化工原理習(xí)題第二部分熱量傳遞答案

1、化工原理習(xí)題 第二部分 熱量傳遞一、填空題：1.某大型化工容器的外層包上隔熱層，以減少熱損失,若容器外表溫度為500, 而環(huán)境溫度為20, 采用某隔熱材料，其厚度為240mm，=0.57w/m.K，此時(shí)單位面積的熱損失為_ 1140w _。(注:大型容器可視為平壁)2.牛頓冷卻定律 的表達(dá)式為_ q=At _，給熱系數(shù)（或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)）的單位是_ w/m2.K _。3.某并流操作的間壁式換熱器中,熱流體的進(jìn)出口溫度為90和50,冷流體的進(jìn)出口溫度為30和40,此時(shí)傳熱平均溫度差t=_27.9K _。 3. 某并流操作的間壁式換熱器中,熱流體的進(jìn)出口溫度為90和50，冷流體的進(jìn)出口溫度為15和3

2、0,此時(shí)傳熱平均溫度差t=_ 41.6K _。 4.熱量傳遞的方式主要有三種:_ 熱傳導(dǎo)_、_熱對(duì)流 _、熱輻射 。5.對(duì)流傳熱中的努塞特準(zhǔn)數(shù)式是Nu/, 它反映了對(duì)流傳熱過程幾何尺寸對(duì)的影響。 6.穩(wěn)定熱傳導(dǎo)是指?jìng)鳠嵯到y(tǒng)中各點(diǎn)的溫度僅隨位置變不隨時(shí)間而改變。 7.兩流體的間壁換熱過程中，計(jì)算式Q.A.，A表示為一側(cè)的換熱壁面面積_。8.在兩流體通過圓筒間壁換熱過程中，計(jì)算式Q=K.A.t中，A表示為_ A 泛指?jìng)鳠崦? 與K 相對(duì)應(yīng)_。9.兩流體進(jìn)行傳熱,冷流體從10升到30,熱流體從80降到60，當(dāng)它們逆流流動(dòng)時(shí), 平均傳熱溫差tm=_ 50_，當(dāng)并流時(shí),tm=_ 47.2_。 10.冷、

3、熱氣體在間壁換熱器中換熱，熱氣體進(jìn)口溫度T400，出口溫度T為200，冷氣體進(jìn)口溫度50，兩股氣體的質(zhì)量流量相同,物性數(shù)據(jù)可視為相同,若不計(jì)熱損失時(shí)，冷氣體出口溫度為250_；若熱損失為5時(shí)，冷氣體出口溫度為240。11.一列管換熱器，列管規(guī)格為383, 管長(zhǎng)4m,管數(shù)127根，則外表面積F=_F1=12740.038=60.6m2， 而以內(nèi)表面積計(jì)的傳熱面積F_ F2=12740.032=51.1m2_。12.當(dāng)水在圓形直管內(nèi)作無相變強(qiáng)制湍流對(duì)流傳熱時(shí)，若僅將其流速提高1倍，則其對(duì)流傳熱系數(shù)可變?yōu)樵瓉淼腳2_倍。13.在傳熱實(shí)驗(yàn)中用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近于 空氣 側(cè)的對(duì)流傳熱系

4、數(shù)，而壁溫接近于 飽和水蒸汽 側(cè)流體的溫度值。14.熱傳導(dǎo)的基本定律是 傅立葉定律 。間壁換熱器中總傳熱系數(shù)K的數(shù)值接近于熱阻 大 （大、小）一側(cè)的a值。間壁換熱器管壁溫度tW接近于a值 大 （大、小）一側(cè)的流體溫度。由多層等厚平壁構(gòu)成的導(dǎo)熱壁面中，所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈小，則該壁面的熱阻愈 大 （大、小），其兩側(cè)的溫差愈 大 （大、?。?5.由多層等厚平壁構(gòu)成的導(dǎo)熱壁面中，所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈大，則該壁面的熱阻愈 小 ，其兩側(cè)的溫差愈 小 。16.在無相變的對(duì)流傳熱過程中，熱阻主要集中在 滯離層內(nèi)（或熱邊界層內(nèi)） ，減少熱阻的最有效措施是 提高流體湍動(dòng)程度 。17.消除列管式換熱器溫差應(yīng)力常

5、用的方法有三種，即在殼體上加 膨脹節(jié) 、 采用浮頭式 或 U管式結(jié)構(gòu) ；翅片管換熱器安裝翅片的目的是 增加面積，增強(qiáng)流體的湍動(dòng)程度以提高傳熱系數(shù) 。18.厚度不同的三種材料構(gòu)成三層平壁，各層接觸良好，已知b1b2b3，導(dǎo)熱系數(shù)l1l2 R2 R3，各層導(dǎo)熱速率Q1 = Q2 = Q3。19傳熱的基本方式有 傳導(dǎo) 、 對(duì)流 和 輻射 三種。熱傳導(dǎo)的基本定律是傅立葉定律，其表達(dá)式為_dQ= -_。20. 水在管內(nèi)作湍流流動(dòng)，若使流速提高到原來的2倍，則其對(duì)流傳熱系數(shù)約為原來的 1.74 倍；管徑改為原來的1/2而流量相同，則其對(duì)流傳熱系數(shù)約為原來的 3.48 倍。（設(shè)條件改變后仍在湍流范圍）21.

6、導(dǎo)熱系數(shù)的單位為 W/（m） ，對(duì)流傳熱系數(shù)的單位為 W/（m2） ，總傳熱系數(shù)的單位為 W/（m2） 。22.在設(shè)計(jì)列管式換熱器時(shí)，設(shè)置 折流擋板 ，以提高殼程的傳熱系數(shù)，設(shè)置 多管程 ，以提高管程的傳熱系數(shù)。如該換熱器用水蒸氣冷凝來加熱原油，那么水蒸氣應(yīng)在 殼程 程流動(dòng)。二、選擇題：1.間壁傳熱時(shí)，各層的溫度降與各相應(yīng)層的熱阻( A ) A. 成正比 B. 成反比 C. 沒關(guān)系2.有一列管換熱器，用飽和水蒸汽（溫度為120 ）將管內(nèi)一定流量的氫氧化鈉溶液由20加熱到80，該換熱器的平均傳熱溫度差m為（ B ）。 A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5 3

7、.通過三層平壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)過程，各層界面接觸均勻，第一層兩側(cè)面溫度分別為120和80,第二層外表面溫度為40，則第一層熱阻R1，,與第二、三層熱阻R2、R3的大小關(guān)系為 C 。A. R1 R2+R3 B. R1 R2+R3 C.R1=R2+R3 D.無法確定4.在設(shè)計(jì)固定管板式列管換熱器時(shí)，危險(xiǎn)性大有毒、易燃易爆、強(qiáng)腐蝕性的流體應(yīng)走 B 。 A.殼程 B.管程 C. 殼程和管程均無5.某一套管換熱器，管間用飽和水蒸氣加熱管內(nèi)空氣（空氣在管內(nèi)作湍流流動(dòng)），使空氣溫度由20升至80，現(xiàn)需空氣流量增加為原來的2倍，若要保持空氣進(jìn)出口溫度不變，則此時(shí)的傳熱溫差應(yīng)為原來的 A 倍。A 1.149 B 1

8、.74 C 2 D 不定6. 一定流量的液體在一f252.5mm的直管內(nèi)作湍流流動(dòng)，其對(duì)流傳熱系數(shù)ai=1000W/m2；如流量與物性都不變，改用一f192mm的直管，則其a將變?yōu)?D 。A 1259 B 1496 C 1585 D 16787.對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準(zhǔn)數(shù)是表示 C 的準(zhǔn)數(shù)。A 對(duì)流傳熱 B 流動(dòng)狀態(tài) C 物性影響 D 自然對(duì)流影響8.在蒸氣空氣間壁換熱過程中，為強(qiáng)化傳熱，下列方案中的 B 在工程上可行。A 提高蒸氣流速 B 提高空氣流速 C 采用過熱蒸氣以提高蒸氣溫度 D 在蒸氣一側(cè)管壁加裝翅片，增加冷凝面積9.將1500 kg/h，80的硝基苯通過換熱器冷卻到40，冷卻

9、水初溫為30，出口溫度不超過35，硝基苯比熱為1.38kJ/kg.K，則換熱器的熱負(fù)荷為（ B ）。 A. 19800 kJ.h; B. 82800 kJ.h; C. 82800 kw; 10.對(duì)流傳熱是由（ C ）因素產(chǎn)生的。 A. 流體分子的熱振動(dòng); B.流體體內(nèi)電子的移動(dòng); C. 流體質(zhì)點(diǎn)的位移、擾動(dòng)。 11.法定計(jì)量單位中，屬于國(guó)際熱量計(jì)算單位的是（ C ）。 A. kw; B. kcal; C. J 12.熱量傳遞的基本方式是（ D ）。 A. 恒溫傳熱和穩(wěn)態(tài)變溫傳熱; B. 導(dǎo)熱給熱和熱交換; C. 氣化、冷凝與冷卻; D. 傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流傳熱與輻射傳熱 13.在比較多的情況下，尤

10、其是液液熱交換過程中，熱阻通常較小可以忽略不計(jì)的是（ D ）。 A. 熱流體的熱阻; B. 冷流體的熱阻; C. 冷熱兩種流體的熱阻; D. 金屬壁的熱阻。14.公式qKAtm中，tm的物理意義是（ B ）。 A.器壁內(nèi)外壁面的溫度差; B.器壁兩側(cè)流體對(duì)數(shù)平均溫度差; C.流體進(jìn)出口的溫度差; D.器壁與流體的溫度差。 15.湍流流體與器壁間的對(duì)流傳熱（即給熱過程）其熱阻主要存在于（ C ）。 A. 流體內(nèi); B. 器壁內(nèi); C. 湍流體滯流內(nèi)層中; D. 流體湍流區(qū)域內(nèi)。 16.對(duì)一臺(tái)正在工作的列管式換熱器，已知o116w/m.Ki11600 w/m.K，要提高傳熱系數(shù)（K），最簡(jiǎn)單有效的

11、途徑是（ A ）。 A. 設(shè)法增大o; B. 設(shè)法增大i; C. 同時(shí)增大o和i。 17.用飽和水蒸汽加熱空氣時(shí)，傳熱管的壁溫接近（ A ） A. 蒸汽的溫度； B. 空氣的出口溫度； C. 空氣進(jìn)、出口平均溫度18.在間壁式換熱器內(nèi)用飽和水蒸汽加熱空氣，此過程的總傳熱系數(shù)K值接近于（ B ） A. 蒸汽 B. 空氣 C. 蒸汽與空氣的平均值 19.對(duì)流傳熱僅發(fā)生在（ C ）中。 A. 固體 B. 靜止的流體 C. 流動(dòng)的流體 20.冷熱流體在換熱器中進(jìn)行無相變逆流傳熱，換熱器用久后形成垢層，在同樣的操作條件下，與無垢層相比，結(jié)垢后的換熱器的K B ，tm A 。 A.變大 B.變小 C.不變

12、 D.不確定21.某兩流體在套管換熱器中進(jìn)行逆流換熱（無相變），今使熱流體進(jìn)口溫度降低，而其他條件不變，則熱流體出口溫度 B ，平均推動(dòng)力tm B 。 A.上升 B.下降 C.不變 D.不確定22穩(wěn)定的多層平壁的導(dǎo)熱中，某層的熱阻愈大，則該層的溫度差（ A ）。 A. 愈大 B. 愈小 C. 不變 23.流體與固體壁面間的對(duì)流傳熱，當(dāng)熱量通過滯流內(nèi)層時(shí)，主要是以（ A ）方式進(jìn)行的。 A. 熱傳導(dǎo) B. 對(duì)流傳熱 C. 熱輻射 24.當(dāng)殼體和管束之間溫度大于50時(shí)，考慮熱補(bǔ)償，列管換熱器應(yīng)選用（ B ） A. 固定管板式 B. 浮頭式 C. 套管式 25.強(qiáng)化傳熱的主要途徑是（ B ）。A.

13、增大傳熱面積 B. 提高K值 C. 提高tm26.物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為（ A ）。 A 熱傳導(dǎo)；B 熱傳遞；C 熱放射；D 熱流動(dòng)。 27流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過程稱為（ A ）。 A 對(duì)流；B 流動(dòng)；C 傳遞；D 透熱。 28因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為（ D ）。 A 熱傳導(dǎo)；B 熱傳遞；C 熱放射；D 熱輻射。 29在管殼式換熱器中，不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，因?yàn)楣軆?nèi)（ A ）。 A 清洗比較方便；B 流速較快；C 流通面積?。籇 易于傳熱。 30在管殼式換熱器中，腐蝕性的流體宜走

14、管內(nèi)，以免（ A ），而且管子也便于清洗和檢修。 A 殼體和管子同時(shí)受腐蝕；B 流速過快；C 流通面積過??；D 傳熱過多。 31在管殼式換熱器中，壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免（ A ），可節(jié)省殼程金屬消耗量。 A 殼體受壓；B 流速過快；C 流通面積過?。籇 傳熱過多。 32在管殼式換熱器中，飽和蒸氣宜走管間，以便于（ A ），且蒸氣較潔凈，它對(duì)清洗無要求。 A 及時(shí)排除冷凝液；B 流速不太快；C 流通面積不太?。籇 傳熱不過多。 33在管殼式換熱器中，有毒流體宜走管內(nèi)，使（ A ）。 A 泄漏機(jī)會(huì)較少；B 流速很快；C 流通面積變小；D 傳熱增多。 34在管殼式換熱器中，被冷卻的流體宜走管間，

15、可利用外殼向外的散熱作用，（ A ）。 A 以增強(qiáng)冷卻效果；B 以免流速過快；C 以免流通面積過小；D 以免傳熱過多。 35在管殼式換熱器中，粘度大的液體或流量較小的流體宜走（ B ），因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re100）下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。 A 管內(nèi)；B 管間；C 管徑；D 管軸。 36在管殼式換熱器中安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的（ C ），使湍動(dòng)程度加劇，以提高殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。 A 粘度；B 密度；C 速度；D 高度。 37當(dāng)換熱器中冷熱流體的進(jìn)出口溫度一定時(shí)，判斷下面的說法哪一個(gè)是錯(cuò)誤的（B）。 A 逆流時(shí)，tm

16、一定大于并流、錯(cuò)流或折流時(shí)的tm； B 采用逆流操作時(shí)可以節(jié)約熱流體（或冷流體）的用量； C 采用逆流操作可以減少所需的傳熱面積； D 溫度差校正系數(shù) t 的大小反映了流體流向接近逆流的程度。 38.對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準(zhǔn)數(shù)是表示 C 的準(zhǔn)數(shù)。A 對(duì)流傳熱 B 流動(dòng)狀態(tài) C 物性影響 D 自然對(duì)流影響39.在蒸氣空氣間壁換熱過程中，為強(qiáng)化傳熱，下列方案中的B在工程上可行。A 提高蒸氣流速 B 提高空氣流速 C 采用過熱蒸氣以提高蒸氣溫度 D 在蒸氣一側(cè)管壁加裝翅片，增加冷凝面積40.冷熱流體在換熱器中進(jìn)行無相變逆流傳熱，換熱器用久后形成垢層，在同樣的操作條件下，與無垢層相比，結(jié)垢后的換熱

17、器的K B ，tm A 。 A.變大 B.變小 C.不變 D.不確定41.某兩流體在套管換熱器中進(jìn)行逆流換熱（無相變），今使熱流體進(jìn)口溫度降低，而其他條件不變，則熱流體出口溫度 B ，平均推動(dòng)力tm B 。 A.上升 B.下降 C.不變 D.不確定三、判斷題：1.凡穩(wěn)定的圓筒壁傳熱，熱通量為常數(shù)。( )2.傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱的傳熱速率與溫度的一次方之差成正比，而輻射的傳熱速率與溫度的四次方之差成正比。（ ）3.凡穩(wěn)態(tài)的園筒壁傳熱過程，單位時(shí)間單位面積所傳遞的熱量相等。（ ）4.熱量傳遞過程的規(guī)律與流體流動(dòng)過程相似，流速越大，則其過程的阻力越大。（ ）5.當(dāng)保溫材料的厚度加大時(shí)，內(nèi)外壁面的總溫度差增

18、大，總的熱阻也增大，總推動(dòng)力與總阻力之比為定值，即導(dǎo)熱速率不變 。（ ）6.多層平壁導(dǎo)熱過程中，傳熱總推動(dòng)力為各壁面溫度差之和。（ ）7.無相變的折，錯(cuò)流換熱器，其平均溫度差t都比逆流時(shí)為小。（ ）8.換熱器的導(dǎo)熱管，應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)值大的材料。（ ）9.導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)（ ），10.在列管換熱器管間裝設(shè)了兩塊橫向折流檔板，則該換熱器變成為雙殼程的換熱器（ ）11.在穩(wěn)定的多層平壁導(dǎo)熱中，若某層的熱阻較大，則這層的導(dǎo)熱溫度差就較?。?）.12.在對(duì)流傳熱中，傳熱管壁的溫度接近值小的哪一側(cè)流體的溫度（ ）.13.對(duì)于問壁兩側(cè)流體穩(wěn)定變溫傳熱來說，載熱體的消耗量逆流時(shí)大于并流時(shí)的用量。（

19、 ）14.列管式熱交換器內(nèi)用飽和水蒸汽加熱管程的空氣，為提高換熱器的K值，在管外裝設(shè)折流擋板。（ ）15.蛇管換熱器是屬于間壁式換熱器的一種（ ）16.列管換熱器采用多管程的目的是提高管內(nèi)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)（ ）17.維持膜狀沸騰操作，可獲得較大的沸騰傳熱系數(shù)。（ ）18.為了提高間壁式換熱器的傳熱系數(shù)K值，必須設(shè)法提高值大的那一側(cè)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。（ ）19.強(qiáng)化傳熱的途徑主要是增大傳熱面積（ ）20.付立葉定律適用于流體與壁面間的傳熱計(jì)算。（ ） 四、簡(jiǎn)答題：1.在化工生產(chǎn)中，傳熱有哪些要求? 傳熱一般有兩方面的要求： （1）、盡量使傳熱情況良好,即要求高的傳熱效率,以減少設(shè)備尺寸； （

20、2）、盡量避免傳熱,即保溫或保冷。2.傳導(dǎo)傳熱,對(duì)流傳熱和輻射傳熱,三者之間有何不同? 傳導(dǎo)熱是固體或靜止流體的分子運(yùn)動(dòng)或分子振動(dòng)傳遞熱量。對(duì)流傳熱則是流體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移來傳遞熱量, 輻射傳熱是高溫物體以電磁波形式向空間發(fā)射能量來傳遞熱量。3.試述對(duì)流傳熱的機(jī)理? 熱流體流過管道時(shí), 在湍流主體中,流體劇烈攏動(dòng),形成漩渦, 使質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)烈混合而交換熱量，溫度較均勻，幾乎不存在溫度梯度；但在緊靠管壁，有一層很薄的作層流流動(dòng)的流體層（層流底層），在這層薄層內(nèi)，熱量傳遞以導(dǎo)熱方式進(jìn)行，從微觀上言，是靠分子傳遞。由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，故熱阻絲要集中層流底層內(nèi)。對(duì)管內(nèi)層流流動(dòng)，熱量傳遞也是主要靠導(dǎo)熱。但

21、由于溫度存在（軸向的，徑向的），有密度差，會(huì)引起質(zhì)點(diǎn)的對(duì)流，比較復(fù)雜。 4.強(qiáng)化傳熱過程應(yīng)采取哪些途徑? 根據(jù)K.A.t方程, 指任一個(gè)K、A、t都能提高強(qiáng)化傳熱 (1) 增加傳熱面積,如在管內(nèi)外壁裝上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；(2)增大傳熱溫差t可采用逆流操作,因?yàn)楫?dāng)T，T，t，t四個(gè)溫度一定時(shí)，逆流傳熱溫差t最大； (3)提高傳熱系數(shù)K由 K1/（1/1/（/） 提高、降低,都能強(qiáng)化傳熱,要提高由單層改為多層,或在殼程中增設(shè)檔板，對(duì)于蛇管中,加入攪拌裝置或在蛇管圈中增設(shè)杯狀物（強(qiáng)化圈）在列管換熱器中可,還可采用導(dǎo)熱系數(shù)大的流體作載熱體。5.傳熱有哪幾種方法?各有何特點(diǎn)?試就鍋爐墻

22、的傳熱分析其屬哪些傳熱方式? 傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射 導(dǎo)熱分子原位振動(dòng)，電子定向流動(dòng)。 對(duì)流流體質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)與混合。 鍋爐壁為導(dǎo)熱，外壁對(duì)煙氣為對(duì)流，火焰和爐墻的熱輻射。6.為什么工業(yè)換熱器的冷、熱流體的流向大多采用逆流操作? 操作可以獲得較大的平均傳熱溫度差，從傳遞相同熱負(fù)荷言，須較小的傳熱面積，節(jié)省設(shè)備費(fèi)用。此外，逆流熱流體出口溫度T可接近冷流流體進(jìn)口溫度t，對(duì)相同熱負(fù)荷言，需加熱劑少；同樣，就冷流體而言，逆流體出口溫度t可接近熱流體進(jìn)口溫度T，對(duì)相同熱負(fù)荷言，需要冷卻劑少，故對(duì)逆流就加熱劑或冷卻劑用量考慮，逆流操作費(fèi)小。7什么是穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱? 在傳熱過程中，傳熱面上各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化，

23、稱為穩(wěn)定傳熱。穩(wěn)定傳熱時(shí)，傳熱速率為定值。 反之，若傳熱面上各的溫度隨時(shí)間而變，則為不穩(wěn)定傳熱。不穩(wěn)定傳熱時(shí)，傳熱速率也隨時(shí)間而變。 8.導(dǎo)熱系數(shù)受哪些因素影響?現(xiàn)有建筑磚（1800kg.m-3）和煤灰磚（700 kg.m-3）兩種材料，哪種保溫性能好? 組成：純物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)好; 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)致緊、密度大的材料導(dǎo)熱系數(shù)大; 溫度：一般溫度升高，非金屬固體導(dǎo)熱系數(shù)增大。 煤灰磚的保溫性能好。9.說明流體流動(dòng)類型對(duì)給熱系數(shù)的影響。 流體為層流時(shí)，傳熱是以導(dǎo)熱方式進(jìn)行的。則此時(shí)給熱系數(shù)較小。當(dāng)為湍流時(shí)，傳熱是以對(duì)流方式進(jìn)行的，此時(shí)給熱系數(shù)增大。所以流體的傳熱，多在湍流情況下進(jìn)行。 10.給熱系數(shù)受哪

24、些因素影響? 流動(dòng)類型：湍流時(shí)的給熱系數(shù)大。流體的物性：粘度、密度、比熱Cp，導(dǎo)熱系數(shù)均對(duì)給熱系數(shù)有影響。傳熱面的形狀、大小和位置：管子的排列、折流都是為了提高給熱系數(shù)。流體的對(duì)流情況，強(qiáng)制對(duì)流比自然對(duì)流的給熱系數(shù)大，流體在傳熱過程有無相變，有相變大。11.說明列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)。 由殼體、管束、管板、封頭等組成。 12.換熱器的散熱損失是如何產(chǎn)生的？應(yīng)如何來減少此熱損失？ 由于換熱器外壁面溫度往往高于周圍外界空氣的溫度，外壁面不斷通過對(duì)流和輻射傳將熱量傳給換熱器周圍的空氣而散失，即產(chǎn)生散熱損失。為了減少散熱損失，一般在換熱器外壁面上包上一層（或兩層）導(dǎo)熱系數(shù)較小的絕熱材料（或不同的兩種導(dǎo)

25、熱系數(shù)較小的絕熱材料），使傳熱熱阻增大，外壁面溫度降低，從而減小了散熱損失。13.列管換熱器由哪幾個(gè)基本部分組成？各起什么作用？ 主要由殼體、管束、管板和頂蓋（又稱封頭）等基部分組成。殼體和管束作為冷熱兩流體的流動(dòng)空間，通過管壁進(jìn)行換熱。管束安裝在管板上，通過管板使管束與殼體連成一體。頂蓋（封頭）上有管程流體進(jìn)出口，且有分程、密封，封頭可拆卸，便于管子清洗等作用。14.當(dāng)間壁兩側(cè)流體穩(wěn)定變溫傳熱時(shí)，工程上為何常采用逆流操作？并簡(jiǎn)要定性分析主要原因。 因?yàn)槟媪鞑僮饔休^高的經(jīng)濟(jì)效益。主要原因可由以下兩方面分析：（1）當(dāng)T、T、t、t四個(gè)溫度一定時(shí)，逆流操作的t比其它流向大。根據(jù)：Q=KAt,當(dāng)K、

26、A一定時(shí)，t則Q，對(duì)現(xiàn)有的換熱器來說，可提高生產(chǎn)能力。當(dāng)Q、K一定時(shí)，t則A，對(duì)生產(chǎn)能力要求一定時(shí)，新設(shè)計(jì)制造換熱器由于A較小，設(shè)備尺寸可減小，節(jié)省投資費(fèi)。（2）一般逆流操作的正常操作費(fèi)比其它流向要少。逆流操作時(shí)，載熱體用量比其它流向的要小，降低能耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。15各種傳熱方式相比較，熱傳導(dǎo)的主要特點(diǎn)是什么？ 在熱傳導(dǎo)中，物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移。 16各種傳熱方式相比較，對(duì)流的主要特點(diǎn)是什么？ 對(duì)流僅發(fā)生在流體中，流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移。 17在一套管換熱器中，若兩流體的進(jìn)、出口溫度不變，應(yīng)選擇并流換熱還是逆流換熱？為什么？ 應(yīng)選擇逆流換熱，因?yàn)榇藭r(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差較大，可以節(jié)省

27、換熱面積。 18在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排不潔凈和易結(jié)垢的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。 走管內(nèi)，因?yàn)楣軆?nèi)清洗比較方便。 19在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排腐蝕性流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。 走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 20在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排壓強(qiáng)高的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。 走管內(nèi)，以免殼體受壓，可節(jié)省殼程金屬消耗量。 21在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排飽和蒸氣的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。 走管間，便于及時(shí)排出冷凝液。 22在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排被冷卻的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。 走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以

28、增強(qiáng)冷卻效果。 23在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排粘度大的液體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。 走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re100）下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。 24在強(qiáng)化傳熱的過程中，為什么要想辦法提高流體的湍動(dòng)程度? 由于對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在層流底層內(nèi)，提高流體的湍動(dòng)程度能減薄層流底層的厚度，可以提高傳熱效果。 25換熱器的殼程為什么要安裝擋板? 可以提高殼程流體的湍動(dòng)程度，增強(qiáng)傳熱效果。 26間壁式換熱器與混合式換熱器的區(qū)別是什么？ 間壁式換熱器是由固體壁面將冷、熱兩種流體分開，通過固體壁面?zhèn)鳠?，而混合式換熱器中則是將冷、熱兩

29、種流體直接接觸、混合換熱。 五、計(jì)算題：1. 某平壁爐的爐壁由耐火磚，絕熱磚和普通磚組成，它們的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.163，0.233和0.582w/m.K，為使?fàn)t內(nèi)壁溫度保持1000， 每平方米爐壁的熱損失控制在930w以下，若普通磚厚度取為10cm，爐外壁溫度為83，求:耐火磚和絕熱磚厚度各為多少?絕熱磚和普通磚交界面溫度t為多少?（假設(shè)絕熱磚與耐火磚交界面溫度為800） 設(shè)耐火磚厚度b1, 絕熱磚厚度b2 跨過耐火磚的熱通量為: q=(t1-t2)/(b1/1) b1=1(t1-t2)/q=1.163(1000-800)/930=0.25m 跨過三層磚的熱通量為: q=(t1-t4)/(b

30、1/1)+(b2/2)+(b3/3) b2=(t1-t4)/q-b1/1-b3/32 =(1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.5820.233 =0.14m,跨過普通磚的熱通量:=t3-t4/b3/3, t3=q.b3/3+t4=9300.1/0.582+83=2432.在內(nèi)管為18010mm的套管換熱器中，將流量為3500kg/h的某液態(tài)烴從100冷卻到60，其平均比熱為2.38kJ/kg.K，環(huán)隙走冷卻水,其進(jìn)出口溫度分別為40和50,平均比熱為4.174kJ/kg.K， 基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)K=2000w/m2.K，且保持不變.設(shè)熱損失可以忽略。試求:（1）

31、冷卻水用量；（2）計(jì)算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及管長(zhǎng)。 冷卻水用量：Wc（TT）Wc（tt） 35002.38（10060）W4.174（5040） W7982kg.h t逆（5020）/（50/20）32.75 t并（6010）/（60/10）27.9 QKAt Q333200kJ.h A逆33320010/（200032.753600）1.41m 1.41 3.140.181.41 2.5 m A并33320010/（200027.93600） 1.66 m 3.140.181.66 2.93 m3.已知一外徑為75mm，內(nèi)徑為55mm的金屬管，輸送某一熱的物流，此時(shí)金屬管內(nèi)表面

32、溫度為 120，外表面溫度為115，每米管長(zhǎng)的散熱速率為4545w/m，求該管材的導(dǎo)熱系數(shù)。為減少該管的熱損失， 外加一層石棉層（導(dǎo)熱系數(shù)為0.15w/m.K）此時(shí)石棉層外表面溫度為10， 而每米管長(zhǎng)的散熱速率減少為原來的3.87%，求石棉層厚度及鋼管和石棉層接觸面處的溫度。 Q/L=2(120-115)/1/(ln(75/55)=4545 (1/)ln(75/55)=23.14(125-115)/4545=0.00691 =44.9w/m.K 設(shè)外加石棉層厚度為 則:Q/L =23.14(120-10)/(1/44.9)ln(75/55)+(1/0.15)ln(75+2)/75 =45450

33、.0387=175.9w.m 690.8=175.90.00691+(1/0.15)ln(75+2)/75 解得: =30mm (石棉層厚度) 設(shè)鋼管和石棉層接觸面間的溫度為t2 則: 23.14(120-t2)/(1/44.9)ln(75/55)=175.9 解得: t2=119.84.在一套管換熱器中用水逆流冷卻某種溶液，溶液量為1.4kg/s，比熱為2kJ/kg.K，走內(nèi)管(規(guī)格為252.5mm)，從150 冷卻到100 。冷卻水走套管環(huán)隙，從25升溫至60，水的比熱為4.18kJ/kg.K。（1）已知溶液一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為1160w/m2.K，,冷卻水一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為930 w/

34、m2K，忽略管壁和污垢的熱阻及熱損失， 求（1）傳熱外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K 和冷卻水的用量(kg/h)。 （2）.計(jì)算內(nèi)管的外表面積和管長(zhǎng)。 溶液放熱 Q=msCpT=1.4210(150-100) =1.410w 1/K=d/(d)+1/ =0.025/(11600.02)+1/930=2.1510 K=464w/m2.K 冷卻水用量 ms=Q/Cp(t2-t1) =1.410/4180(60-25) =0.957kg.s=3445kg.h tm=(150-60)-(100-25)/ln(150-60)/(100-25)=82.3 A=Q/(Ktm)=1.410/(46482.3)=3

35、.67m2 L=A/(d)=3.67/(0.025)=46.7m5.某車間有一臺(tái)換熱面積（以外表面積計(jì)）為2.5 m2的單程列管換熱器。用180的熱廢氣預(yù)熱輕油， 輕油走管外，其流量為200kg/h，比熱為2kJ/kg.K，溫度由30升至80。輕油與熱氣體作逆流流動(dòng)。熱廢氣出口溫度為70。求：換熱器的熱負(fù)荷和傳熱系數(shù)。 A2.5m , C2kJ.kg.K tm （(180-80)-(70-30)）/(100/40) 65.5 Q2002(80-30)20000kJ.h QKAtm K20000/(65.52.5)122.2kJ/m.K.h=34/.m.K6.用一傳熱面積為3m2由252.5mm

36、的管子組成的單程列管式換熱器，用初溫為 10的水將機(jī)油由200 冷卻至100，水走管內(nèi)，油走管間。已知水和機(jī)油的質(zhì)量流量分別為1000kg/h和1200kg/h，其比熱分別為4.18kJ/kg.K和2.0kJ/kg.K；水側(cè)和油側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為2000w/m.K和250w/m.K，兩流體呈逆流流動(dòng)，忽略管壁和污垢熱阻。(1)計(jì)算說明該換熱器是否合用? (2)夏天當(dāng)水的初溫達(dá)到30，而油的流量及冷卻程度不變時(shí)，該換熱器是否合用?(假設(shè)傳熱系數(shù)不變) (1) Q1=12002(200-100)=240000kJ.h Q2=Q1, t2=t1+Q1/(m2Cp2)=10+240000/(100

37、04.18)=67.4 tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110 1/K1=1/1+d1/(2d2)=1/250+25/(200020) K1=2 16.2.m.K A1=Q1/(Ktm) =24000010/(216.23600110) =2.8 m23m2 不適用。7.采用傳熱面積為4.48m2單程管殼式換熱器,進(jìn)行溶劑和某水溶液間的換熱.流量為3600kg/.h，比熱為1.88kJ/kg.K的苯，80冷卻至30， 水溶液由20被加熱到30。忽略熱損失。試求：傳熱系數(shù)K 由 Q=K.Atm 式 求 K 其中: Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/360018810

38、(80-50)=56400t（tt）/（t/t） （8030）（5020）/(80-30)/(50-20) 39.2 56400=K4.4839.2 解得 K=321/m. 8.在單程逆流列管式換熱器中用水冷卻空氣，水和空氣的進(jìn)口溫度分別為20及110，在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45及40，使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量及進(jìn)口溫度不變的情況下， 冷卻水出口溫度降至38。熱損失可以忽略不計(jì)。求：(1)空氣出口溫度變?yōu)槎嗌? (2)總傳熱系數(shù)為原來的多少倍? （1）初期 m1 CP1(110-40)= m2 CP2(45-20)= K Atm 一年后 m1

39、CP1(110-T2 )= m2 CP2(38-20)= K Atm (110-T2 )/(110-40) =(38-20)/(45-20) 解出 T2 =59.6（2）tm （(110-45)-(40-20)）/ln(65/20)= 38.2 tm （(110-38)-(59.6-20)）/ln(72/39.6)=54.2 (38-20)/(45-20)=(K /K)(54.2/38.2) 解出 K/K0.5079.一套管換熱器,外管為833.5mm，內(nèi)管為573.5mm的鋼管，有效長(zhǎng)度為 60m。用 120的飽和水蒸汽冷凝來加熱內(nèi)管中的油.蒸汽冷凝潛熱為2205kJ/kg。已知油的流量為6

40、500kg/h，比熱為 2.2kJ/kg.K，進(jìn)口溫度為30，出口溫度為80。試求： (1)蒸汽用量；(不計(jì)熱損)(2)傳熱系數(shù)； （1） 蒸汽用量 Q放W.2205W kJ.h Q吸W CP(t出t入） 65002.2（8030）7.1510kJ.h Q放Q吸 7.1510/2205324kg.h（2） 傳熱系數(shù)的計(jì)算 由QKAtmtm （(120-30)-(120-80)）/（(120-30)/(1 20-80)） 50/（90/40）61.66 KiQ/Aitm 7.1510/60(50/1000)61.66 1231 kJ.h.m. 342 (/m2.K)10.有一逆流熱交換器，將1.

41、25 kg/s的苯從77冷卻至27，苯的平均比熱Cp為1.88 KJ/kg.K。冷卻水的進(jìn)、出口溫度分別為25和47。換熱器采用252.5 mm的鋼管，水在管內(nèi)，苯在管外，水和苯的傳熱膜系數(shù)分別為850w/m2.K和1700w/m2.K。鋼的導(dǎo)熱系數(shù)49w/m.K。若忽略污垢的熱阻，試求冷卻水消耗量及管子的總長(zhǎng)度。 q=CpG(t-t)=117.5 KJ/S W=117.5/4.187(47-25)=1.276 kg.S t=(77-47)-(27-25)/ln(30/2)=10.34 1/K=1/+1/+/ K=550.7 w/m2.K A=q/K.t=20.635 m L=A/dm=292

42、.1 m11.一臥式列管冷凝器，鋼質(zhì)換熱管長(zhǎng)為3m，直徑為f252mm。水以0.7m/s的流速在管內(nèi)流過，并從17被加熱到37。流量為1.25kg/s、溫度為72烴的飽和蒸氣在管外冷凝成同溫度的液體。烴蒸氣的冷凝潛熱為315kJ/kg。已測(cè)得：蒸氣冷凝傳熱系數(shù)a0=800W/(m2)，管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)的40%，污垢熱阻又為管內(nèi)側(cè)熱阻的70%，試核算：（1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準(zhǔn)）；（2）換熱管的總根數(shù)；（3）換熱器的管程數(shù)。計(jì)算時(shí)可忽略管壁熱阻及熱損失，水的比熱為4.18kJ/(kg)解： （1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準(zhǔn)），S1；由題意知，水以0.7m/s的流速在

43、管內(nèi)流過，欲求S1，需先知道每程的管子數(shù)，每程的管子數(shù)等于所需冷卻水的總流量與單管內(nèi)水的流量之比。 兩流體交換的熱量為： 又 ， ，則 單管內(nèi)水的流量為：每程所需管子數(shù)為：取每程管子數(shù)為20， 則每程所能提供的傳熱外表面積為： (2) 換熱管的總根數(shù)；由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數(shù)。 由題給數(shù)據(jù)， 則任務(wù)所需的傳熱外表面積為： 換熱管總根數(shù)為： 取 (2) 換熱器的管程數(shù)。由題意管程數(shù)為： 12.在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進(jìn)口溫度分別為20和110。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45和40，使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進(jìn)口溫度

44、不變的情況下，冷卻水出口溫度降至38，試求：（1）空氣出口溫度為多少？（2）總傳熱系數(shù)為原來的多少倍？ 解： （1）空氣出口溫度題意可得：使用初期 （1） 使用一年后 （2）兩式相比（2）/（1），得 則：=59.6（2）總傳熱系數(shù) 方程(2)式/(1)式，得： 故 （3）冷熱流體的出口溫度一年后 （3） （4）方程（4）式/（3），得： 整理前半式的方程 （5）又因 ， 故 由等比定理 則 整理得， （6）聯(lián)立（5）和（6），可得： ， （4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲?則 13.有一換熱器，管內(nèi)通90的熱流體，膜系數(shù)為1100，管外有某種液體沸騰，沸點(diǎn)為50，膜

45、系數(shù)為5800。試求以下兩種情況下的壁溫：（1）管壁清潔無垢 ；（2）外側(cè)有污垢產(chǎn)生，污垢熱阻為0.005解：忽略管壁熱阻，并假設(shè)壁溫為（1） 當(dāng)壁很薄時(shí)，根據(jù)壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱方程式可得： 則 （2） 同理 則 由此可知，壁溫總是比較接近熱阻小的那一側(cè)流體的溫度。14.流量為2000kg/h的某氣體在列管式換熱器的管程流過，溫度由150降至80；殼程冷卻用水，進(jìn)口溫度為15，出口溫度為65，與氣體作逆流流動(dòng)，兩者均處于湍流。已知?dú)怏w側(cè)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)小于冷卻水側(cè)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)，管壁熱阻、污垢熱阻和熱損失均可忽略不計(jì)，氣體平均比熱為1.02kJ/kg，水的比熱為4.17kJ/kg，不計(jì)溫度變

46、化對(duì)比熱的影響，試求：（1）冷卻水用量；（2）如冷卻水進(jìn)口溫度上升為20，仍用原設(shè)備達(dá)到相同的氣體冷卻程度，此時(shí)對(duì)數(shù)平均溫差為多少？（3）此時(shí)的出口水溫將為多少？（4）此時(shí)的冷卻水用量為多少？解：（1）冷卻水用量； （2）如冷卻水進(jìn)口溫度上升為20，仍用原設(shè)備達(dá)到相同的氣體冷卻程度，此時(shí)對(duì)數(shù)平均溫差為多少？ 原情況 (1) 新情況 (2)因 ， ， 換熱器與氣體的情況未變， 則 ， 故 則 ， （2， 則用算術(shù)平均值合適）對(duì)新情況下的熱量進(jìn)行衡算，故 15.在套管換熱器中用120的飽和蒸汽于環(huán)隙間冷凝以加熱管內(nèi)湍流的苯。苯的流量為4000kg/h，比熱容為1.9kJ/(kg)，溫度從30升至6

47、0。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為1104W/(m2)，換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻為4104m2/W，忽略管壁熱阻、換熱管外側(cè)污垢熱阻及熱損失。換熱管為f542mm的鋼管，有效長(zhǎng)度為12m。試求：（1）飽和蒸汽流量（其冷凝潛熱為2204kJ/kg）；（2）管內(nèi)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)ai。解：（1）飽和蒸汽流量； （2）管內(nèi)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)ai； 整理得 （1） （2） 16.熱氣體在套管換熱器中用冷水冷卻，內(nèi)管為鋼管，導(dǎo)熱系數(shù)。冷水在管內(nèi)湍流流動(dòng)，給熱系數(shù)，熱氣在環(huán)隙中湍流流動(dòng)，給熱系數(shù)。不計(jì)垢層熱阻，試求：管壁熱阻占總熱阻的百分?jǐn)?shù)；解： = =總熱阻 W管壁熱阻 =管壁熱阻分率為 17.的無縫鋼管，內(nèi)通過表壓為0.2Mpa的飽和蒸汽。管外包30mm厚的保溫層，該管設(shè)置于溫度的大氣中，已知管內(nèi)壁與蒸汽的給熱系數(shù)，保溫層外表面與大氣的給熱系數(shù)。求蒸汽流經(jīng)每米管長(zhǎng)的冷凝量W解： 每米管長(zhǎng)的冷凝量W ， 不計(jì)管壁熱阻 = =1.65查（表）下，飽和蒸汽，=18.用兩臺(tái)結(jié)