第五章 传热过程基础
1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。
解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即
L
t t S
Q 2
1-=λ 式中 W 50W 1005.0=?==IV Q
m 02.0C 50C 200m 02.0212=?=?==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得
()()
()()C m W 333.0C m W 5020002.002
.05021??=??-??=-=
t t S QL λ
2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为
20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。
解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2
32212
11b t t S b t t S
Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+?=+
21000.30.00030.30.00030.3150.000152t t t λ+=+=+?=+
代入λ1、λ2得
2.0100)00015.0315.0(4.01500)000
3.025.1(-+=-+t t t t
解之得
C 9772?==t t
()()()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ
则 ()
221
11
m W 2017m W 4
.0977
1500543.1=-?
=-=b t t S Q λ
3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)，
设A 的内层温度和B 的外层温度分别为170 ℃和40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？
解：
()()m
W 150m W 100
159100502159ln 0.11159502159ln 1.014017014.32ln 21
ln 212
3
21212
1=++?++?+-??=
+-=
r r r r t t L Q πλπλ
A 、
B 两层互换位置后，热损失为
()()m
W 5.131m W 100
159100502159ln 1.01
159502159ln 0.114017014.32ln 21
ln 212
3
21212
1=++?++?+-??=
+-=
r r r r t t L Q πλπλ
4．直径为57mm 3.5φ?mm 的钢管用40 mm 厚的软木包扎，其外又包扎100 mm 厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为120-℃，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?W/(m ℃)和0.07?W/(m ℃)，试求每米管长的冷损失量。 解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则 ()()m
W 53.24m
W 04.00285.01.004.00285.0ln 07.010285.004.00285.0ln 043
.011012014.32ln
1ln 1
π223212121-=+++++--??=+-=r r r r t t L Q λλ 5．在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为Φ25 mm×2.5 mm 的钢管，其导热系
数为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600 W/(m 2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m 2·℃)。试求基于管外表面积的总传热系数K ，以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。 解：由o o
o o m i i
1
1K d d b d d αλα=
++ 查得钢的导热系数 ()C m W 452??=λ
2.5b =mm o 25d =mm ()mm 20mm 5.2225i =?-=d mm 5.22mm 2
20
25m =+=
d ))C m W 6.50C m W 02
.02600025.00225.045025.00025.0521122o ??=???+??+=K
壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为
o o o o
1
50.6100%100%100%97.3%152K K αα?=?=?=
管程对流传热热阻占总热阻的百分数为
o
o o i i i i o
50.60.025100%100%100% 2.4%126000.02d K d d d K αα??=?=?=?
管壁热阻占总热阻的百分数为
o
o o m m o
0.00250.02550.6100%100%100%0.3%1450.0225bd bd K d d K λλ???=?=?=?
6．在一传热面积为40 m 2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h ，其温度由22 ℃升高到36 ℃。溶液温度由115 ℃降至55 ℃。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40 ℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，i o αα、分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。
解：求清洗前总传热系数K
()()C 7.52C 22
5536115ln
225536115m ?=?-----=?t
())()C m W 231C m W 7.52403600223610174.430000223m ??=????-???=?=t S Q K 求清洗后传热系数K '
由热量衡算
h p,h 12c p,c 21()()W C T T W C t t -=-
h p,h 12c p,c 2
1()()W C T T W C t t ''-=- c p,c 212
1h p,h
()W C T T t t W C ''=-- ()()C 9.37C 2240223655
1151151212211?=???
????----=-'---
=t t t t T T T ()()C 1.38C 22
9.3740115ln
229.3740115m ?=?-----=
'?t ()())C m W 8.410C m W 1
.38403600224010174.430000223??=????-???=K
清洗前两侧的总传热热阻
W C m 109.1W C m 8.41012311112
32S ???=????
? ??-='-=-∑K K R
7．在一传热面积为25 m 2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 000kg/h ，其温度由25 ℃升至38 ℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机溶液的温度由110 ℃降至65 ℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。 解：p,c 4.17C = kJ/(kg·℃)
c p,c 21()Q W C t t =- ()W 1022.4W 25381017.43600
28000
53?=-???=
求m t ?
水 38 ← 25
———————————————— t ? 72 40 C 4.54C 4072ln 4072m ?=?-=?t
()()C m W 3.310C m W 4
.54251022.4225
??=????=K
()()h kg 10963.1s kg 452.5kg 651101072.11022.443
5
21h h ?==-???=-=K T T c Q W p 8．在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h ，其
初始温度为30 ℃，平均比热容为4.174 kJ/（kg·℃）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h ，温度由180 ℃降至120 ℃，平均比热容为1.72 kJ/（kg·℃）。设换热器的总传热系数为500 W/(m 2·℃)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。
解： ()()kW 3.401h kJ 104448.1h kJ 12018072.114000621h =?=-??=-=T T Wc Q p
冷却水的出口温度为
C 61.64C 30174.410000104448.161c c 2?=????
? ??+??=+=t c W Q
t p 逆流时
()()C 102.2C 90
39.115ln
39
.25C 30
12061.64180ln
3012061.64180m ?=?=
?-----=
?t 223m
m 854.7m 2
.102500103.401=??=?=t K Q
S 逆 并流时
()()C 97.94C 150
39.55ln
61
.94C 30
18061.64120ln
3018061.64120m ?=?=
?-----=
?t 22
3m m 452.8m 97
.94500103.401=??=?=t K Q S 逆
9．在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1 600 m 3/h ，常压下苯的沸点为80.1 ℃，气化热为394 kJ/kg 。冷却水的入口温度为20 ℃，流量为35 000 kg/h ，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。总传热系数为450 W/(m 2·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。 解：苯蒸气的密度为
()
33m kg 692.2m kg 1.8027308206.078
1=+??==RT PM ρ
h kg 2.4307h kg 692.21600h =?=W
W 1071.4h kJ 10697.1h kJ 3942.430756h ?=?=?==γW Q
c p,c 21()Q W C t t =-
23535000
4.1710(20) 4.71103600
t =
??-=? 解出 231.6t =℃
求m t ?
苯 80.1 → 80.1
———————————————— t ? 48.5 60.1
C 1.54C 5.481.60ln
5.481.60m ?=?-=?t
22
5m m 3.19m 1
.544501071.4=??=?=t K Q S
10．在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30 ℃，出口温度为65 ℃。油在管程流动，进口温度为120 ℃。出口温度为75 ℃，试求其传热平均温度差。 解：先求逆流时平均温度差
油 120 → 75 水 65 30 t ? 55 45
C 8.49C 4555
ln 4555ln 1
2
12m
?=?-=???-?='?t t t t t
计算P 及R
21116530
0.38912030t t P T t --===-- 122112075
1.2866530
T T R t t --===--
查图5-11（a ）得
Δt 0.875?=
C 6.43C 8.49875.0m
Δt m ?=??='?=?t t ? 11．某生产过程中需用冷却水将油从105 ℃冷却至70 ℃。已知油的流量为6 000 kg/h ，水
的初温为22 ℃，流量为2 000 kg/h 。现有一传热面积为10 m 2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求： （1） 两流体呈逆流流动； （2） 两流体呈并流流动。
设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/(m 2·℃)；油的平均比热容为1.9 kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。热损失可忽略。 解：本题采用NTU -ε法计算 （1）逆流时
C W 7.3166C W 109.236006000
3h h ?=???=
p c W C W 7.2316C W 1017.436002000
3c c ?=??=p c W
min R max 2316.7
0.7323166.7
C C C ===
min min 30010
() 1.2952316.7
KS NTU C ?===
查图得 0.622ε=
min 11()Q C T t ε=-
()W 10196.1W 221057.2316622.05?=-??=
C 70C 2.67C 7.316610196.11055h h 12?
????-=-=p c W Q T T 能满足要求 （2）并流时 R 0.732C =
min () 1.295NTU =
查图得 0.526ε=
()W 10011.1W 221057.2316526.05?=-??=Q
C 70C 1.73C 7.316610011.110552?
?
????-=T 不能满足要求 12．在一单程管壳式换热器中，管外热水被管内冷水所冷却。已知换热器的传热面积为5 m 2，总传热系数为1 400 W/(m 2·℃)；热水的初温为100 ℃，流量为5 000 kg/h ；冷水的初温为20 ℃，流量为10 000 kg/h 。试计算热水和冷水的出口温度及传热量。设水的平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃)，热损失可忽略不计。
解： C W 5806C W 1018.43600
5000
3h h ?=???=p c W
C W 11611C W 1018.4360010000
3c c ?=???=p c W 5.011611
6
.5805max min R ===C C C
min min 14005
() 1.215805.6KA NTU C ?===
查图得 0.575ε=
传热量 min 11()Q C T t ε=-
()W 1067.2W 201006.5805575.05?=-??= 122
111000.57510020
T T T T t ε--=
==-- 解出 254T =℃ 212R 1220
0.510054
t t t C T T --=
==--
解出 243t =℃
13．水以1.5 m/s 的流速在长为3 m 、直径为mm 5.2mm 25?φ的管内由20 ℃加热至40 ℃，试求水与管壁之间的对流传热系数。 解：水的定性温度为
C 30C 2
40
202b2b1f ?=?+=+=
t t t 由附录六查得30°C 时水的物性为
ρ＝995.7 kg/m 3，μ=80.07×10－5
Pa·s ，λ=0.6176W /(m C)??，Pr =5.42
则 4i b 5
0.02 1.5995.7
e 3.731080.0710
d u R ρ
μ
-??=
=
=??（湍流） i 3150600.02
L d ==>
Re 、Pr 及
i
d L
值均在式5-59a 的应用范围内，故可采用式5-76a 近似计算α。 水被加热，取n =0.4，于是得
()()()C m W 6345C m W 42.51073.302.06176.0023.0Pr Re 023.0224.08
.044.08.0i ??=??????==d λα
14．温度为90 ℃的甲苯以1500 kg/h 的流量流过直径为57mm 3.5φ?mm ，弯曲半径为0.6 m 的蛇管换热器而被冷却至30 ℃，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。
解：甲苯的定性温度为 C 60C 2
30
902b2b1f ?=?+=+=
t t t 由附录查得60C ?时甲苯的物性为
ρ＝830 kg/m 3，C p ＝1840 J/(kg·℃)，μ=0.4×10
－3
Pa·s ，λ=0.1205W /(m C)??，
r P =3
p 18400.410 6.110.1205
c μ
λ-??==
则 m 256.0m 05.04
π
83036001500
4π2
2i b =???==
d w u ρ 26539104.0830
256.005.03
b i =???=
=
-μρ
u d Re （湍流）
流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时可用下式计算对流传热系数，即
i (1 1.77)d
R
αα'=+
式中 α'—弯管中的对流传热系数，2W (m C)??； α—直管中的对流传热系数，2W C)??； d i —管内径，m ；
R —管子的弯曲半径，m 。
()()C m W 5.395C m W 11.63.2653905.01205
.0023.0Pr Re 023
.0224.08.04
.08.0i
??=?????
==d λ
α
())C m W 6.35C m W 6.005.077.115.39577.112
2i ??=????? ???+?=??? ?
?+='R d αα
15．压力为101.3 kPa ，温度为20 ℃的空气以60 m 3/h 的流量流过直径为57mm 3.5mm φ?，长度为3 m 的套管换热器管内而被加热至80 ℃，试求管壁对空气的对流传热系数。
解：空气的定性温度为
C 50C 2
80
202b2b1f ?=?+=+=
t t t 由附录五查得50 ?C 时空气的物性为
ρ＝1.093 kg/m 3，C p ＝1005 J/(kg·℃)，μ=1.96×10
－5
Pa·s ，λ=0.0283W /(m C)??，Pr =0.698
则 s m 50.8m 05.04
3.14360060
4π2
2i b =??==
d w u ρ i b 5
0.058.5 1.093
e 23679.51.9610
d u R ρ
μ
-??=
=
=?（湍流）
()())C m W 6.35C m W 698.03.2367905
.00283.0023.0Pr Re 023
.0224.08
.04
.08.0i
??=?????
==d λ
α
16．常压空气在装有圆缺形挡板的列管换热器壳程流过。已知管子尺寸为
38mm 3φ?mm ，正方形排列，中心距为51 mm ，挡板距离为1.45 m ，换热器外壳内径为8.2
m ，空气流量为43410m /h ?，平均温度为140 ℃，试求空气的对流传热系数。 解：由附录五查得140?C 时空气的物性为 ρ＝0.854 kg/m 3，C p ＝1013 J/(kg·℃)，μ=2.37×10－5
Pa·s ，λ=0.0349W /(m C)??，Pr =0.694
采用凯恩（Kern ）法，即
0.5513w 0.36e r Nu R P ?= （5-63） 或 0.55130.14
e e w
0.36
()r ()d u P d ρλμαμμ= （5-63a ） 传热当量直径e d '可根据管子排列情况进行计算。 管子为正方形排列，则 22o e o
4()
4πt d d d π
-
=
式中 t —相邻两管的中心距，m ； D o —管外径，m 。 代入t 和d o 得
m 049.0m 038
.0π038.04π0.0514π4π422o 2o 2e =??
?? ???-=??? ??-=d d t d 式5-63及式5-63a 中的流速u 可根据流体流过管间最大截面积A 计算，即
o
(1)d A zD t
=-
式中 z —两挡板间的距离，m ； D —换热器的外壳内径，m 。 代入z 、D 、t 和d o 得
2
2o m 03.1m 051.0038.018.245.11=??? ??-??=??? ?
?-=t d zD A
s m 74.10s m 03
.136001044
=??==A V u
上述式中的w ?对气体可取为1.0。 0.55130.14
e e w
0.36
()Pr ()d u d ρλμαμμ= ()()C m W 8.50C m W 684.01037.2854.074.10049.0049.00349.036.0223155
.05??=????
?
?
???????=-
17．将长和宽均为0.4 m 的垂直平板置于常压的饱和水蒸气中，板面温度为98 ℃，试计
算平板与蒸汽之间的传热速率及蒸汽冷凝速率。 解：水的定性温度为
C 99C 2
100
982sat w f ?=?+=+=t t t
由附录六查得99 ?C 时水的物性为
ρ＝958.5 kg/m 3，C p ＝4220 J/(kg·℃)，μ=28.41×10－5
Pa·s ，λ=0.683W /(m ?o C)，Pr =1.762
由附录八查得100 ?C 时饱和蒸气的物性为 2258r =kJ/kg ，v 0.597ρ=kg/m
对于此类问题，由于流型未知，故需迭代求解。首先假定冷凝液膜为层流，由式5-135得
()()4
1w sat 3m 13.1??
????--=t t L gr v μλρρρα
()())
()
C m W 10468.1C m W 981004.01041.28683.010225881.9597.05.9585.95813.12424
15
33???=????
?
???-???????-?=-v
核算冷凝液流型，由对流传热速率方程计算传热速率，即
()()W 93952W 9810024.04.010468.14w sat =-?????=-=t t S Q α 冷凝液的质量流率为
s kg 1016.4s kg 10
22589395223-?=?==
r Q w 单位长度润湿周边上的凝液质量流率为
)s m kg 102.5s kg 4
.021016.422
??=??==Γ--P w
则 18003.69310
3.0102.544Re 32
f <=???=Γ
=--μ 故假定冷凝液膜为层流是正确的。
18．常压水蒸气在一25mm 2.5φ?mm ，长为3 m ，水平放置的钢管外冷凝。钢管外壁的
温度为96 ℃，试计算水蒸气冷凝时的对流传热系数。若此钢管改为垂直放置，其对流传热系数又为多少？由此说明工业上的冷凝器应如何放置？ 解：由附录查得，常压水蒸气的温度为100 ℃。
定性温度C 98C 2
96
1002s w f ?=?+=+=
t t t 由附录查得在98 ℃下，水的物性为：
()s Pa 1003.29;kg kJ 08.2261C m W 6822.0m kg 78.960523??==??==-μλρr ；；
水平放置
()()
C m W 17530C m W 4025.01003.296822.081.978.9601008.2261725.0725.022
5
3234
132??=????
???????????=?
?
?
????=-t L g r μλρα 垂直放置
)()
C m W 7427C m W 431003.296822.081.978.9601008.226113.113.122
5
3234
132??=????
???????????=?
?
?
????=-t L g r μλρα 通过上述计算可知，工业上的冷凝器应水平放置。
19．两平行的大平板，在空气中相距10 mm ，一平板的黑度为0.1，温度为400 K ；另一平板的黑度为0.05，温度为300 K 。若将第一板加涂层，使其黑度为0.025，试计算由此引起的传热通量改变的百分数。假设两板间对流传热可以忽略。 解：第一板加涂层前
因是两平行的大平板，则1?=；
()()42422
1
021K m W 196.0K m W 1201067
.51
11?=?-+=-+=
-εεC C ；
于是
2
2444241212
1m
W 22.34m W 1003001004001196.0100100=??????????? ??-??? ????=???
???????? ??-??? ??=--T T C S Q ?
第一板加涂层后
()()
42422
1021K m W 096.0K m W 1204067
.51
11?=?-+=-+=
'-εεC C
()
224442412121m
W 82.16m W 1003001004001096.0100100=??????????? ??-??? ????=???
???????? ??-??? ??''='
--T T C S Q ?
空气导热的热通量C 77C 2
127
27221m ?=?+=+=
t t t ，查得C 77?时，空气的导热系数()C m W 03.0??=λ
()()()222121m W 300m W
30040001
.003.0=-=-="-t t b
S Q λ
加涂层前后传热通量减少的百分率为
()()
%2.5%10030022.3482
.1622.3421212121=?+-="+'
-----S Q S Q S Q S Q
20．用压力为300 kPa （绝对压力）的饱和水蒸气将20 ℃的水预热至80 ℃，水在
25mm 2.5φ?mm 水平放置的钢管内以0.6 m/s 的速度流过。设水蒸气冷凝的对流传热系数为5 000 W/(m 2·℃)，水侧的污垢热阻为6×10-4 m 2·℃/W ，蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求（1）换热器的总传热系数；（2）设操作半年后，由于水垢积累，换热能力下降，出口水温只能升至70 ℃，试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。 解：查附录得，300 kPa 的饱和水蒸气温度为133.3 ℃ 水的定性温度为
（1）12m 8020
50C 22
t t t ++=
==? 在50 ℃下，水的物理性质如下：
())2364.7810W m 988.1kg m Pa s 4.174kJ kg C p C C λρμ-=???=??=??-5；；=54.9410；
4
i 2
0.020.6988.1
e 21582104.1741000 3.5464.7810
p d u R c Pr ρ
μμλ-??=
==>????===?-5
-5
54.941054.9410
应用公式5-58a 进行计算
)()C m W 3627C m W 53.32158202
.06478
.0023.0Pr Re 023
.0224.08.04
.08.0i
??=?????
==d λ
α
())C m W 4.772C m W 20
25
10636272025500011
1
1224i
o
Si i i o o
??=????+?+=
++
=
-d d
R d d K αα
（2）m c c 21()p Q KS t W C t t =?=- （a ）
m c c 21()p Q K S t W C t t ''''=?=- （b ）
（b ）式÷（a ）式，得
m 21m 21
K t t t K t t t '''?-=?-
()()
C m W 2.596C m W 4.772803.133203.133ln 703.133203.133ln ln
ln ln
ln 22212
1
2112
21121212m m 1212??=???----=--'--='---'-----'='??--'=K t T t T t T t T K t T t T t t t T t T t t t t t t K t t t t t t K
()C m W 2.59620
25
36272025500011
1
1
2si i
o Si
i i o o
??=?+?+=
'++
=
R d d
R d d K αα
21．在一套管换热器中，用冷却水将4 500 kg/h 的苯由80 ℃冷却至35 ℃，；冷却水在5.2mm 25?φmm 的内管中流动，其进、出口温度分别为17 ℃和47 ℃。已知水和苯的对流
传热系数分别为850 W/(m 2·℃)和1 700 W/(m 2·℃)，试求所需的管长和冷却水的消耗量。
解：苯的定性温度
C 5.57C 2
35
80221m1?=?+=+=
t t t 57.5C ?时苯的定压热容为1.824 kJ/（kg·
℃） 水的定性温度
C 27C 2
3717221m2?=?+='+'=t t t
27C ?时水的定压热容为4.176 kJ/（kg·
℃） 冷却水的消耗量
h h 12c c 21()()p p Q W C T T W C t t =-=- ()()
()()
h kg 2948h kg 1747176.43580824.1450012c 21h h c =-?-??=
--=
t t c T T c W W p p 管长
()21h h m T T c W t KS Q p -=?=
()()C m W 7.485C m W 850
2025
170011
1
122i
i o o
??=???+
=
+
=
ααd d K
()()C 75.24C 17
354780ln 17354780m ?=?-----=
?t
32si
1.210m C W R -'=???
()()223m
21h h m 535.8m 75
.247.4853600358010824.14500=??-???=?-=
t K T T c W S p
22．某炼油厂拟采用管壳式换热器将柴油从176℃冷却至65℃。柴油的流量为9800kg/h 。冷却介质采用35℃的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于30kPa ，试选择适宜型号的管壳式换热器。
解：略
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
第四章 传 热 热传导 【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。 解 2375℃, 30℃t t == 计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=?016℃ (1757530025005016016) t --= ..145 025********t =?+=℃ 【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。软木的热导率λ= W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为 3℃，试计算单位表面积的冷量损失。 解 已 知 .(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==?=， 则单位表面积的冷量损失为 【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m 2 ，材料的厚度为0.02m 。现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。 解 根据已知做图 热传导的热量 .28140392Q I V W =?=?= .().() 12392002 002280100Qb A t t λ?= = -- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m ·℃)。 耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。 (1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。 (2) 若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。 解 (1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。 绝热砖层厚度2b 的计算 每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为 习题4-1附图 习题4-3附图 习题4-4附图
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
第四章 传热 填空题 （1） 对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对 流传热的重要途径。 答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度 （2）黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39 分析：斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而非摄氏温度，即4 273300273600?? ? ??++=5.39。 （3）处理量为440kg/h 的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后，该溶液 在管内生成积垢，使换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出口温度不变， 则该溶剂的处理量变为 。 答案：400kg/h 分析：设Q=m t KA ? m t A K Q ?='' ∴ ==''K K Q Q K K 11 '=1.1 故 Q '=1 .14401.1=Q =400kg/h 选择题 （1）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 （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
B. 克希霍夫 D. 普郎克 答案：B （3）关于下面两种说法的正确结论应是（ ）。 1）固体的辐射和吸收只能在表面上进行，因此只和表面积的大小和表面特性有关； 2）气体的辐射和吸收是在整个体积上进行的，必然和气体积的大小和形状有关。 A. 这两种说法都对； C. 第一种说法对，第二种说法错； B. 这两种说法都错； D.第二种说法对，第一种说法错 答案：A （4）传热速率公式q=KAΔt m 中，Δt m 的物理意义是（ ）。 A.器壁内外壁面的温度差; B.器壁两侧流体对数平均温度差; C.流体进出口的温度差; D.器壁与流体的温度差。 B （5）用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ ） A. 蒸汽的温度； B. 空气的出口温度； C. 空气进、出口平均温度 A （6）（ ）是指当间壁两侧泠、热流体之间的温度为1K 时，在单位时间内通过单位传热面积，由热流体传给泠流体的热能。 A. 导热系数； B. 对流传热系数； C. 总传热系数 C （7）在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K 值接近于（ ）。 A. α蒸汽 B. α空气 C. α蒸汽与α空气的平均值 B （8）翅片管换热器的翅片应安装在( )。 A. α小的一侧 B. α大的一侧 C. 管内 D. 管外 A 计算题 （1）某厂库存有一台列管式换热器，其主要尺寸为：列管规格?38,3?管长4m ，管数127根，欲利用这台换热器，用水蒸气加热空气。蒸汽走壳程，空气走管程，空气流量为6000标准3m / 小时，要求自20℃加热至100℃以上。 已知：空气侧对流传热系数为?2/58m W ℃； 蒸汽侧对流传热系数为11000 w/2m ℃ 污垢热阻和管壁热阻可以忽略不计； 标准状况下，空气密度为1.29kg/3m ，操作条件下空气比热取1.01kJ/kg.℃ 蒸汽的有关参数见附表。
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×
5-1、在葡萄糖水溶液浓缩过程中，每小时的加料量为kg 3000，浓度由15%（质量）浓缩到70%（质量）。试求每小时蒸发水量和完成液量。（答：1h kg 2357-?，1h 43kg 6-?） 解：⑴蒸发水量10h kg 2357)70 .015.01(3000)1(-?=-=- =x x F W ； ⑵完成液量1h kg 64323573000-?=-=-W F 。 5-2、固体NaOH 的比热容为11K kg kJ 31.1--??，试分别估算NaOH 水溶液浓度为10%和25%时的比热。 （答：11K kg kJ 77.3--??，11K kg .47kJ 3--??） 解：⑴%10浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 77.3)1.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ； ⑵%25浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 47.325.031.1)25.01(183.4)1(--??=?+-=+-='x c x c c w 质。 5-3、已知单效常压蒸发器每小时处理kg 2000 NaOH 水溶液， 溶液浓度由15%（质量）浓缩到25%（质量）。加热蒸汽压力为92kPa 3（绝压），冷凝温度下排出。分别按20℃加料和沸点加料（溶液的沸点为113℃）。求此两种情况下的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。假设蒸发器的热损失可以忽略不计。（答：1h kg 1160-?、45.1，1h 50.9kg 8-?、06.1） 解：蒸发水量110h kg 800)25 .015.01(2000)1(-?=-=-=x x F W ， 92k P a 3时蒸气的潜热1kg kJ 2132-?=r ， N a O H 溶液的比热11K kg kJ 56.3)15.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， ⑴原料于C 20?加入 二次蒸气的焓1kg kJ 2670-? 1h kg 11602132 2056.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-= D 45.18001160==W D ； ⑵沸点加料 1h kg 9.850213211356.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-=D 06.18009.850==W D 。 5-4、传热面积为52m 2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500kg 浓度为7%（质量）的某种水溶液。原料液的温度为95℃，常压下的沸点为103℃。完成液的浓度为45%（质量）。加热蒸汽表压力为96kPa 1。热损失为110000W 。试估算蒸发器的总传热系数。（答：12K m W 936--??） 解：查得96kPa 1时水蒸气饱和温度为C 9.132?， atm 1时水蒸气的潜热为1kg kJ 2258-?， 110h kg 2111)45 .007.01(2500)1(-?=-=-=x x F W ， 11K kg kJ 894.3)07.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， 由传热方程及热量衡算式得： 损Q W t t Fc t t KA r ++-=-)()(0112
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
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
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__________。
传热 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： 值。间壁换热器管壁温度t w接近于值_ (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。 (6) 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>b a，导热系数：1<：2<：3,在稳定传热过程中，各层的热阻________ ，各层导热速率________ 0 (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 ________ 、_______ 和_______________ 三个阶段。实际操作应控制在________ 0在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而_0 (10) 传热的基本方式有—、—和—三种。热传导的基本定律是爲：其表达式为m 0 (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___________ 0 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
、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 第五章 传热过程基础 1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。 解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 L t t S Q 2 1-=λ 式中 W 50W 1005.0=?==IV Q m 02.0C 50C 200m 02.0212=?=?==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得 ()() )()C m W 333.0C m W 5020002.002 .05021??=??-??=-= t t S QL λ 2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为 20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2 32212 11b t t S b t t S Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+?=+ 21000.30.00030.30.00030.3150.000152 t t t λ+=+=+?=+ 代入λ1、λ2得 2.0100)00015.0315.0(4.01500)000 3.025.1(-+=-+t t t t 解之得 C 9772?==t t ()()()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ 则 () 221 11 m W 2017m W 4 .0977 1500543.1=-? =-=b t t S Q λ 3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)， 小测验 第五章 第一章 第二章 第三章 第四章 第六章 第五章传热 1.翅片管换热器的翅片应安装在(A)。 A. α小的一侧 B. α大的一侧 C. 管内 D. 管外 2.工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（C）。 A. 增加热阻，减少热量损失; B. 节约钢材、增强美观; C. 增加流体的湍动，提高传热效果。 3. 对流传热是由（C）因素产生的。 A. 流体分子的热振动（传导）; B.流体体内电子的移动; C. 流体质点的位移、扰动。 4.热量传递的基本方式是（D）。 A. 恒温传热和稳态变温传热; B. 导热给热和热交换; C. 气化、冷凝与冷却; D. 传导传热、对流传热与辐射传热 5.传热基本方程Q＝KAΔtm，式中的Δtm是指（B）的平均温度差。 A.器壁内外壁面; B.器壁两侧流体; C.流体进出口; D.器壁与流体之间。 6.流体主体与器壁间的对流传热,其热阻主要存在于（ C ）。 A. 流体主体内; B. 器壁内; C. 滞流内层中; D. 流体湍流区域内。 7.对一台正在工作的列管式换热器，已知αi＝116w/m2.K,α0＝11600 w/m2.K，要提高传热系数K，最简单有效的途径是（A ）。 A. 设法增大αi; B. 设法增大α0; C. 同时增大αi和α0。 8.用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ B ） A. 蒸汽的温度； B. 空气的出口温度； C. 空气进、出口平均温度 9.（C）是指当间壁两侧泠、热流体之间的温度为1K时，在单位时间内通过单位传热面积， 由热流体传给冷流体的热能。 A. 导热系数λ； B. 对流传热系数ａ； C. 总传热系数K 10. 间壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高对流传热系数ａ （B ）之值。 A. 大者； B. 小者； C. 两者； 11. 在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（ C ）。 A. α蒸汽 B. α空气 C. α蒸汽与α空气的平均值 化工原理—传热复习题及答案 一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） 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，冷水进口温度为15?C，出口温度为53?C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的（）。 A、5%； B、6%； C、7%； D、8%； 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0.03m2，厚度为0.01m。测量数据如下： 电热器材料的表面温度℃ 安培数 A 伏特数V 高温面低温面 2.8 2.3 140 115 300 200 100 50 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λ 和a值为多 少？ 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。 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。 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。 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：①r0 = 16.5mm = 0.0165m ，r1 =19mm = 0.019 m r2= r1＋ 1 = 0.019＋0.05 = 0.069 m r3= r2＋2= 0.069＋0.01 = 0.079 m 0= 45 W/(m·℃) W/m ②即 ∴t2= 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、外表面积，试推导此式。新版化工原理习题答案(05)第五章 传热过程基础
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