“对流传热”例题
例题1：一流体流过平壁位置x
处的温度分
布为2
210)(y
a y a a y t ++=
，式中0a 、1
a 和2
a 是
常数。已知流体与壁面间温度差为t ?，试求局部对流换热系数x
h 的表达式。
解 根据对流传热的基本微分方程式得
y x
x )(
=???-
=y
t
t h λ
将温度分布2210)(y a y a a y t ++=代入得
t
a t
y a a y
t
t h ?-
=?+-
=???-
===λλλ
10
y 210
y x
x )2()(
因此若贴壁处温度分布已知，较容易求得对流换热系数，这正是理论求解对流换热系数的基本思路。
例题2：一流体沿特别粗糙的平壁表面流动并与之发生对流换热，实验测得平壁某位置
x 处的局部对流换热系数满足1
.0)(-=kx x h x
，式中k 是实验系数，x 是实验位置点距平壁前缘的距离。试求平壁x 长度上的平均对流换热系数h 与位置x 处的局部对流换热系数x
h 间的关系式。
解 对于局部对流换热系数x
h 仅沿x 方向变化的平壁对流
换热，则 ?=
x 0x
)(1dx x h x
h
将关系式1
.0)(-=kx
x h
x
代入得
1
.09
.0x 0
1.0 11.19
.0 1--==
=
?x
k x
x k dx x k x
h
即
x
11.1h h =
因为局部对流换热系数x
h 随x 而减小，故平均对流换热系数h 较之要大。
例题3：证明两个无相变对流换热现象相似，努塞尔Nu 数相等。
解 根据对流换热的基本微分方程式可得
现象A
y x
x
)(
=''
?'
?'?'
-='y t t h λ (a)
现象B
y x
x
)(
=''''
'?'
'?''?'
'-=''y t t h λ (b)
现象A 和B 彼此相似，它们的各同名物理量场也对应成同一比例，即
h h C h '''=/；λλλ'''=/C ；t t C '''=/t ；y y C '
''=/L (c)
将式(c)代入式(a)，有
y x
x
L )(
C =''''
'?'
'?''?'
'-=''y t t h C C h λλ
(d)
比较式(d)和式(b)，可得
1c L =λ
C C h
(e)
式(e)表达了两个无相变对流换热过程中，其相似倍数之间的制约关系。进一步将式(c)代入式(e)，可得
λλ'
''
'''=
'
'
'y h y h (f)
习惯上把换热面的几何尺寸用其特征尺寸x 表示，则式(f)可表示为
λ
λλhx
y h y h =
'''
'''=
'
'
' (g)
令 λ
hx
Nu
=
此即努塞尔数Nu 。
注：努塞尔反映了对流换热的强弱。努塞尔数Nu 越大，对流换热越强。Nu 数与前面述及的毕渥数Bi 的表达式相近，但前者式中的λ是流体的导热系数，而后者式中的λ一般是固体的导热系数；另外，两者的物理意义有所不同。
例 4 ：待定准则Nu 数和已定准则Re 数及Pr 数之间的函数关系一般整理成幂函数的形式为m
n
Pr
Re C Nu
= 式中，C 、m 及n
等是常数，均由实验确定。试说明一般实验如何确定C 、m 及
n 等常数？
解 式m n Pr Re C Nu =两边取对数后，得
Re
n Pr
C Nu m
lg )lg(lg +=
因此在以Re lg 为横坐标、Nu lg 为纵坐标的双对数坐标图上，该方程代表一条直线，n 是斜率，)lg(m Pr C 是截距。实验中以Pr 数为定值，改变Re 数的值。然后将各对应的Re 数和Nu 数值作为实验点标在双对数坐标图上。根据实验点拟合的直线可以求出其斜率，即获得指数n 。
再将式m n Pr Re C Nu =改写为 m n Pr C Re Nu =- 两边取对数后，得
Pr
m C Re
Nu n
lg lg )lg(+=-
因此在以Pr lg 为横坐标、)lg(n Re Nu -为纵坐标的双对数坐标图上，该方程也代表一条直线，m 是斜率，C lg 是截距。前述实验已确定指数n ，再以不同的流体或在不同的Pr 数条件下进行实验，将得到一系列相对应的Pr 数和n Re Nu -值。同样将各个对应的Pr 数和n Re Nu -值作为实验点标在双对数坐标图上，根据实验点拟合的直线可以求出其斜率和截距，即获得指数m 和系数C 。
当常数C 、m 和n 都确定后，准则方程式的具体形式即实验关联式也就确定了。
例题5：用平均温度为50℃空气来模拟平均温度为400℃的烟气横向绕流管束的强制对流换热，烟气流动速度在10~15m/s 范围内变化，模型采用与实型相同的管径。试问模型中空气
的流速应在多大范围内变化。
解 根据相似第三定理，本题模型与实型研究的是同类现象，而且单值性条件相似，因此只要已定准则Re 数和Pr 数相等即可。但查附录得：400℃的烟气的普朗特数640.Pr =，而50℃的空气的普朗特数6980.Pr =，两者不相等，考虑到普朗特数并不是影响强制对流换热的主要因素，而且两个数值相差并不是很大，因此只要求雷诺数Re 相等就可以进行该模化实验。
νν'
'''''=
'
''=
D v D v Re f
f
D D v v '
'''''''='ννf f
查附录可知，400℃的烟气的运动黏度为
1038.606-?=νm 2/s ，50℃的空气的运动黏度为
10
95.176
-?=νm 2/s 。再考虑到模型与实型管径相同，则
模型中空气的流速范围为
)
46.4~97.2(110
38.601095.17)15~10(6
6f f
=????
='
'''''''='--D D v v ννm/s
例题6：空气横向绕流外直径为12mm 的单管的强制对流换热实验中，保持空气温度f
t 恒定，通过测量管壁温度w
t 、空
气温度f
t 、空气流速f
v 及对流换热热流量Φ等，综合成8组准
则数，其数据列在下表中。试确定该对流换热现象中准则数间的具体函数关系，即实验关联式。
解 空气温度f
t 恒定，即其普朗特数Pr 不变，因此该对流
换热的准则方程式写成幂函数形式为
n
Re
C Nu =
若把题中实验数据绘制在双对数坐标图上，所得各点应该近似分布在同一条直线，该直线的斜率即是上式中的指数n 。将上式两边同取常用对数为
Re
n C Nu lg lg lg +=
现选取实验数据中的3组来计算指数n ，如以上表中的1、5和8组为例，则
328.0736.3064.4)5450lg()11600lg(lg lg 15=-=-=-Re Re
195
.0601.1796.1)9.39lg()5.62lg(lg lg 15
=-=-=-Nu Nu
直线斜率为
595
.0328
.0195.0lg lg lg lg 1
51
5
1==
--=
Re Re Nu Nu
n
同理
246.0064.4310.4)11600lg()20400lg(lg lg 58=-=-=-Re Re
148
.0796.1944.1)5.62lg()9.87lg(lg lg 5
8=-=-=-Nu
Nu
直线斜率为
602
.0246
.0148.0lg lg lg lg 5
85
82==
--=
Re Re Nu
Nu n
因此可得指数n 为
60
.02
602
.0595.02
2
1≈+=
+=
n n n
则实验系数60
.0/Re
Nu C =，仍取上表中的1、5和8组为例，则 2286
.05450
9.3960
.060
.01
11==
=
Re Nu C 2276
.011600
5.6260
.060.05
5
5==
=
Re
Nu C 2281
.020400
9.8760
.060.08
8
8==
=
Re
Nu C
因此可得系数C 为
2281
.03
2281
.02276.02286.03
8
51=++=
++=
C C C C
最后求得空气横向绕流单管时的强制对流换热的实验关联式为
.0
60
Nu
R
.0e
2281
例题7：水流过一直圆管，从25.3℃被加热到34.7℃。已知管长度为5m，管内直径为20mm，管壁面温度恒定，水在管内的平均流速为2m/s。试求水与圆管壁面间的对流换热系数。
解 首先计算雷诺数Re ，以选择适当的实验关联式。水的平均温度为
302
7
.343.252
f f
f =+=
''+'=
t t t ℃
以此温度为水的定性温度，从附录中查得
K)
W/(m 618.0?
=λ，s /m 10
805.02
6
-?=ν
，42
.5f =Pr ，
3
kg/m
7.995=ρ，K)
kJ/(kg
174.4p
?
=c
则雷诺数Re 为
4
4
6
3f f 10
10
97.410
805.0)
1020(2>?=???=
=
--ν
d
v Re
因此流动处于旺盛紊流状态。水被加热，则
42
.5)
1097.4(023.00.023=4
.08
.040.4
f
0.8
f f
=
???=Pr Re Nu
即水和圆管壁面间的对流换热系数为
7988
10
20618.05.2583
f =??=
=
-d
Nu h λK)W/(m
2
?
根据适用范围，还需要验证水和壁面间的温差是否在中等温差以下。由稳态的热量传递可知，管壁对流换热给水的热流量应等于水所吸收的热流量，即
)()(f f p m f w t t c q t t hA '-''=-
其中，m q 是水的质量流量，625.0]4/)1020(14.3[27.995)4/(22f m =????==-d v q πρ kg/s ；A 是对流换热面积，即圆管的内表面积，314.05)1020(14.33=???==-dL A π m 2。则
8.39314
.07988)
3.257.34()1017
4.4(62
5.030)
(3
f f p m f w =?-???+
='-''+
=A
t t c q t t α℃
水和圆管壁面间的温差208.9308.39f w <=-=-=?t t t ℃，因此在中等温差以下，即本题上述的计算有效。
例题8. 在一摩托车引擎的壳体上有一条高2cm 、长12cm 的散热片(其长度方向与车前进方向平行) ，其表面温度为150℃。若摩托车在20℃的环境中逆风前进，车速为30km/h ，风速为2m/s ，计算此时散热片的散热量？已知空气在85℃时的物性参数为：
2
10
09.3-?=λK)W/(m ?，6
106.21-?=νm 2
/s ，Pr=0.691。流体沿壁面流动时对流传热的
实验关联式为：
3
/12/1Pr Re
664.0m
m
m Nu = (5
105Re
?≤m
)； 3
/15/4Pr )871Re
037.0(m
m
m Nu -= (5
105Re
?>m
)
解：
(1) 该题为空气平行流过平壁两侧的对流传热问题。根据题意，定性温度取流体与壁面的平均温度，即： 852
150
202
=+=
+=
w
f m t t t ℃
则题中所给数据可直接应用。计算雷诺数Re ： 5
6
2
3
1055738910
6.21)
10
12()23600/1030(Re
?<=???+?=
=--ν
ul m
，即流动为层流。
(2) 选取实验关联式为：3
/12/1Pr Re 664.0m
m
m Nu =，则
6.140691
.057389
664.03
/12
/1=??=m Nu
2.3610
12)
10
09.3(6.1402
2
=???=
=?--l
Nu h n λ W/(m 2
﹒K)
(3) 散热处的散热量可按牛顿冷却公式求得：
6.22)20150()10212(2.362)(24=-?????=-=Φ-f w t t hA W
例题9. 用热线风速仪测定空气流速的试验中，将直径为0.1mm 的电热丝与来流方向垂直放置，电热丝温度为55℃，空气的来流温度为25℃，此时测得电加热的功率为20W/m 。假设除对流外换热其他热量交换可忽略不计，试确定此时空气的来流速度。
解 本题为空气横向绕流单圆柱体的强制对流换热。根据牛顿冷却公式可得
)(f t t hA w -=Φ
则
2122)
2555()10
1.0(301420
)
()
(3
f w L
f w =-???=
-Φ=
-Φ=
-t t D t t A h πK)
W/(m
2
?
取空气的定性温度为空气与电热丝壁面的平均温度m t ，即
402
25552
f
w m =+=+=
t t t ℃
查附录获得空气的物性参数值为 K) W/(m 0276.0?
=λ，/s m 1096.162
6-?=ν，699.0m =Pr
则努塞尔数Nu 为
689.70276
.0)
10
1.0(21223
m =??=
=
-λ
hD
Nu
假设雷诺数m Re 数值在40~4000之间，则
1/3
m
n
m m Pr Re C Nu =
查表得，上式中常数683.0=C ，466.0=n ，则代入数值得
3
/10.466
699
.0683.0689.7??=Re
求得雷诺数12.233m =Re ，因此其值在40~4000之间，符合假设。空气的来流速度为
m /s
54.3910
1.01096.161
2.2333
6
m
f =???
==--D
Re v ν
例题10：空气以26m/s 的速度横向绕流直径为35mm 、长为0.5m 的单根圆管，
对流换热量为900W 。管子前后空气的平均温度为25℃，试确定管壁的平均温度？已知：横向绕流单管的对流换热实验关联式为：
3
.0Pr Re
f n f
f
C Nu
= ，式中，C 、n 与Re f 的关系见下表；25℃时空气的物性参数
为：K )
W/(m
026.0?
=λ，s /m 105.1526-?=ν，71.0Pr =。
例题11：空气绕流由8排管子组成的顺排管束，管子外直径为40mm ，壁面温度为400℃，空气的平均温度为300℃，流过管束中最窄截面的平均流速为10m/s ，绕流冲击角为600
。试求空气与管束间的平均对流换热系数。
解 本题为绕流管束的对流换热问题。首先取定性温度为空气的平均温度300f =t ℃，查附录可得空气的物性参数值为
K) W/(m
0454.0?
=λ，/s m 1085.472
6-?=ν，68.0f =Pr
而据管束壁面温度400w =t ℃，查附录得空气的普朗特数为678.0w =Pr ，则
m/s 10359.810
85.47)
1040(103
6
3
f f ?=???=
=
--ν
D
v Re
根据雷诺数f Re 按顺排管束可查表获得常数27.0=C ，63.0=n ，则 4
/1w
f 36
.0f
0.63
f
f )
(
27.0Pr Pr Pr Re Nu =
因此横向绕流管束时的平均对流换热系数α'为
K)
W/(m
85.78 )
678
.068.0(
68
.0)
10359.8(10
400454.027.0 )
(
27
.02
4
/136
.063
/03
4
/1w
f 36
.0f
0.63
f
f ?
=??????
===
'-Pr Pr Pr Re D
Nu D
h λ
λ
据题意，需要对管排数和冲击角度进行修正。96.0N =c ，95.0=ψC ，则空气与管束间的平均对流换热系数h 为
K) W/(m
7285.7895.096.02
N ?
=??='=h C C h ψ
例题12：某蒸汽管道长为4m ，外直径为100mm ，管壁温度为170℃，周围空气温度为30℃。若不考虑辐射换热，试求该蒸汽管道水平放置时的热损失。
解 本题为横圆管在恒壁温度下的自然对流换热。首先取定性温度为蒸汽管道与周围空
气的平均温度m t 为
1002
30
1702
f
w m =+=
+=
t t t ℃
查附录可得空气的物性参数为
K) W/(m
0314.0?
=λ，/s m 1006.232
6-?=ν，1/K 10
68.23
v -?=α，704.0m =Pr
因此格拉晓夫数Gr 为
6
2
6
3
3
3
2
3
f w 2
3
10
42.7 )
10(23.06)
10
100()30170()10
68.2(81.9 )(?=???-???=
-=
?=---ν
αν
αD
t t g tx
g Gr v v
查得该自然对流处于层流状态，常数48.0=C ，4/1=n ，则 95.22]704.0)1042.7[(48.0) (4/16m m m =???==n Pr Gr C Nu 则自然对流换热系数h 为
K) W/(m
21.710
1000314.095.222
3
m
?
=??
==-D
Nu h λ
根据牛顿冷却公式，蒸汽管道的热损失Φ为
W
4.1358 )30170(]4)10100(14.3[21.7 ))(()(3
f w f w =-?????=-=-=-t t DL h t t hA Q π
①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．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 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导 热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30A.强制对流换热 B.凝结对流换热
31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33A.增加流体流度 B.设置肋片 34 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 35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 ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增 加，有时减小 37将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 38A.减少导热 B.减小对流换热 39 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 40下列参数中属于物性参数的是( B ) 41A.传热系数 B.导热系数 42 C.换热系数 D.角系数 43已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( )
第四章 填空题: 1、传热的基本方式有 、 和 三种。 2、导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。 3、各种物体的导热系数大小顺序为 。 4、在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。 5、在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有 、 、 和 四种。 6、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n 公式中，n 是为校正 的影响。当流体被加热时，n 取 ，被冷却时n 取 。 7、某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是 。 8、当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K 公式可简化为：1 0111αα+=K 此时若10αα<<，则有 。 9、努塞尔特准数Nu 表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr 表示 的准数，其表达式为 。 10、蒸汽冷凝有 和 两种方式。 11、总传热系数的倒数 K 1 代表 ，提高K 值的关键
是 。 12、在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气加热原油，则原油宜走 程，而总传热系数K 接近于 的对流传热系数 13、在管壳式换热器中，当两流体的温差超过 时就应该采取热补偿措施。其基本形式有 、 和 。 14、写出四种间壁式换热器的名称 、 、 及 。 选择题： 1、两流体可作严格逆流的换热器是( ) A 板翅式换热器 B U 型管式列管换热器 C 浮头式列管换热器 D 套管式换热器 2、管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如 0αα>>i ),为有效提高K 值，关键在于（ ） A 提高i α B 提高0α C 减小垢层热阻 D 提高管内流体流量 3、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ?和2t ?，若1t ?>2t ?，则1λ和2λ的关系为（ ） A 1λ<2λ B 1λ>2λ C 1λ=2λ D 无法确定 4、空气、水、铁的导热系数分别是λ1、λ2和λ3，其大小顺序是（ ） A λ1>λ2>λ3 B λ1<λ2<λ3 C λ2>λ3>λ1 D λ2<λ3<λ1 5、对流体热速率=系数×推动力，其中推动力是（ ）
传热部分习题答案 1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度T f ,壁管温度f w T T <。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射 1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝95W/(m 2 .K)，壁面厚δ＝2.5mm ， )./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/(m 2.K)。设传热壁可以看成平壁，试计 算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？ 解： ;010526.0111== h R ;10376.55.460025.052-?===λδR ; 10724.1580011423-?===h R 则λδ++= 21111 h h K ＝94.7 )./(2 K m W ，应强化气体侧表面传热。 1-22 在上题中，如果气侧结了一层厚为2mm 的灰，)./(116.0K m W =λ;水侧结了一层厚为1mm 的水垢)./(15.1K m W =λ。其他条件不变。试问此时的总传热系数为多少？ 解：由题意得 5800115.1001.05.460025.0116.0002.09511 111 2 3322111++++= ++++= h h K λδλδλδ ＝34.6)./(2 K m W 1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm cm 30?，厚为4mm 。冬天，室内及室外温度分别为20℃及 -20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W ，外表面强制对流换热表面系数为50)./(K m W 。玻璃的导热系数)./(78.0K m W =λ。试确定通过玻璃的热损失。 解： λδA Ah A h T + +?= Φ2111 ＝57.5W -2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45)./(K m W ,0. 07)./(K m W 及0.1)./(K m W 。冷藏室的有效换热面积为37.22 m ，室内外气温分别为-2℃及30℃，室内外壁面的表面传热系数可分别按 1.5)./(2K m W 及 2.5 )./(2 K m W 计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小时需带走的热量。 解：由题意得 332211212 111λδλδλδ++++-? =Φh h t t A ＝2.371.00095.007.0152.045000794.05.215.11) 2(30?+ +++-- ＝357.14W 357.14×3600＝1285.6KJ
一、填空题 1、按热量传递的途径不同，我们一般把传热分为 、 、 三种方式。 2、按冷热流体接触的方式不同，我们一般把传热分为 、 、 三种 方式。 3、常见的加热介质有 、 、 、 、 等。 4、按传热管的结构形式可分为 、 、 、 换热器等。 5、列管换热器是由 、 、 、 和封头等部分组成。 6、设置列管式换热器折流挡板的目的是 。 7、列管式换热器热补偿的方式有 、 、 。 8、在间壁式换热器中，总传热过程由下列步骤所组成：首先是热流体和管外壁间的_____ 传热，将热量传给管外壁面；然后，热量由管的外壁面以____________方式传给管的内壁面 最后，热量由管的内壁面和冷流体间进行_________________传热。 9、采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T 1/ 、加热蒸汽压力P 不变， 现冷体流量增加，则冷流体出口温度T 2/_______，传热速率Φ______，总传热系数K _______ , 传热平均温度差△T m ________。 10、某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A 和B ，温度分布线 如右上图（b ）中所示，则λA ______λB (填“﹥”或 “﹤”)，将______ 层材料放在里层时保温效果更好。 11、若间壁侧流体的传热过程α1，α2相差较大（α1<<α2），K 值接近_____________侧的 值。 12、金属固体的导热系数是随温度的升高而 ，非金属固体的导热系数是随温度的升 高而 。水和甘油的导热系数是随着温度的升高而 。 13、在导热速率方程式为δ λt S Q ?=，中λ称为： ，单位是 ； 14、两流体在列管换热器中并流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 ; 在逆流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 因此，在 流传热时， 载热体的用量少 。 15、传热的基本方式可分为 、 、 三种。间壁式换热器传热过程强 化的途径主要有 、 、
传热复习题 1、多层平壁定态导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差__最小__。 2、一定质量的流体在Ф25mm×2.5mm的直管内作强制的湍流流动，其对流传热系数 αi=1000W/(m2·℃)，如果流量和物性不变，改在Ф19mm×2mm的直管内流动，其αi=__1678__W/(m2·℃) 3、在蒸汽—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上最有效的是__A__。 A.提高空气流速 B.提高蒸汽流速 C.采用过热蒸汽以提高蒸汽流速 D.在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液 4、在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气，则 （1）传热管的壁温接近___饱和蒸汽__温度 （2）换热器总传热系数将接近_____空气____对流传热系数 5、在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是____A____ A. 不凝气体的存在会使α大大降低 B. 不凝气体的存在会使α升高 C. 不凝气体的存在对α无影响 6、大容器内饱和液体沸腾分为____自然对流____、____泡核沸腾_____和____膜状沸腾_____ 阶段。工业上总是设法在_____泡核沸腾_____下操作。 7、斯蒂芬—波尔兹曼定律的数学表达式是 4 0100?? ? ? ? = T C E b ，该式表明__黑体的辐射能力与 热力学温度的四次方成正比___ 8、物体黑度是指在___相同__温度下，灰体的__辐射能力__和__黑体辐射能力__之比，在数值上它与同一温度下物体的__吸收率__相等。 计算题 9、质量流量为7200kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到80℃，选用108℃的饱和水蒸气作加热介质。若水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/(m2·℃)，且已知空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ/(kg·℃)，导热系数为2.85×10-2W/(m·℃)，粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7。 现有一单程列管式换热器，装有Ф25mm×2.5mm钢管200根，管长为2m，核算此换热器能否完成上述传热任务？ 计算中可忽略管壁及两侧污垢的热阻，不计热损失 解：空气需要吸收的热量是已知的，蒸汽冷凝放出热量能否通过该换热器的传递为空气所获得，就与列管换热器的传热速率密切相关。核算现有的列管换热器是否合用，就是用工艺本身的要求与现有换热器相比较，最直接的方法就是比较两者的Q或S0 （1）核算空气所需的热负荷应小于换热器的传热速率，即Q需要＜Q换热器 （2）核算空气所需的传热面积应小于换热器提供的传热面积，即S0需要＜S0换热器 解题时，首先应确定列管换热器中流体的流径，因蒸汽安排在壳程易排出冷凝水，故蒸汽走
第五章练习 1、棉花保温性能好，主要是因为______。 （A）棉纤维素导热系数小； （B）棉花中含有相当数量的油脂； （C）棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到极为严重的阻碍； （D）棉花白色，因而黑度小。 2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为； （A）传导和对流 （B）传导和辐射 （C）传导、对流和辐射，但对流和辐射是主要的。 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α＝1000w/m2.℃。如流量与物性都不变，改用一 φ19×2mm的直管，则其α值将变为_______w/m2.℃。 （A）1059 （B）1496 （C）1585 （D）1678 4、有一列管换热器，由38根φ25×2.5无缝钢管组成，某有机蒸汽在管外冷凝，管内通冷却水，水流速0.5m/s，相应的Re>104及对流传热膜系数为α，当水流量减为一半时，对流传热膜系数改变为α'＝_____。 （A）α'=（1/2）α（B）α'>（1/2）α （C）α'<（1/2）α（D）不一定 5、蒸汽冷凝时的热阻_______。 （A）决定于汽膜厚度（B）决定于液膜厚度 （C）决定于汽膜和液膜厚度（D）主要决定于液膜厚度，但汽膜厚度也有影响 6、沸腾传热的的过热度增大，其传热系数_________。 （A）增大（B）减小 （C）只在某范围变大（D）沸腾传热系数与过热度无关 7、在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，冷却水应走_______。 （A）管程（B）壳程 （C）易于清洗侧（D）抗压性大的一侧 8、红砖的黑度为0.93，若温度为300℃，则红砖的辐射能力为______W/m2。 （A）6112.3 （B）5684 （C）916.8 （D）1000 9、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）不能确定是否大于（D）小于
1. 外径为100 mm 的蒸汽管，外面包有一层50 mm 厚的绝缘材料A ，λA = W/(m.℃)，其外再包一层25 mm 厚的绝缘材料B ，λB = W/(m.℃)。若绝缘层A 的内表面及绝缘层B 的外表面温度各为170 ℃及38℃，试求：（1）每米管长的热损失量；（2）A 、B 两种材料的界面温度；（3）若将两种材料保持各自厚度，但对调一下位置，比较其保温效果。假设传热推动力保持不变。 解：以下标1表示绝缘层A 的内表面，2表示绝缘层A 与B 的交界面，3表示绝缘层B 的外表面。 （1）每米管长的热损失 2 31231ln 1 ln 1) (2r r r r t t l Q B A λλπ+-= ∴ m W r r r r t t l Q B A /3.495050255050ln 075.01505050ln 05 .01)38170(2ln 1ln 1)(223 1231=+++++-=+-=πλλπ (2)A 、B 界面温度t2 因系定态热传导，故 3.4921===l Q l Q l Q ∴ 3.4950 5050ln 05.01) 170(22=+-t π 解得 t 2= （3）两种材料互换后每米管长的热损失 同理 1.5350 5025 5050ln 05.01505050ln 075.01) 38170(2' =+++++-=πl Q W/m 由上面的计算可看到，一般说，导热系数小的材料包扎在内层能够获得较好的保温效果。 1、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000 ，用
夹套加热，传热面积为，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的， 加热蒸气为的饱和水蒸气，传热系数为℃，求将溶液由30℃加热至60℃所需要 的时间 已知溶液比热为 ℃，热损失忽略不计。 解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量： 而夹套的传热效率： 其中，对于 的饱和水蒸气， ℃ ℃ 则 ∴ 所需加热时间为： 2、解：（1）甲苯蒸气冷凝放热量为：h kJ r W Q /726000363200011=?== 冷却水吸收热量：h kJ t t t Cp W Q Q /726000)16(19.45000)(212212=-??=-== C t ο65.502=∴ (3分) (2)传热平均温差为C t T t T t T t T t m ο35.7565.5011016 110ln 16 65.50ln )(2 121=---=-----= ? (2分) 总传热系数： W K m h d h d K /1075.510000150240057112421122??=+?=+=- ∴K 2= W//(m 2·K) (2分)
例题 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% 在管壳式换热器中，热流体从90?C 冷却至70?C ，冷流体从20?C 加热到60?C ，如两流体作逆流时的对数平均温差为 ；两流体作并流时的对数平均温差为 。 一立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ25×2.5mm ，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却CS 2饱和蒸气，使之从饱和温度46 ?C 降至10 ?C ，走管外，其流量W=0.07kg/s ，其冷凝潜热为356kJ/kg ，比热容为1.05kW/(kg ℃) 。水走管内，且与CS 2呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ?C 和30?C 。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为K 1=200W/(m 2·?C)和K 2=100 W/(m 2·?C)。问此换热器是否合用？ 解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积： 2007.73025.014.330m L d n A =???==π （2）求所需的传热面积 ①冷凝段与冷却段的传热量 kW r W Q 9.2435607.0=?=?= ()()kW T T c W Q s P h h 2065104605.107.022=-?=-= 总传热量：kW Q Q Q 5.2765.29.2421=+=+= ②两段的平均温差 冷却水用量 ()()s kg t t C Q W c p c /263.053018.45.2712=-?=-= 冷却水离开冷凝段的温度 4.718.4263.065.2521=?+=+=C p C C W Q t t 冷凝段的平均温差 4.16166.38ln 166.381=-=?m t 冷却段的平均温差
传热学（1）试题 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．肋片效率值（） A．小于负1 B．小于1 C．等于1 D．大于1 2．非稳态导热过程中两侧壁温差________稳态导热。（） A．远小于B．远大于 C．等于D．无法确定 3．对流换热系数为5000W／（m2·K）、温度为20℃的水流经50℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A．1.5×105W/m2 B．1.5×104W/m2 C．2×105W/m2 D．3×103W/m2 4．Re准则数的表达式为（） A． L/λB．uL/v c C．v/a D．gβΔtL3/v2 5．蒸汽中若含有不凝结气体，将_________凝结换热效果。（） A．大大减弱B．大大增强 C．不影响D．可能减弱也可能增强 6．空间辐射热阻与_________无关。（） A．表面粗糙度B．表面尺寸 C．表面间的相对位置D．表面形状 7．灰体的吸收率与_________无关。（） A．波长B．温度 C．表面粗糙度D．波长和温度 8．暖气片外壁与周围空气之间的换热过程为（） A．纯对流换热B．纯辐射换热 C．传热过程D．复合换热 9．五种具有实际意义的换热过程为：导热、辐射换热、复合换热、传热过程和（）A．热对流B．热辐射 C．无法确定D．对流换热 10．高温过热器常采用_________布置方式。（）
A．顺流B．顺流和逆流混合 C．逆流D．顺流和交叉流混合 二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 11．铝钣盒内倒上开水，其外壁很快就很烫手，主要是因为铝的___________________值很大的缘故。 12．各类物质材料的导热系数差别很大。一般来说，合金的导热系数__________________相关的纯金属的导热系数。 13．通过炉墙的的热传递过程属于___________________。 14．沸腾换热时，管子应尽可能_______垂直____________布置，以免出现汽水分层。15．出现紊流边界层后，对流换热的热阻主要发生在___________________。 16．凝汽器通常都采用____水平叉排_______________的布置方案。 17．___________________准则是判别流体在强制对流时层流和紊流的依据。 18．任何物体只要其温度高于___________________，就会不停地向外进行热辐射。19．对可见光来说，同一物体的Xλ与λ有很大关系，太阳辐射中有1／3以上是可见光，所以物体对太阳能的吸收________不能__当作灰体。 20．温度对辐射换热的影响___________________对对流换热的影响。 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对于过热器中：高温烟气→外壁→内壁→过热蒸汽的传热过程次序为（） A.复合换热、导热、对流换热 B.导热、对流换热、复合换热 C.对流换热、复合换热、导热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m2·K）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A.8×104W/m2 B.6×104W/m2 C.7×104W/m2 D.5×104W/m2 4．流体流过管内进行对流换热时，当l/d（）时，要进行入口效应的修正。 A.>50 B.=80
第一章 1-1 对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？ 解：（ a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。 （ b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射。 所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（ a ）布置。 1-7 一炉子的炉墙厚 13cm ，总面积为 20m 2 ，平均导热系数为 1.04w/m · k ，内外壁温分别是 520 ℃及 50 ℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是 2.09 × 10 4 kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式 每天用煤 1-9 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度 t w = 69 ℃，空气温度 t f = 20 ℃，管子外径 d= 14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率 8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式
1-14 宇宙空间可近似的看作 0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250K ，表面发射率为 0.7 ，试计算航天器单位表面上的换热量？ 解：航天器单位表面上的换热量 1-27 附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余已知条件如图。表面 2 是厚δ = 0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面 3 被高温流体加热，平板的平均导热系数λ =17.5w/m ? K ，试问在稳态工况下表面 3 的 t w3 温度为多少？ 解： 表面 1 到表面 2 的辐射换热量 = 表面 2 到表面 3 的导热量 第二章
1、水以1.5m /s 的速度流过内径为25mm的加热管。管的内壁温度保持100℃，水的进口温度为15℃。若要使水的出口温度达到85℃，求单位管长换热量（不考虑修正）。已知50℃的水λf =0.648 W/(m.K)，νf =0.566×10-6m2/s，Pr =3.54。 2、取外掠平板边界层的流动由层流转化为湍流的临界雷诺数5×105,试计算25℃的空气和水达到临界雷诺数时所需要的平板长度,取u =1m/s，ν空气=15.53×10-6m2/s,ν水=0.905×10-6。 3、试推导努谢尔特关于层流膜状凝结的理论解 4、用实验测定一薄壁管流体平均对流换热系数。蒸汽在管外凝结并维持管内壁温度为100℃。水在管内流动流量为G=0.5Kg/s，水温从15℃升到45℃。管的内径d=50mm，长L=4.5m。试求管内流体与壁面间的平均换热系数。已知水在30℃时c p=4.174KJ/(Kg.K)
5、以0.8m/s 的流速在内径为2.5cm 的直管内流动，管子内表面温度为60℃，水的平均温度为30℃，管长2m ，试求水所吸收的热量。已知30℃时水的物性参数为：Pr =5.42，c p =4.17KJ/(Kg.K)，λ=61.8×10-2 W/(m.K)，ρ=995.7Kg/m 3，μ =80.15×10-6 Kg/(m.s)；水60℃ 时的ν=0.4699×10-6 m 2/s ，水在管内流动准则方程式为 4 .08.0Pr Re 027.0f f f Nu =，适用条件：Re f =104-1.2×105，Pr f =0.6-120，水与壁面间的换热温差Δt ≤30℃。 6、计算一空气横掠管束换热的空气预热器的对流换热量。已知管束有25排，每排12根光管，管外径25mm ，管长 1.5m ，叉排形式，横向管间距S 1=50mm ，纵向管间距S 2=38mm ，管壁温度120℃，空气来流速度u f =4m/s ，空气进口温度20℃，出口温度40℃。已知空气物性：λf =0.0267W/(m.K)，νf =16.0×10-6m 2/s ，Pr f =0.701。最大流速u max = u f S 1/(S 1-d)；推荐关联式：m w f f n f f c Nu ??? ? ??=Pr Pr Pr Re 36.0（公式适 用条件：N ≥20，光管管束，Pr f =0.7～500，除Pr w 的定性温度为壁温外，其余定性温度为流体在管束中的平均温度。指数m 对气体m =0，对液体m =0.25，
【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm 厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ℃,混凝土外壁面温度为29.4 ℃。松木、软木和混凝土 的平均热导率分别为, 3, W/(m ·K)，要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。求所需软木的厚度 及松木和软木接触面处的温度。 解：三层平壁的导热。 1）所需软木的厚度2b 由 ∑=-=3141i i i b T T q λ 得 151 .0019.00433.0762.0051.08.174.29152+++=b 解得： m b 128.02= 2）松木和软木接触面处的温度3T 由 151 .0019 .08.17153+==T q 解得：9.153-=T ℃ 解题要点：多层平壁热传导的应用。 【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=+ 198 T(式中T 为℃),蒸汽管外壁温度为180 ℃,要求保温层外壁温度不超过 50 ℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4 kg/(m ·s)以下,问保温层厚 度应为多少(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。 解：保温层平均热导率为： )./(126.02 501801098.1103.04K m W =+??+=-λ 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。 由 )()(21 221r r Ln T T L Q -=λπ 得： )()(21 221r r Ln T T L Q -=πλ （1）
式中：m W L Wr L Q /9.2011 103.20191013 4=???==- 将其及其它已知数据代入式（1）得： )075 .0()50180(126.029.2012r Ln -??=π 解得：m r 125.02= mm m 5005.0075.0125.0==-=∴δ壁厚 解题要点：单层圆筒壁热传导的应用。 【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175 ℃，面包表面的黑度为,表面温度 为100 ℃,表面积为 5 m 2，炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射 传递的热量。 解：两物体构成封闭空间，且21S S <<，由下式计算辐射传热量： W T T S Q 0.65)448373(0645.085.01067.5) (448424111012-=-????=-=-εσ 负号表示炉壁向面包传递热量。 解题要点：辐射传热的应用，两个灰体构成的封闭空间。 【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 ℃的水将 1.25 kg/s 的液体［比热容为 kJ/(kg ·K)、密度为850 kg/m 3］由80 ℃冷却到30 ℃。换热器的列管直径为Φ25 mm ×2.5 mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/（m 2·K ）和1 700W/（m 2·K ）, 污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 ℃，求水的流量和换热器的传热面积。 解：传热量为 W T T c W Q h h ph h 33211075.118)3080(109.125.1) (?=-???=-= 又 )(12c c pc c T T c W Q -= s kg T T c Q W c c pc c /9454.0)2050(10187.41075.118)(33 12=-???=-=∴ 即冷水流量为s kg /9454.0。 取管壁的热导率 )./(45K m W =λ，则有
第一章 思考题 1.试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的 区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象， 称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 2.以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。 试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 dt dt q ——答：①傅立叶定律：dx，其中，q—热流密度；—导热系数；dx —沿x方向的温度变化率，“一”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ②牛顿冷却公式：q h(tw tf)，其中，q —热流密度；h —表面传热系数；tw —固体表面温度；tf —流体的温度。 4 ③斯忒藩—玻耳兹曼定律：q T，其中，q—热流密度；—斯忒藩—玻耳兹曼常数；T -辐射物 体的热力学温度。 3.导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：① 导热系数的单位是：W/(m.K):② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K):③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4.当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以 通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的) ，但本章中又引入了传热方程式，并说 它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧， 是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5.用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快 就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却(水对壶底的对流换热系数大) ，壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体， 因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6.用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其 原因。 答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热， 表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7.什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量 传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节
1. 间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻( ) A. 成正比 B. 成反比 C. 没关系 （答案 A） 2. 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 （答案 A） 3. 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 R 1R 2 R 3 ( )。 A. R 1>(R 2 +R 3 ) B. R 1 <(R 2 +R 3 ) C. R 1=(R 2 +R 3 ) D. 无法比较 （答案 C） 4. 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ｔ 12 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ｔ 2 ( )。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定 （答案 A） 5. 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 A、B、 C） 6. 工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（）。 A. 增加热阻，减少热量损失; B. 节约钢材、增强美观 C. 增加传热面积，提高传热效果。 （答案 C） 7. 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 C ） 8. 导热是（ ）热量传递的主要方式。 A. 固体中 B. 液体中 C. 气体中 （答案 A ） 9. 热量传递的基本方式是（ ）。 A. 恒温传热和稳态变温传热字 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 （答案 D ） 10. 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 ） 11. 传热速率公式q ＝KA Δt m Δt m ）。 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 （答案 B ） 12. 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 ） 13. 对一台正在工作的列管式换热器，已知α1116)(2K m W ?，α2 11600) (2K m W ? 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α1α2 （答案 A ） 14. 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 （答案 A ） 15. 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（ ）之值。 A. 大者； B. 小者； C. 两者； （答案 B ） 16. 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 （答案 B ） 17. 对流传热仅发生在（ ）中。 A. 固体 B. 静止的流体 C. 流动的流体 （答案 C ） 18. 稳定的多层平壁的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（ ）。
第五章 复习题 3、式（5—4）与导热问题的第三类边界条件式（2—17）有什么区别？ 答： =???-=y y t t h λ （5—4） )()(f w t t h h t -=??-λ （2—11） 式（5—4）中的h 是未知量，而式（2—17）中的h 是作为已知的边界条件给出，此外（2—17）中的λ为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5—4）将用来导出一个包括h 的无量纲数，只是局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应该把牛顿冷却公式应用到整个表面而得出。 5-7．温度为80℃的平板置于来流温度为20℃的气流中．假设平板表面中某点在垂直于壁面方向的温度梯度为40℃/mm ，试确定该处的热流密度． 5-16、已知：将一块尺寸为m m 2.02.0?的薄平板平行地置于由风洞造成的均匀气体流场中。在气流速度s m u /40=∞的情况下用测力仪测得，要使平板维持在气流中需对它施加 0.075N 的力。此时气流温度20=∞t ℃，平板两平面的温度120=w t ℃。气体压力为Pa 310013.1?。 求：试据比拟理论确定平板两个表面的对流换热量。 解：Pa m N 9375.0/9375.02.02.02/075.02==?=τ，边界层中空气定性温度为70℃， 物性： ()694.0Pr ,/1002.20,//1009,/029.1263=?=?==-s m K kg J c m kg p νρ 利用Chilton-Colburn 比拟： 3/2423/2Pr 2,1069.52/40029.19375.0212/212Pr 2 p f h f f b c u h c j u c St c j ∞-∞==?=??==?==ρρτ ()K m W c u c h p f ?=?=?????== ∴---∞23/243/2/1.30276.16.23694.010*******.11069.5Pr 2ρ ()()W t t hA w 9.240201202.001.3222=-???=-=Φ∞。 Chilton-Colburn 比拟对层流运动也是适用的，即适用于平均值也适用于局部值。
传热计算题 1.在一内径为0.25cm的管轴心位置上，穿一直径为 0.005cm的细导线，用以测定气体的导热系数。当导线以0.5A 的电流时，产生的电压降为0.12V/cm，测得导线温度为167℃，空心管内壁温度为150℃。 试求充入管内的气体的导热系数 试分析仪器精度以外造成结果误差的客观原因。 2．有两个铜质薄球壳，内球壳外径为0。015m，外球壳内径为 0.1m，两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。内球用电加热，输入功率为 50w，热量稳定地传向外球，然后散发到周围大气中。两球壁上都装有热电偶，侧得内球壳的平均温度为120℃，外求壳的平均温度为50℃，周围大气环境温度为20℃；设粉粒料与球壁贴合，试求： （1）待测材料的导热系数 （2）外球壁对周围大气的传热系数 3．有一面积为10cm2带有保护套的热电偶插入一输送空气的长管内，用来测量空气的温度。已知热电偶的温度读数为300℃，输气管的壁温为 200℃，空气对保护套的对流传热系数为60w/m2.k，该保护套的黑度为 0.8，试估算由于辐射造成的气体温度测量误差。并叙述减小测量误差的途径。已知 Stefan-Bohzman常数σ=5.67×10-9w/m2k 。4．用两个结构尺寸相同的列管换热器按并联方式加热某中料液。换热器的管束由32根长 3m 的Ф25×3mm 的钢管组成。壳程为120℃的饱和蒸汽。料液总流量为20m3/h，按相等流量分配到两个换热器中作湍流流动，由 25℃加热到 80℃。蒸汽冷凝对流传热系数为8Kw/m2.℃，管壁及污垢热阻可不记，热损失为零，料液比热为 4.1KJ/kg.℃，密度为 1000kg/m3。试求： （1）管壁对料液的对流传热系数 （2）料液总流量不变，将两个换热器串联，料液加热程度有何变化？ （3）此时蒸汽用量有无变化？若有变化为原来的多少倍？ （两者情况下蒸汽侧对流传热系数和料液物性不变） 5．某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m2（管外面积），均由128根Ф25×2.5mm的钢管组成。壳程为 170℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜热为r=2054KJ/kg），凝液不过冷。空气走管程，其入口温度t1=30℃，流量为4500kg/h 假定空气的物性参数不随温度、压力变化，可视为常数，分别为C P=1.005KJ/Kg.K，ρ=1.06Kg/m3，μ=20.1×10-3cp ,λ=0.029w/m.k。热损失可略，管内湍流时空气的对流给热系数可用下式计算： N u=0.02R e0.8。 （1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，试求空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量 m1(kg/h) （2）若两台改为串联使用，试求此时空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量m1(kg/h)。 （3）试比较并联及串联时传热效率的大小，并求两种方式下总传热能力的比值 Q串/ Q并。 6．现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m2的列管式空气加热器，每台加热器均由64根Ф57×3.5mm钢管组成，壳程为170℃的饱和水蒸汽，空气入口温度为30℃，流量为 2.5kg/s ，以湍流方式通过管内。 （1）若两台换热器并联使用，通过两台换热器的空气流量均等，此时空气的对流传热系数为38w/m2℃，求空气的出口温度t2(℃)
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。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m 2·K ）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A.8×104W/m 2 B.6×104 W/m 2 C.7×104 W/m 2 D.5×104 W/m 2 4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t 1 >t 2,r 1
A. 换热系数较大一侧 B. 热流体一侧 C. 换热系数较小一侧 D. 冷流体一侧 9. 某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将( )材料放在内层。 A. 导热系数较大的材料 B. 导热系数较小的材料 C. 任选一种均可 D. 不能确定 10．下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流速 B.管内加插入物增加流体扰动 C. 设置肋片 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 11.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 12.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )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 13.判断管内紊流强制对流是否需要进行入口效应修正的依据是( ) A.l/d≥70 B.Re≥104 C.l/d<50 D.l/d<104 14.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) 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 15.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.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 16.将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( ) A.减少导热 B.减小对流换热 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 17.下列参数中属于物性参数的是( ) A.传热系数 B.导热系数 C.换热系数 D.角系数 18.已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进 出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( ) A.100°C B.124°C C.150°C D.225°C 19.有一个由四个平面组成的四边形长通道，其内表面分别以1、2、3、4表示，已知 角系数X1，2=0.4,X1，4=0.25，则X1，3为( ) A.0.5 B.0.65 C.0.15 D.0.35 20.一金属块的表面黑度为0.4，温度为227°C，它的辐射力是( )；若表面氧化