第四章习题
1）用平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。设平板的导热面积为0.03m 2，厚度为0.01m 。测量数据如下：
试求：①该材料的平均导热系数。②如该材料导热系数与温度的关系为线性：
，则λ0和a 值为多少？
001825
.0)/(4786.0]
2/)50200(1[5878.0]2/)100300(1[6533.0)/(6206.02/)()
/(5878.01153.201.0/03.0)50200()
/(6533.0140
8.201.0/03.0)200300(/)(1][00000
2102201121=?=++=++=∴?=+=?=?=?-?=?=?-∴=-=a C m w a a C m w C m w C m w VI L S t t Q m λλλλλλλλλλλ得）解
2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2、t 3和t 4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。
1
2112)100200()200400(21200400400500(/)(/)(/)(][3213221343232121：：：：：：：：））：（：解==--==--=-=-=-=R R R R R R R R T T R T T R T T Q
3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m ·℃)，0.16 W/(m ·℃)和0。92 W/(m ·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m ，普通砖厚度为0.25m 。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
2
21/81.247)]92.0/25.0()16.0/5.0()112/5.0/[)551000()
//(/][m w b t t S Q i i =++-=-=∑（（）解λ 4）在外径100mm 的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08
W/(m ·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m ，试求绝热层厚度。
mm
r r mm
r r Ln r r Ln t t L Q 9.19509.699.69150
)50/()50150(16.0)
/(/)(2/][12221221=-=-=∴=-=-=壁厚为：解ππλ
5）Φ38×2.5mm 的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。 50第一层是mm 厚的氧化锌粉，其平均导热系数为0.07 W/(m ·℃)；第二层是10mm 厚的石棉层，其平均导热系数为0.15 W/(m ·℃)。若管内壁温度为180℃，石棉层外表面温度为35℃，试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度？ 解：①r 0 = 16.5mm = 0.0165m ，r 1 =19mm = 0.019 m
r 2 = r 1＋δ1 = 0.019＋0.05 = 0.069 m r 3 = r 2＋δ2 = 0.069＋0.01 = 0.079 m λ0 = 45 W/(m ·℃)
Q L
t t r r r r r r =-?+?+?=??-++=211123141803514519165100769191015796947103010121232
πλλλ()ln ln ln
.()
ln ..ln .ln .W/
m
②
Q L
t t r r =-2123232πλ()
ln 即 47123510157969
2.().ln =-πt
∴ t 2 = 41.8 ℃
6）通过空心球壁导热的热流量Q 的计算式为：
，其中
，A 1、A 2分别为球壁的内、外表面积，
试推导此式。
b
t A Q r r A r A r A r r t r r Q t t r r t t r r dr dt r dn dt dS dQ m m /44,4)/(4.,;,/4)/(212211122122112?==∴==-?=======λππππλπλλ积分得：积分限为：解：
7）有一外径为150mm 的钢管，为减少热损失，今在管外包以两层绝热层。
已知两种绝热材料的导热系数之比1，两层绝热层厚度相等皆为30mm 。试问应把哪一种材料包在里层时，管壁热损失小。设两种情况下两绝热层的总温差不变。
420
.0/)/(/)/(462.0/)/(/)/(2
,1135,1053075,75}/)/(/)/(/{212321222311221321223112失小。小的包在里层时，热损若大的包在里层是：
设包在里层时：
解：若小的∴=+=+====+==+?=λλλλλλλλπλr r Ln r r Ln r r Ln r r Ln mm r mm r mm r r r Ln r r Ln t L Q
8）试用因次分析法推导壁面和流体间强制对流给热系数α的准数关联式。
已知α为下列变量的函数：。式中λ、
C P 、ρ、μ分别为流体的导热系数、等压热容、密度、粘度，u 为流体流速，l 为传热设备定型尺寸。
b
P c b a e d b a f e d c b a d c a P
f e d c b C Lu K L b d c f d
b e b a d b
c e
d b a d c a b a f
e d c b a T L M T M T M L L L M L M T L T ML l u C l U Cp K )/()/(/1
22313231
1032///////233233
3223λμμρλαθθθθ
θθθα
μρλ
μρλα=∴--+=-=-==+++=++=+=++--+∴===------++--+++则、、设已知建立方程
根据因次一次性原则，因次物理量解：
9）水流过φ60×3.5mm 的钢管，由20℃被加热至60℃。已知
，水流速为1.8m/s ，试求水对管内壁
的给热系数。
)
/(662232.45.1442926338.0023.0/023.05
.144292)10650.0/(2.9928.1053.0/32
.4,106560.0/6338.0,/174.4,/2.992402/6020(:024.08.04.08.0330030C m w d P R u d R P s Pa C m W C kg kJ C m Kg C t i
r e i i e r P ?=???===???===??=?=?===+=--λαμρμλρ查水的物性数据得：
）解
10）空气流过φ36×2mm 的蛇管，流速为15m/s ，从120℃降至20℃，空气压强4×105Pa （绝压）。已知蛇管的曲率半径为400mm ，
，试求空气对管壁的给热系数。空气的
密度可按理想气体计算，其余物性可按常压处理。
)
/(6.209)400/3277.11()/(3.183/023.010
48.9//07.4)34310314.8/(29104)/(/0297.0,1006.2,694.0702/)20120(02'023.08.04
3
35050C m w C m w d P R R du R m kg RT PM C
m w s Pa P C
t i r e e e r ?=?+=?==?===????==?=??===+=-ααλαμρρλμ得由查空气物性得：解
11）苯流过一套管换热器的环隙，自20℃升至80℃，该换热器的内管规格为φ19×2.5mm，外管规格为φ38×3mm。苯的流量为1800kg/h 。试求苯对内管壁的给热系数。
)
/(1794/023.01078.21045.0/86011.1013.079.514.0/1045.0108.1/11.1)(/4/00058.0)8603600/(1800013.0)
/(14.045.0/8.1/860502/)8020(024.08.04
3331230030C m w d P R R P s
m d d V u s m V m
d C m w CPa
C
kg J C m kg C t e r e e r S s e P ?==?=???==???=∴=-==?==?==?===+=--λαπλμρ查苯的物性得：
解：
12）冷冻盐水（25%的氯化钙溶液）从φ25×2.5mm、长度为3m 的管内流过，流速为0.3m/s ，温度自-5℃升至15℃。假设管壁平均温度为20℃，试计算管壁与流体之间的平均对流给热系数。已知定性温度下冷冻盐水的物性数据如下：密
度为1230kg/m 3，粘度为4×10-3
Pa ·s ，导热系数为0.57 W/(m ·℃)，比热为2.85kJ/(kg ·℃)。壁温下的粘度为2.5×10-3Pa ·s 。 解：d = 0.025－0.0025×2 = 0.02 m
∴L d ==3002
150. > 50 ∵ u = 0.3m/s ∴Re ..=
=???=-du ρμ002031230
410
18453 ＜ 2000 ∴层流 Pr ..=
?=???=-C p μλ
28510410057
2033
Re Pr .d L i
=??=184********
246＞100 ()()
()
αμμλ=?? ??
?
?? ??
?=?????186186184520
00203
425
057002
13
131
3
014
13
1
3
1
3
014
.Re
Pr .......d L d i w
= 354.7 W/(m 2?℃)
13）室内分别水平放置两根长度相同，表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围散失热量，已知小管的
，大管直径为小管的8倍，试求两管散
失热量的比值为多少？
解：∵小管Gr ?Pr = 108 ∴b = 1/3 又因 Gr ∝d 03，故大管Gr ?Pr ＞108
则
()()
Q Q t d L t d L
d d Gr d Gr
d d d
大小
大大小小大大小小
大
大大小
小
小
大小
=
=
==
==απαπαα??Pr Pr 1
3
1
3
222864
14）某烘房用水蒸汽通过管内对外散热以烘干湿纱布。已知水蒸汽绝压为476.24kPa ，设管外壁温度等于蒸汽温度现室温及湿纱布温度均为20℃，试作如下计算：①使用一根2m 长、外径50mm 水煤气管，管子竖直放于水平放置单位时间散热量为多少？②若管子水平放置，试对比直径25mm 和50mm 水煤气管的单位时间单位面积散热之比。（管外只考虑自然对流给热）。
691
.01013.2/986.0)/(1009.3852/)15020()153020=??==??==+=--r P s Pa m kg C m C
t μρλ查空气物性数据：定性温度解
2
32550//1016.2986.0/1013.2/13020150)
/1(358/1)85273/(1/1v t gL G s m v C
t K T r ?=?=?===-=?=+==--βρμβ
w
t t dL Q w
t t dL Q C m w C m w L
P G A A P G G A b P G G w w b r r r r r r r r 4.296205.013026.7)(2.388205.013051.9)()/(26.72/)1023.4(135.01009.3)
/(51.905.0/66.661400(54.01009.3/)(135
.0,3/1b 1022.41011.654.04/11059.69.954301''03/1102'04
/1210'
10
'
5=????=-==????=-=?=????=?=???====??=?===??==--ππαπαπααλα）垂直管，水平管
189
.1)/()/)(/(]
/)/[(]/)[(//)24/125504
/350252550504
/150254/12550255025====??=d d d d d d d P G d P G t
t Q Q r r r r αα若管子水平放置
15）油罐中装有水平蒸汽管以加热管内重油，重油温度为20℃，蒸汽管外壁温为120℃，在定性温度下重油物性数据如下：密度为900kg/m 3，比热1.88×103J/(kg ·℃)，导热系数为0.175W/(m ·℃)，运动粘度为2×10-6m 2/s ，体积膨胀系数为3×10-4 l/℃，管外径为68mm ，试计算蒸汽对重油的传热速度W/m 2。
2
08
63726342
3/26570)20120(7.265/)
/(7.265/)(3
/1135.010
474.434.19175.0/1029001088.1/10313.2)102/(100068.081.9103/m w t S Q C m w L P G A B A P G C P v t gL G b r r r r P r r =-?=?=?====∴?==????==?=?????=?=---αλαλμβ解
16）有一双程列管换热器，煤油走壳程，其温度由230℃降至120℃，流量为25000kg/h ，内有φ25×2.5mm 的钢管70根，每根管长6m ，管中心距为32mm ，正方形排列。用圆缺型挡板（切去高度为直径的25%），试求煤油的给热系数。已知定性温度下煤油的物性数据为：比热为2.6×103J/(kg ·℃)，密度为710
kg/m 3，粘度为3.2×10-4
Pa ·s ，导热系数为0.131 W/(m ·℃)。挡板间距
，壳体内径。
)
/(
3.
218
027
.0/
95
.0
35
.6
2325
131
.0
36
.0
/ 95 .0
36 .0
95
.0
35
.6
/
2325
/
027
.0
/)4/
(4
/
0388
.0
/
0252
.0
)
32
/
25
1(
48
.0
24
.0
)
/
1(
3/1
55
.0
3/1
55
.0
2
2
2 0
C
m
w
d
P
R
C P u
d R
m
d
d
t
d
s
m
A
V
u
m
t
d
hD
A
e
r
e
P
r
e
e
e
s
?
=
?
?
?
?
=
?
=
=
=
=
=
=
=
-
=
=
=
=
-
?
=
-
=
λ
α
?
λ
μ
μ
ρ
π
π
μ
解
17）饱和温度为100℃的水蒸汽在长为2.5m，外径为38mm的竖直圆管外冷凝。管外壁温度为92℃。试求每小时蒸汽冷凝量。又若将管子水平放置每小时蒸汽冷凝量又为多少。
kg kJ r C t s /2258100:0==时解
符合假设）
核算流型管子水平放置：符合假设）
核算流型假定为滞流
水的物性：定性温度’(18005.1415827.1/18.45/01255.094.2834085.2038.011870)()
/(1187013.1/)/(725.0(180067.774/4/0575.0038.0/006869.0)/(/73.24/006869.0/32.1551085.2038.017.6496)()
/(17.6496]82969.05.2/22586816.016.96181.9[13.1)]/([13.1102969.0/16.961)/(6816.096'
'
'025.004/1324
/13233
00<=====???=-=?=??=<==?=======???=-=?=??????=??=??==?==-e e w s e w s R R h
kg s kg W w
t t S Q C m W d L M R s
m kg d W M h
kg s kg r Q W w
t t S Q C m W t L r g s
Pa m kg C m W C
t παααμπππαμλραμρλ
18）由φ25×2.5mm 、225根长2米的管子按正方形直列组成的换热器，用1.5×105Pa 的饱和蒸汽加热某液体，换热器水平放置。管外壁温度为88℃，试求蒸汽冷凝量。
s
kg r Q W t t S Q C m w t d n r g s Pa m kg C m w C
t kg
kJ r C t Pa P w s /375.2/2251.232025.02.6486)()
/(2.6486)]/([725.0102838.0/7.958)/(6820.055.992/)881.111(/74.22281.111105.1:04
/13/232330005==????=-=?=??=??==?==+===?=-παμλραμρλ定性温度查得解
19）设有A 、B 两平行固体平面，温度分别为T A 和T B （T A >T B ）。为减少辐射散热，在这两平面间设置n 片很薄的平行遮热板，设A 所有平面的表面积相同，
黑度相等，平板间距很小，试证明设置遮热板后A 平面的散热速率为不装遮热板
时的
倍。
2
1212
1
021,1
/1/1/(---=-+=∑∑
∑
C C C C C 设不变不变证明：δΘ
]
100/()100/[(])100/()100/[(4
14
144）放置后放置前T T CS Q T T CS Q A A B A B A -=-=--
)
1/(]
100/()100/[(]
100/()100/[('3221132211444
24121n Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q T T CS Q T T CS Q B n A B A B n A B A B A +=∴=====++++∴-=-=-----------ΛΛΛΛM
当传热稳定时：
））
20）用热电偶测量管内空气温度，测得热电偶温度为420℃，热电偶黑度为
0.6，空气对热电偶的给热系数为35 W/(m ·℃)，管内壁温度为300℃，试求空气温度。
C
t t T T S C t t S Q w 0444241214.539)73.593.6(6.067.5)420(35])100/()100/[()(=-??=--=-=-α解：
21）外径为60mm 的管子，其外包有20mm 厚的绝热层，绝热层材料导热系数为0.1 W/(m ·℃)，管外壁温度为350℃，外界温度为15℃，试计算绝热层外壁温度。若欲使绝热层外壁温度再下降5℃，绝热层厚度再增加多少。
mm
mm r r Lnr r C
t Ln t t t r Lnr t L L r t t T w w w w w w T w T 6.06.50//)86350()1586()291)30/5005.0/()350(1.0)15(052.0)15(4.9/)350(22)15()
15(052.04.9)1:21'2'2021
22固绝热层厚度在增加试差得：试差得：解=-=-=-=-+--=?--+=λαπλπαα
22）设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。耐火砖和普通砖的厚度为0.5m 和0.25m 。三种砖的系数分别为1.02 W/(m ·℃)、0.14 W/(m ·℃)和0.92 W/(m ·℃)，已知耐火砖内侧为1000℃，外壁温度为35℃。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃，普通砖不超过138℃。
m
b C t t b 997.0940)02.1/5.0/()1000()92.0/25.014.0/02.1/5.0/()34100020
222==-=++-解得若解：（
)92.0/25.0/()35()92.0/25.004.1/02.1/5.0/()351000(12-=++-t b m b C t 250.0138201==解得若
m
b C C t 250.09404.8142002为以题意应选择经核算<=
23）为保证原油管道的输送，在管外设置蒸汽夹。对一段管路来说，设原油的给热系数为420 W/(m ·℃)，水蒸气冷凝给热系数为104 W/(m ·℃)。管子规格为φ35×2mm 钢管。试分别计算K i 和K 0，并计算各项热阻占总热阻的分率。
000000
0444404
0020240
002002407.1002835.0/).045/(035.0002.05.3002835.0/10000/18.94002835.0/)031.0420/(035.09.8]10)94.18595.0(002835.0/[10)94.18598.0(1094.131/35107197.1/10
8598.0)/(3.398)]/(/[002511.0420/1)3345/(31002.0)1035/(31///1/1)
/(3.398)]/(/[002835.0031.0420/035.0)033.045/(035.0002.010/1/1033.0)31/35(/031.0035.0:=??==?=?++?+?=??=?=?=?=+??+?=++=?=?=?+??+==?=-----管壁导热热阻占：蒸汽侧热组占：污垢热阻占：计入污垢热阻解i ei e i i m i i i m d R d R C m W K C m w l d d d bd K C m W K C m w l K m
Ln d αλα
24）某列管换热器，用饱和水蒸汽加热某溶液，溶液在管内呈湍流。已知蒸汽冷凝给热系数为104 W/(m ·℃)，单管程溶液给热系数为400W/(m ·℃)，管壁导热及污垢热阻忽略不计，试求传热系数。若把单管程改为双管程，其它条件不变，此时总传热系数又为多少？
)
/(1.651)2400/(110/1/1)2/(1/1)2)(6.384)](/[0026.0400/110/1/1/1/11208.0408.00202400C m w K K C m w K C m w l K i i ??=?+=+?=??=??=+=+=αααα：
管内流速提高一倍，则改为双管层
）单管程
解：
25）一列管换热器，管子规格为φ25×2.5mm ，管内流体的对流给热系数为100 W/(m ·℃)，管外流体的对流给热系数为2000 W/(m ·℃)，已知两流体均为湍流流动，管内外两侧污垢热阻均为0.0018 m ·℃/W 。试求：①传热系数K 及各部分热阻的分配；②若管内流体流量提高一倍，传热系数有何变化？③若管外流体流量提高一倍，传热系数有何变化？
解：①R i = R 0 = 0.00118m 2?℃/W 钢管λ = 45W/(m ?℃)
d d d d d m i i
=
-=-=0000250020
25
200022ln
..ln . m 11
120000002500254500220025100002
200011800000K bd d d d R R m i i
i =++++=+??+?+?αλα......
= 0.01542 1/(W/m 2℃) K 0 = 64.84 W/(m 2?℃) 热阻分配：
污垢：R R K i 0
12000118
0015420153153%+=?==.... 管外：
1
1
1
2000001542
324%0
αK =
=.. 管内：d d K i i 0
10025
100002
001542811%α=?=....
管壁：
bd d K m 0
1
000250025
450022001542
041%λ=??=.....
②W W i i '=2 ， u u i i '=2 ， ααi i '=208. ∴
110
0000K bd d d d
R R m i i
i '
=
++'++αλα =
+??+??+?120000002500254500220025
2100002
200011808....... = 0.01010 m 2℃/W K 09899'
=. W/( m 2℃) ③W W 002'= ， αα00802'
=. ∴
110
000K bd d d
d R R m i i
i '
=
'
+
+++αλα =
?+??+?+?122000
0002500254500220025
100002200011808.......
= 0.01521 m 2℃/W K 06574'
=. W/( m 2℃)
略
同理由）解得到那些结论。流和并流做一比较，可④根据计算结果，对逆换热面积。平均温度差和所需要的③两种流体做并流时的换热面积。平均温度差和所需要的②两种流体做逆流时的①冷水流量。
试求：总传热系数为升到冷水温度从却到冷温度从加热冷水，热水流量为在列管换热器。用热水)489.285.25)5/75(/)575()389.1)8.39108.23600/(10181.440105.48.39)35/45(/)3545()2/6010/174.4/181.41)./(108.2,5020,5595,/105.4)262
02
33300002300003m S C Ln t m S T
C W t KS C Ln t h
kg W C kg kJ C C kg kJ C t
C W T C W Q Q C m W C C C C h kg m ph h m C pc ph pc C ph h C
h ==-=?=???????=?=?=-=?===?=?=???Θ出口温度又为多少？
其他条件不变，则油的和阻分别为，水侧及油侧的污垢热若该换热器长期使用后油的物性数据不变。的出口温度为多少？设，其他条件不变，则油若管长增加算所需要的管长。热损失忽略不计，试计油的进口和出口温度为水的进及、、系数及粘度分别为油的密度、比热、导热、分别为的钢管。水与油的流速外管为，为管，油与水逆流，内管，用水冷却油。水走内有一台新的套管换热器,/1052.1/105.320,100,3010.108.1)/(15.0)/(1090.1/860,/8.0/5.1332319)270230240000030033W C m W C m C C C s Pa C m w C kg J m kg s m s m mm mm ???????????---φφ
s
kg W s kg W s
Pa C m w C
kg kJ C m kg C
t h C P /170.04/8.010)1926(/199.04/5.110)619(101)/(6.0/183.4/2.998202/)1030(16226230030=??-?==??-?=??=?=?===+=---πρπρμλρ查表得水的物性数据：）解：10000
9.19464001.0/2.9985.1013.046.48/648.16)1030(99.0183.4)
100(170.09.1022>=??==∴=-??=-??==e c h c h R C
T s kJ Q T Q Q Q 无热损失故Θ
6323
.0)]}388.01(175.1exp[388.0/{)]}388.01(175.1exp[1{)]}
1(exp[/{)]1(exp[1175
.10.323/865.02.15.365)/(388
.04.832/0.323//4.8321000183.4199.0/0.32310009.117.04296.02.120)25.14019.0/865.0/865.0)7.525.365/(16648/67.52)46.38/70(/)46.3870()
/(5.365)]/(/[0027361.0///1/18.15)13/19()1319()/(45)
/(9.412/914.0023.0594.0/10618
.22/100001116.2675)108.1/(8608.0007.07)1926()/(9.6249/023.002
.7/1111111100'0020020020000003.08.008.15304.08.0=----=----==??======??==??=======?=?==-=??=?=++==-=?=?=?==?-==?=<=???==-=?===?=-R NTU R R NTU C W KS NTU C W C W R C W C W C
w m S S m d S L m t K Q S C Ln t C m w K C m w d d d bd K mm Ln d C m w C m w d P R R C P R mm
d C m w d P R C P Ph h pc c ph h PC C m m i
i m m e
r e e p r e e i
r e i p r εππαλαλλαφλμλαλμ管长增加
C
C t T T T t T T T 00111'211'2111.431.43)10100(6323.0100)(6323.0)
/()(即油的出口温度为=--=--=--=ε C
C W C W t pc c ph h 0
'2
1.3210)1.43100(388.010/)1.43100(:
=+-?=+-=此时冷却水温度为
C C t T T T t T T T R R C W S K NTU C m W K K ph h 00111'211'2111'1''102'0'
00.630.63)10100(4112.0100)(4112.0)
/()(388
.05814.00.323//865.01.217)/()
/(1.217004604.000152.000035.0002736.0/1)3即油的出口温度为同理=-?-=--=--====?==?==++=ε
2300200200005300002020008.15)6.23603/(102256.23)15/35(/)1535()
/(603)]/(/[001611.0900/1)3545/(38003.0)322500/(38///1/135)32/38(3238(/1025.210508.15.2/8.1552/)3080(,45),/(900),2500W/(,3080 /5.2.15338)28m S C Ln t C m W K C m W d d bd K mm Ln d s J Q C kg kJ C C
t C C m W C m C C s kg C mm m i
i m P =??≤=-=??=?=+??+?=++==-=?=???===+=???αλαφ）查得甲苯的物性数据：解：器的传热面积。
试求该换热水的出口温度不能高于污垢热阻忽略不计。若侧的给热系数分别为水走管程，水侧和甲苯冷却到苯由的甲的水将，用初温为规格为在逆流换热器中，管子
C
t t C t t R P C Ln t C C C C m t m t m t m t m 020*******.4397.028.4091.033.12050/)60100(375.0)20100/()2050(8.44)40/50()4050(1,502060100)292
2
1
1
=?=?==?=?==--==--==-=?????????）查表得：查表得：）（）解：管程。②换热器为双管程，四管程。①换热器为单壳程，四温差：试求下列情况下的平均加热到冷流体从，出口温度为进出口温度为器中逆流流动，热流体两种流体在一列管换热
149
.1/:149
.1/2.60809.64752.60)55/7.65()557.65(9.64)60/70()6070(3.84)15()70150()
1580()75150(:707515080 15)30''''
''0'00'2'200000==∴==?=?==-=?=-=?=-=--=-?=?=L L S S KS C W KS C W t KS Q t KS Q C
Ln t C
Ln t C
t t C W C W C W C W t
C W T C W Q Q C C C C C ph h ph h m
m
m m pc c ph h pc c ph h pc c ph h C
h 即又则解生产要求？原来的多少倍才能满足试问此换热器管长增为失忽略不计，发生变化，换热器的损温度，流量及物性均不假设水和液体的进出口，体进出口温度降至。现因生产任务要求液和体的进出口温度分别为，液和口温度分别为冷却某液体，水的进出在逆流换热器中，用水Θ31) 120℃饱和水蒸汽将空气从20℃加热至80℃，空气流量1.20×104kg/h 。现有单程列管换热器，φ25×2.5mm 钢管300根，管长3m ，α0 = 104W/(m 2℃)，污垢及管壁热阻不计。问此换热器能否满足要求。
解：t =+=2080
2
50℃
50℃空气，ρ = 1.093kg/m 3，C p = 1.005kJ/(kg ?℃)，λ = 0.02824W/(m ?℃) μ = 1.96×10-5 Pa ?s ，Pr = 0.698
u V n d ==?????=ππ41201036001093400230032424
2.... m/s
Re ...
..=
=???=?-du ρμ0020324109319610
3611054＞10000 ∴()
4.08
.04
4.08.0698.01061.3020
.002824
.0023.0Pr Re 023
.0????
==i
i d λ
α
5.154=W/(m 2℃)
∵α0＞＞αi ∴K i = αi = 124.5 W/(m 2℃)
Q = W c C pc ?t = 120103600
4
.?×1.005×60 = 201 kJ/s
?t m =
10040
10040
655-=ln . ℃
Q = K i A i ?t m 即 201×103 = 124.5A i ×65.5 ∴A i = 24.6 m 2
又，A i = n πd i L 即 24.6 = 300π×0.020L ∴ L = 1.31 m ＜3 m ∴ 满足要求
32）某单壳程单管程列管换热器，用1.8×105Pa 饱和水蒸汽加热空气，水蒸汽走壳程，其给热系数为105 W/(m ·℃)，空气走管内，进口温度20℃，要求出口温度达110℃，空气在管内流速为10m/s 。管子规格为φ25×2.5mm 的钢管，管数共269根。试求换热器的管长。
若将该换热器改为单壳程双管程，总管数减至254根。水蒸汽温度不变，空气的质量流量及进口温度不变，设各物性数据不变，换热器的管长亦不变，试求空气的出口温度。
s
kg u d W C
m w d P R R kg
KJ I C T Pa m kg s
Pa P C
m w C kg kJ C C
t C i r e i e r P /03283.0045.11002.04/:/23.47/023.010000
1.10245)1/3.22146.116108.1/045.11004.2695.0/0294.0/007.1652/)11020(:2204.08.0053
5000=???====>===?=??=====+=-πρπλαρμλ每根管内的饱和水蒸气：查空气物性数据：解
m
L L
d S m S t S K Q C Ln t K s kg t C W Q i i i m i i m i
i i
PC C 31878.054.33)6.6/6.96(/)6.66.96(/29753.09010007.1003283.02003=∴==∴?==-=?=∴>>=???=?=παααΘ
1
/8826.04/)2/()
/(00.83)
/(10.8623.47)10/18.21(/18.212/254/10269)2'2'0
2''08.0''=∴=====?=?==?=?t C i i i R s kg u d n W C m w K C m w s
m u ?ρπααΘ质量流量不变
t
C W Q m L d n S t Ln t t PC C i i m ?==???==--=?'2''2'2'85.47302.014.3254)
6.116/(6.96/)20(由方程：π C
t t S K Q m
i i 0
'2
'''7.115=?=解得
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
一、单选题 1.单位体积流体所具有得( )称为流体得密度。 A A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 2.单位体积流体所具有得质量称为流体得( )。 A A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 3.层流与湍流得本质区别就是( )。 D A 湍流流速＞层流流速; B 流道截面大得为湍流,截面小得为层流; C 层流得雷诺数＜湍流得雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 4.气体就是( )得流体。 B A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 5.在静止得流体内,单位面积上所受得压力称为流体得( )。 C A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 6.以绝对零压作起点计算得压力,称为( )。 A A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 7.当被测流体得( )大于外界大气压力时,所用得测压仪表称为压力表。 D A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 8.当被测流体得绝对压力( )外界大气压力时,所用得测压仪表称为压力表。 A A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 9.( )上得读数表示被测流体得绝对压力比大气压力高出得数值,称为表压力。 A A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。 10.被测流体得( )小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 11、流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心得最大流速得关 系为( )。 B A、 Um＝1/2Umax; B、 Um＝0、8Umax; C、 Um＝3/2Umax。 12、从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差就是( )。 A A、与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关; B、与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关; C、与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关。 13、层流底层越薄( )。 C A、近壁面速度梯度越小; B、流动阻力越小; C、流动阻力越大; D、流体湍动程度越小。 14、双液体U形差压计要求指示液得密度差( ) C A、大; B、中等; C、小; D、越大越好。 15、转子流量计得主要特点就是( )。 C A、恒截面、恒压差; B、变截面、变压差; C、恒流速、恒压差; D、变流速、恒压差。 16、层流与湍流得本质区别就是:( )。 D A、湍流流速>层流流速; B、流道截面大得为湍流,截面小得为层流; C、层流得雷诺数<湍流得雷诺数; D、层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 17、圆直管内流动流体,湍流时雷诺准数就是( )。 B A、 Re ≤ 2000; B、 Re ≥ 4000; C、 Re = 2000～4000。 18、某离心泵入口处真空表得读数为 200mmHg , 当地大气压为101kPa, 则泵入口处得绝对压强为( )。 A
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。
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
传热复习题1 （1）保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？ 答：首先，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。举例说，如夹层内壁温度为98οC ，外壁温度为28ο C ，黑度为0.95的玻璃表面镀上黑度为0.02的银层后,其辐射散热量可由原来的5502m W 降至6.152m W 。第三，在使用保温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作， 大，在数值上常视为相等，但就其本质讲，含义是完全不同的。 （4）何谓换热器的控制热阻? 答:换热器的总热阻1/K 主要取决于冷、热流体的对流传热热阻，当然也和管壁的热阻及污垢热阻有关，即， λ ααb K i ∑++=0111 若忽略管壁及污垢热阻，则有 1 11αα+≈i K
如果i α和0α相接近，也就是两种流体的传热阻力差不多时，在谋求强化传热过程中，一般要考虑把 i α、0α都增大。但往往有这种情况，两者的α 值相差很大，例如i α>>0α,则 1 1 αα<< i 。 这时 11α≈K K ≈0α 即总传热系数K 值接近对流传热系数小的一侧流体的α 值，在本例条件下总热阻完全被管外的对流传热热阻所控制。1/0α被称为控制热阻。 答：不正确。 冷却介质的出口温度越高，其用量越小，回收热能的品位也越高，动力消耗也随之减小。但出口温度升高的结果，导致传热推动力即对数平均温差降低，所需传热面积增大，设备费用增大。因此必须从综合角度考虑，全面加以权衡，确定一个适宜的出口温度。 对于常用的冷却介质工业水，出口温度不宜过高。还因为工业水中含有许多盐类。如CaCO 3、 MgCO 3、CaS04、、MgSO 4等。若出口温度过高，上述盐类就会因溶解度减小而析出，附在器壁表面上形成热阻很大的垢层，使传热过程恶化。尽管可以采取在冷却水中添加阻垢剂等化学方法，但至少从目前看，效果很有限。所以无节制了提高冷却介质出口温度的方法是行不通的。设计时常取冷却水进、出口的温度差为5-10℃ 四`选择题
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 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×
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（
一、二章复习题 第一章 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采用了不同的__________，因而产生了不同的单位制。 5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判断。6．单位时间内过程的变化率称为___________。 二、问答题 7．什么是单元操作主要包括哪些基本操作 8.提高过程速率的途径是什么 第二章流体力学及流体输送机械 流体力学 一、填空题 1．单位体积流体的质量称为____密度___，它与__比容_____互为倒数。 2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为__流体的压强__________。 3．单位时间内流经管道任一截面的流体量称为___流量_____，其表示方法有__质量流量______和____体积流量____两种。 4．当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是__连续流动的_______的。5．产生流体阻力的根本原因是_内摩擦力_______；而___流体的运动状态________是产生流体阻力的第二位原因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_的大小与影响______________。 6．流体在管道中的流动状态可分为_____滞流_ 和____湍流______两种类型，二者在内部质点运动方式上的区别是_____湍流的质点有脉动滞流没有________________________________。 7．判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_静止的________、___连通的________、__连接的是同一种液体______________。 8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是. 分别或同时提高流体的位压头；动压头；静压头以及弥补损失能量______________________________。
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。
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 、选择题 1 ?当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（ A ） A. 质量流量 B.体积流量 2. 孔板流量计是（C ）。 A. 变压差流量计，垂直安装。 C.变压差流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采 用改变出口阀门的开度调节流量的是（ C ） A .齿轮泵 B.旋涡泵 C.离心泵 D.往复泵 4. 下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（ B ）o A .增加离心泵的排液高度。 B.增加离心泵的吸液高度。 C.启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D.启动前，没有关闭岀口阀门。 5?水在规格为 ①38 x 2.5mm 勺圆管中以0.1m/s 的流速流动，已知水的粘度为 1mPa-s 则其流动的型态为 （C ）o A. 层流 B.湍流 C.可能是层流也可能是湍流 D.既 不是层流也不是湍流 6?下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（ D ）o A. 位能 B.动能 C.静压能 D.热能 7?在相同进、出口温度条件下，换热器采用（ A ）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B.并流 C.错流 D.折流 &当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（ C ）也增大。 A .流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9?下列换热器中，需要热补偿装置的是（ A ）o A ?固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U 型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（ D ） A. 热传导 B.对流 C.热辐射 D.对流传热 11. 流体在管内呈湍流流动时 _____ B ____ o A. R e > 2000 B. Re>4000 C. 2000完整版化工原理试题库答案2
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