-1] 某住宅砖墙壁厚为2401=δmm ，其导热系数为6.01=λW/(m 2 ·K)，墙壁内、外两侧的表面传热系数分别为：)/(5.72 1K m W h ?= ，)/(1022K m W h ?=，冬季内外两侧空气的温度分别为：C t f 201=，C t f 52-=，试计算墙壁的各项热阻，传热系数以及热流密度。 [例0-2] 一冷库外墙的内壁面温度为C t w 12-=，库内冷冻物及空气温度均为C t f 18-=。已知壁的表面传热系数为)/(52K m W h ?=，壁与物体间的系统辐射系数 )/(1.54221K m W C ?=、， 试计算该壁表面每平方米的冷量损失？并对比对流换热与热辐射冷损失的大小？
13、求房屋外墙的散热热流密度q以及它的内外表面温度和。已知：δ=360mm， 室外温度= -10℃，室内温度=18℃，墙的λ=0.61W/(m.K),内壁表面传热系数h1=87W/(m2.K)，外壁h2=124W/(m2.K)。已知该墙高2.8m，宽3m，求它的散热量Φ？ 15、空气在一根内径50mm,长2.5m的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为85℃，管壁对空气的h=73W/m.℃，热流通量q=5110W/2m。，试确定管壁温度及热流量。
C 3.96，求每平方 16、已知两平行平壁，壁温分别为=50℃，=20℃，辐射系数 1.2 m。若增加到200℃，辐射换热量变化了多少? 米的辐射换热量W/2
绪论 1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？ 答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到： a 、地面向冰雹导热所得热量； b 、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量； c 、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。 2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？ 答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。 3.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。 答：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体；暖气片外壁辐射墙壁辐射人体 电热暖气片：电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体 红外电热器：红外电热元件辐射人体；红外电热元件辐射墙壁辐射人体 电热暖机：电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体 冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射人体
太阳照射：阳光辐射人体 4．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？ 答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热 冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热 凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热 沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热 升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热 冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热 融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热 5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？ 答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。挂上窗帘布后，辐射减弱，所以感觉暖和。 6.“热对流”和“对流换热”是否同一现象？试以实例说明。对流换热是否为基本传热方式？ 答：热对流和对流换热不是同一现象。流体与固体壁直接接触时的换热过程为对流换热，两种温度不同的流体相混合的换热过程为热对
1. 流动边界层 固体壁面附近流体，由于粘性导致速度急剧变化的薄层称为流动边界层（速度边界层） 2. 定性温度 用以确定特征数中流体物性的温度称为定性温度。 3. 灰体 光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。 4. 辐射力 指单位时间、单位面积的辐射表面向半球空间所有方向所发射的全部波长的总能量。 1. 经过白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显，试解释原因。（6分） 答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。 2. 写出傅立叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。（6分） 答：λλ?=-=-?t t n grad q n 其中q 是热流密度矢量；是到导热系数，表示物质导热本领的大小；gradt 是 空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向，负号表示热量沿温度降低的方向传递。 3. 写出努塞尔数Nu 与毕渥数Bi 表达式并比较异同。（6分） 答：从形式上看，Nu 数（λ=hl Nu ）与Bi 数（λ =hl Bi ）完全相同，但二者的物 理意义却不同。Nu 数中为流体的导热系数，而一般h 未知，因而Nu 数一般是待定准则。Nu 数的物理意义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，它表示流体对流换热的强弱。而Bi 数中的为导热物体的导热系数，且一般情况下h 已知，Bi 数一般是已定准则。Bi 数的物理意义是导热题内部导热热阻（l /）与外部对流热阻（1/h ）的相对大小。 4. 厚度等于的常物性无限大平板，初始温度均匀为t 0，过程开始后，左侧有一定热流密度q w 的热源加热，右侧与低温流体t f 相接触（t 0>t f ），表面传热系数h 等于常数，所有物性参数已知，写出该导热问题的数学描述。（6分） 答：这是一个沿平板厚度方向的一维非稳态导热问题，其微分方程、边界及初始条件为 微分方程：22ρλτ??=??t t c x 初始条件：()00, ,0τ==t x t 边界条件：0 0, x w x q t x λ =?==- ?