“化工原理”第五章传热复习题及参考答案
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。
二、选择题
1.（2）穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层
的热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小( )。
A. R1>(R2+R3)
B. R1<(R2+R3)
C. R1=(R2+R3)
D. 无法比较
***答案*** C
2.（2分）在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为t1、t2，蛇管外有
热流体稳定流过,借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T(T为热流体出口温度) ，如冷却蛇管长度增大一倍,其它条件不变,问出口水温t2应( )。
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 不一定
***答案*** A；∵m s2C p2(t2-t1）=KA△t m
m s2C p2(t2-t1）=KπdL{[（T-t1）-（T-t2）]/[ln(T-t1）/（T-t2）]} 上式可简化为m s2C p2/Kπd =L/[ln[ln(T-t1）/（T-t2）；此等式左边为定值，则右边也应为定值，当L增大一倍，ln（T-t1）/（T-t2）也增大一倍，而T，t 均恒定，故t 必增大
3.（6分）套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时:
（1）传热系数K应:A增大 B 减小 C 基本不变( )
（2）空气出口温度: A增大 B 减小C 基本不变( )
（3）壁温A增大B 略有减小C 基本不变( )
***答案*** （1）A（2）A（3） B
4.（2分）在平壁导热过程中q＝λA（t1-t2）／δ，传热推动力是（）。
A. λ;
B. （t1-t2）;
C. δ ***答案*** B
5.（2分）有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 ℃）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20℃加热到80℃，该换热器的平均传热温度差Δt m为（）。
A. -60/ln2.5;
B. 60/ln2.5;
C. 120/ln5 ***答案*** B
6.（2分）将1500 kg/h，80℃的硝基苯通过换热器冷却到40℃，冷却水初温为30℃，出口温度不超过35℃，硝基苯比热为1.38kJ/(kg.K)，则换热器的热负荷为（）。
A. 19800kJ/h ;
B. 82800kJ/h ;
C. 82800 kW; ***答案*** B
7.（2分）在比较多的情况下，尤其是液－液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是（）。
A. 热流体的热阻;
B. 冷流体的热阻;
C. 冷热两种流体的热阻;
D. 金属壁的热阻。***答案*** D
8.（2分）湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（）。
A. 流体内;
B. 器壁内;
C. 湍流体滞流内层中;
D. 流体湍流区域内。
***答案*** C
9．（2分）对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝116W/(m2.K),α2＝11600 W/(m2.K)，要提高传热系数（K），最简单有效的途径是（）。
A. 设法增大α1;
B. 设法增大α2;
C. 同时增大α1和α2。**答案*** A
10.（2分）流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（）方式进行的。
A. 热传导
B. 对流传热
C. 热辐射。***答案*** A
11.（4分）物质的导热系数，一般来说：金属的λ（），非金属的λ（），液体的λ（），气体的λ（）。
A. 最小
B. 最大
C. 较小
D. 较大
***答案*** B； D ；C；A。
12.（2分）用-10℃的冷冻盐水冷却某溶液，使用列管式换热器应将冷冻盐水安排走（）。
A. 壳程
B. 管程
C. 壳、管程均可。***答案*** B
13.（2分）蒸汽中不凝性气体的存在，会使它的对流传热系数α值（）。
A. 降低
B. 升高
C. 不变。***答案*** A
14.（3分）在下面几种换热器中，传热系数较大的是（）；能适用于高温高压场合的是（）；单位传热面积的金属耗较大的是（）。
A. 套管式；
B. 列管式；
C. 板式。***答案*** C；B；A。
15.（2分）蒸汽冷凝时，膜状冷凝的α( )滴状冷凝的α。
A. 等于；
B. 大于；
C. 小于。***答案*** B。
三、判断题
1.（2分）凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。( )***答案*** ×
2.（2分）强化传热过程最有效的途径是增大传热面积，提高传热温度差。（）*答案* ×
3.（2分）导热系数和给热系数都是物质的属性之一。（）***答案*** ×
4.（2分）当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推动力与总阻力之比为定值，即导热速率不变。（）***答案*** ×
5.（2分）在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作，所需传热面积要小。（）答案：√
6.（2分）无相变的折，错流换热器，其平均温度差△t 都比逆流时为小。（）*答案* √
7.（2分）换热器的导热管，应选用导热系数值大的材料。（）*答案* √
8.（2分）计算对流传热速率Q=αA△t时，若为圆管，则式中的传热面积应取管内、外表面积的平均值（）***答案*** ×
9.（2分）在列管换热器管间装设了两块横向折流档板，则该换热器变成为双壳程的换热器
（）***答案*** ×
10.（2分）列管换热器采用多管程的目的是提高管内流体的对流传热系数α（）
***答案*** √
四、问答题
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
10.（22分）某化工厂用一热交换器，每小时冷凝3.4T/h工业酒精。已知酒精温度80℃，汽化潜热为1072kJ/kg,酒精蒸汽在管外冷凝，测得其α1=2268W/(m2.K),冷却水在管内流动，水流速度为0.4 m/s,进口水温度为20℃，流量为34500kg/h, 钢管规格：φ30×2.5mm,长2m，钢管导热系数46.5W/(m.K),设过程无热损失，并忽略垢层热阻，试求：（1）传热速率（2）冷却水出口温度（3）换热器传热面积（4）欲使传热速率Q提高，有人认为只要提高α1即可，你的看法如何？（水的ρ=1000kg/m3,Cp=4.18kJ/(kg.K),μ=1cp,λ=0.65W/(m2.K))
***答案***
（1）Q=3.4×103×1072×103/3600=1.012×106W
（2 ）1.012×106=34500×4.18×103(t2-20)/3600; t2=45.26℃
（3）Re=du p/μ=(25×10-3×0.4×103)/(1×103)=104
p r=Cp.μ/λ=(4.18×103×1×10-3)/0.65=6.431
L/d=2/(30×10-3)=66.67＞60
αi=0.023(λ/d i)Re0.8Pr0.4 =0.023×(0.65/0.025)×(104)0.8×(6.431)0.4 =1996W/(m2.K)
△t1=80-20=60℃;△t2=80-45.26=34.74℃;△t m=(60＋34.74)/2=47.37℃
Ko =1/[(d o/αi d i)＋(d oδ)/(d mλ)＋1/αo]
=1/[30/(25×1996)＋(30×2.5×10-3)/(27.5×46.5)＋1/2268] =908.4W/(m2.K)
A=Q/(K△t m)=(1.012×106)/(908.4×47.37) =25.6m2
（4）要提高Q，不能单纯提高α1，因为α1与α2数值相近，必须同时提高α1与α2，才能使K 增大，从而使Q能显著提高。
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
化工原理传热部分模拟试题及答案 一填空 (1) 在传热实验中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，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是傅立叶定厂。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻小 (大、小)一侧的：?值。间壁换热器管壁温度t w接近于:値大(大、小)一侧的流体温度。由 多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大(大、小)，其两侧的温差愈大(大、小)。 (3) 由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小_，其两侧的温差愈小。 (4) 在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内(或热边界层内) ________ ，减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构；翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积，增强流体的湍动程 度以提高传热系数。 ⑹厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b i>b2>b3，导热系数 在稳定传热过程中，各层的热阻R > R 2 > R 3,各层导热速率Q = Q 2 = Q 3。 (7) 物体辐射能力的大小与黑度成正比，还与温度的四次方成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。实际操作应控制在泡核沸腾。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增 加而增加。 (10) 传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。热传导的基本定律是一傅立叶定律- a 其表达式为___dQ= - ds 一 ___。 cn (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48倍。(设条件改变后仍在湍流范围) (12) 导热系数的单位为W/ ( m「C) _____ ，对流传热系数的单位为W/ ( m「C) ，总传热系数的单位为w/ ( m?C)___________ 。 二、选择 1已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度—D—耐火砖 的黑度。 A 大于 B 等于C不能确定 D 小于 2某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气(空气在管内作湍流流动)，使空气温 度由20C升至80C，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则 此时的传热温差应为原来的A倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一25 x 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数:i=1000W/m i - C；如流量与物性都不变，改用一19x 2mm的直管，则其：?将变为 D 。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4对流传热系数关联式中普兰特准数是表示_C ____ 的准数。
传热学基础试题 一、选择题1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过 程次序为A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C. 导热、对流换热、复合换热 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。大于 D.可能大于、小于 C. 小于 A.等于 B.2℃的壁面，2777）、温度为3．对流换热系数为1000W/（m℃ 的水流经·K）其对流换热的热流密度为（ 24 42×1010W/mW/m ×2424 W/m W/m ××1010),r
第四章《传热》练习题 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、揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（）。 A、斯蒂芬-波尔兹曼定律；C、折射定律； B、克希霍夫定律；D、普郎克定律； 答案：B 3、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 4、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 5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是( )。 A、不可行的； B、可行的； C、可能行，也可能不行； D、视具体情况而定； 答案：A 解：原因是：流量不变 2 d u=常数 当管径增大时，a. 2 / u l d ∝ ， 0.80.2 1.8 /1/ u d d α∝=
b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据 ()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 121ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则 12ln T t T t -↓-∴2t ↓ ? 本题在于灵活应用管强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。 根据连续性方程，流量不变时，24V d u π ==常数，所以管径变化，管流速也发生变化。管间用饱和水蒸气加热，热阻小， 可以忽略不计，总热阻近似等于管传热热阻，即K α≈ 6、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 7、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
传热习题及答案 一、选择题： 1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）C 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； 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、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、Ｆ 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； 3、影响对流传热系数的因素有( )。A 、B 、C 、D 、E 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； 4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热 至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措 施是：A A 、不可行的； B 、可行的； C 、可能行，也可能不行； D 、视具 体情况而定； 解：原因是：流量不变 2d u =常数 当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u d d α∝= b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴ 21 12ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 12 1 ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓
传热学试题 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1．热量传递的三种基本方式为、、。 （热传导、热对流、热辐射） 2．热流量是指，单位是。热流密度是指，单位是。 （单位时间所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2） 3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。 （传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量，W／(m2·K)） 5．导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。 （W／(m·K)，W／(m2·K)，W／(m2·K)）
传热 概念： 1、传热的三种基本方式 2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热 计算公式 （1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8） （2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。（3）实验测K (例4－9) （4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10） 二实验题（10） 1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？ 2.蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？ 3.为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的 和S？为什么？ 换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？ 4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。（1分） 当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用逆流操作。（1分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。（1分）采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。（1分） 2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。（3分） 一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。 （3分）5．灰体的定义及特点 6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、 仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？ 三计算题（60分） 3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为 1.5kg/s，由80o C 被冷却至30o C。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温
三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452×
《传热学》试题库 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 四、简答题 1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。 （提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式） 2．请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止? （提示：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况）3. 试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么? （提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)） 4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? （提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。） 5．结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。 （提示：学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等） 6．在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。 （提示：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题 1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ， λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3 δ＝12cm ，q ＝ 1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1 δ＝？2 δ＝？ 解： ∵δλT q ?= ∴1 δ＝m q T T 22.01200 900 11003.12 1 1 =-? =- λ 又∵3 3 224 23 4 33 2 3 22 λδλδδλδλ+-= -=-=T T T T T T q ∴W K m q T T /579.093 .012 .0120050900233422 2?=--=--= λδλ δ 得：∴m 10.018.0579.0579.022 =?==λδ
习 题1附图 习题2附图 2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δ λ δλ3 13 2 3 T T T T q -=-= ∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3） T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C
传热 一、填空 1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（），这是因为（）。 2、某物体（可近似为灰体），在20℃时，其黒度为ε=0.8，则其辐射能力的大小为 （），其吸收率为（）。 3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（），原因是（）。 4、膜系数α越（），液体核状沸腾时，△t越大，α越（）。 5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变），若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（），蒸汽侧的对流传热系数（）。 6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请列举二个可以导致上述现象的原因：①（）②（） 7、常见的列管换热器折流板型式有（），（）。 在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（），缺点是（）。 8、随着温度的增加，空气的黏度（），空气的导热系数（）。 9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（），因为（）。 10、角系数取决于换热物体的（），（）和（），而与（）和（）无关。 11、基尔霍夫定律的表达式为（），该定律的前提假设条件是（）。 12、在空气—水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（）， 传热壁面的温度接近于（）的温度。 13、列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（）办法，常用的结构形式有（）。 14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（）。水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（）。 15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（），（）和（），而在工业生产中常在（）阶段操作。 16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为60℃）应走（），水（入口温度为90℃）应走（），主要是为避免（）。 17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。 18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（），冷凝传热量（）。 19、在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程改为双程，则传热温度差（）。 20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（）。 21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称①（），②（）。 22、斯蒂芬—波尔茨曼定律的数学表达式为（），它表示（ ）。 23、327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的（）倍。 24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（ ）求之。 25、沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（），沸腾传热系数越（
Nu准则数的表达式为（A ） 根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 雷诺准则反映了（ A） A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 C．对流换热强度的准则 D．浮升力与粘滞力的相对大小 彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 A．温度B．速度 C．惯性力D．同名准则数 高温换热器采用下述哪种布置方式更安全？（ D） A．逆流B．顺流和逆流均可 C．无法确定D．顺流 顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ 7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 格拉晓夫准则数的表达式为（D ） .由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D )
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； 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； A、C、D； B、E、F 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； 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 D 5、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； C 6、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。 A、管避热阻； B、污垢热阻； C、管内对流传热热阻； D、管外对流传热热阻； B 7、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（）。 A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过； B、热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围； C、热射线和可见光一样，都服从折射定律； D、物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； A 8、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C，出口温度为50?C，冷
第四章 传热 一、填空题： 1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度 2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知 321b b b >>；导热系数321λλλ<<。在稳定传热过程中， 各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。 解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、 ①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。 ②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。 因为 4 0100? ?? ??==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、 ①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。 ②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。 解①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②最大 ， 最小 5、 ①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 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。 ①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。 ②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 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁 w t 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。 ②对于间壁式换热器： m t KA t t Cp m T T Cp m ?=-=-)()(122' 2211'1等式成立的条件 是 、 、 。 解①大 ， 热阻大 ②稳定传热 ， 无热损失 ， 无相变化 8、①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是 。 ②等温面不会相交，因为 。 解①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支承管子 ②一个点不可能具有两个不同的温度 9、①由多层等厚度平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ，其两侧的温度差愈 。 ②为了减小高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置 的措施。
《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。
一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻（大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W接近于α值（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈（大、小），其两侧的温差愈（大、小）。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈，其两侧的温差愈。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效措施是。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加、或；翅片管换热器安装翅片的目的是。 (6) 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，各层导热速率。 (7) 物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称、、。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括、和三个阶段。实际操作应控制在。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而。 (10) 传热的基本方式有、和三种。热传导的基本定律是其表达式为??????。 (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的____倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的倍。（设条件改变后仍在湍流范围） (12) 导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总传热系数的单位为。 二、选择 1 已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿＿耐火砖的黑度。 A 大于 B 等于 C 不能确定 D 小于 2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm的直管，则其α将变为。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。 A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 5 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的______在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积
化工原理习题第二部分热量传递 一、填空题： 1.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____ 1140w ___。(注:大型容器可视为平壁) 2.牛顿冷却定律的表达式为____ q=αA△t _____，给热系数（或对流传热系数）α的单位是__ w/m2.K _____。 3.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=____27.9K _____。 3. 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=____ 41.6K _____。 4.热量传递的方式主要有三种:__ 热传导___、___热对流 ____、热辐射。 5.对流传热中的努塞特准数式是＿＿Nu＝αｌ/λ＿＿＿＿, 它反映了对流传热过程几何尺寸对α的影响。 6.稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。 7.两流体的间壁换热过程中，计算式Q＝α.A.△ｔ，A表示为α一侧的换热壁面面积_______。 8.在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为____________ A 泛指传热面, 与K 相对应________。 9.两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃，当它们逆流流动时, 平均传热温差△tm=_____ 50℃_______，当并流时,△tm=___ 47.2℃______。 10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T＝400℃，出口温度T 为200℃，冷气体进口温度ｔ＝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℃＿。 11.一列管换热器，列管规格为φ38×3, 管长4m,管数127根，则外表面积F=__F1=127×4π×0.038=60.6m2，而以内表面积计的传热面积F____ F2=127×4π×0.032=51.1m2__________。
齐河职业中专2015—2016年第一学期月考考试 技能试题 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。满分200分，考试时间120分钟。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 卷一（选择题，共100分） 一、选择题（本大题40个小题，每小题2分，共80分。在每小题列出的四个选项中，只有一项符合题目要求，请将符合题目要求的选项字母代号选出） 1.甲烷在320K和0.5MPa时的密度是（） A．3.0kg/m3 B．3000kg/m3 C．0.03kg/m3 D．0.003kg/m3 2．已知某油品在圆管中稳定的流动，其Re=500，已测得管中心处的点流速为0.5m/s，则此管截面上的平均流速为（）m/s A．0.1 B．0.15 C．0.25 D．0.4 3．当流体在管内稳定流动时，其他条件保持不变，管径为原来的2倍，则其相应的雷诺准数为原来的（）倍 A．2 B．1 C．1/2 D．4 4.离心泵开车时，为了减小启动功率，应将（） A．出口阀关小B．出口阀开大C．入口阀关闭D．出口阀关闭 5. 层流与湍流的区别是（） A、湍流的流速大于层流流速 B、流道截面积大的为湍流，小的为层流 C、层流无径向脉动，湍流有径向脉动 D、层流的雷诺准数小于湍流的雷诺准数 6．运动粘度v=μ/ρ，其单位为（） A．Pa.s B．Pa/s C．m2/s D．m2.s 7．水在管道中稳定流动时任意截面上流量qm1、qm2关系为（） A．qm1=qm2 B．qm1>qm2 C．qm1
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