化工原理傳熱習(xí)題及答案

1、化工原理化工原理習(xí)題及答案第五章 傳熱 姓名_班級(jí)_學(xué)號(hào)_成績(jī)_一、填空題：1.（6分） 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_(kāi)。(注:大型容器可視為平壁) *答案* 1140w2.（6分） 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120mm, =0.25w.m.K,此時(shí)單位面積的熱損失為_(kāi)。(注:大型容器可視為平壁) *答案* 1000w3.（6分） 某大型化工容器的外層包上隔熱層,

2、以減少熱損失,若容器外表溫度為150, 而環(huán)境溫度為20,要求每平方米熱損失不大于500w, 采用某隔熱材料,其導(dǎo)熱系數(shù)=0.35w.m.K,則其厚度不低于_。(注:大型容器可視為平壁) *答案* 91mm4.（6分）某間壁換熱器中,流體被加熱時(shí),圓形直管內(nèi)湍流的傳熱系數(shù)表達(dá)式為_(kāi).當(dāng)管內(nèi)水的流速為0.5m.s時(shí),計(jì)算得到管壁對(duì)水的傳熱系數(shù)=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不變,僅改變水在管內(nèi)的流速,當(dāng)流速為0.8m.s時(shí),此時(shí)傳熱系數(shù)=_. *答案* =0.023(/d)RePr =3.81(kw.m.K)5.（6分）某間壁換熱器中,流體被加熱時(shí),圓形管內(nèi)湍流的傳熱系數(shù)表達(dá)式為_(kāi).當(dāng)

3、管內(nèi)水的流速為0.5m.s時(shí),計(jì)算得到管壁對(duì)水的傳熱系數(shù)=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不變,僅改變水在管內(nèi)的流速,當(dāng)流速為1.2m.s時(shí),此時(shí)傳熱系數(shù) =_. *答案* =0.023(/d)RePr =5.26(kw.m.K)6.（3分）牛頓冷卻定律 的表達(dá)式為_(kāi)，給熱系數(shù)（或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)）的單位是_。 *答案* q=At w.m.K7.（4分）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=_. *答案* 27.9K8.（4分） 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

4、30,此時(shí)傳熱平均溫度差t=_. *答案* 41.6K9.（2分）熱量傳遞的方式主要有三種:_、_、_. *答案* 熱傳導(dǎo) 熱對(duì)流 熱輻射10.（6分）圓筒壁總傳熱系數(shù)K與間壁兩側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù).以及間壁導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系為_(kāi).當(dāng)間壁管規(guī)格為108×4mm,導(dǎo)熱系數(shù)為45(w. m.K)時(shí),管內(nèi)外兩側(cè)給熱系數(shù)分別為8000 (w.m.K)和1200(w.m.K)時(shí),總傳熱系數(shù)K_. *答案* 1/K=1/+bd/d+1d/d； 946(w.m.K)11.（4分）某逆流操作的間壁式換熱器中,熱流體的進(jìn).出口溫度為80和50,冷流體的進(jìn)出.口溫度為20和45,此時(shí)傳熱平均溫度差t=_. *答案

5、* 32.512.（3分）對(duì)流傳熱中的努塞特準(zhǔn)數(shù)式是, 它反映了_ 。 *答案* N/,對(duì)流傳熱過(guò)程幾何尺寸對(duì)的影響。13.（4分）穩(wěn)定熱傳導(dǎo)是指_不隨時(shí)間而改變。 *答案* 傳熱系統(tǒng)中各點(diǎn)的溫度僅隨位置變14.（2分）兩流體的間壁換熱過(guò)程中，計(jì)算式Q.A.，A表示為_(kāi)。 *答案* 一側(cè)的換熱壁面15.（2分）在兩流體通過(guò)圓筒間壁換熱過(guò)程中，計(jì)算式Q=K.A.t中,A表示為_(kāi)。 *答案* A 泛指?jìng)鳠崦? 與K 相對(duì)應(yīng)16.（3分）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=_,當(dāng)并流時(shí),tm=_。 *答案* 50 47.217.（4分）冷

6、、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_(kāi)；若熱損失為5時(shí)，冷氣體出口溫度為 *答案* 250， 24018.（3分）一列管換熱器，列管規(guī)格為38×3, 管長(zhǎng)4m,管數(shù)127根，則外表面積F=_， 而以內(nèi)表面積計(jì)的傳熱面積F_。 *答案* F1=127×4×0.038=60.6m F2=127×4×0.032=51.1m19.（2分）當(dāng)水在圓形直管內(nèi)作無(wú)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

7、為原來(lái)的_倍。 *答案* 220.（2分）進(jìn)行換熱的兩流體，若時(shí)，要提高K值，應(yīng)設(shè)法提高_(dá)；當(dāng)時(shí)，要提高K值，應(yīng)使_。 *答案* ； 與同時(shí)提高二、選擇題：1.（2分）間壁傳熱時(shí)，各層的溫度降與各相應(yīng)層的熱阻( ) A. 成正比 B. 成反比 C. 沒(méi)關(guān)系 *答案* A2.（2分）翅片管換熱器的翅片應(yīng)安裝在( )。 A. 小的一側(cè) B. 大的一側(cè) C. 管內(nèi) D. 管外 *答案* A3.（2分）穿過(guò)三層平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程，如圖所示，試比較第一層的熱阻 R與第二、三層熱阻R、R的大小( )。 A. R>(R+R) B. R<(R+R) C. R=(R+R) D. 無(wú)法比較本題目有題圖

8、： *答案* C4.（2分）工業(yè)采用翅片狀的暖氣管代替圓鋼管，其目的是（ ）。 A. 增加熱阻，減少熱量損失; B. 節(jié)約鋼材、增強(qiáng)美觀; C. 增加傳熱面積，提高傳熱效果。 *答案* C5.（2分）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為（ ）。 A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5 *答案* B6.（2分）將1500 kg.h，80的硝基苯通過(guò)換熱器冷卻到40，冷卻水初溫為30，出口溫度不超過(guò)35，硝基苯比熱為1.38kJ.kg.K，則換熱器的熱負(fù)荷為（ ）。 A. 1980

9、0 kJ.h; B. 82800 kJ.h; C. 82800 kw; *答案* B7.（2分）對(duì)流傳熱是由（ ）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)。 *答案* C8.（2分）法定計(jì)量單位中，屬于國(guó)際熱量計(jì)算單位的是（ ）。 A. kw; B. kcal; C. J *答案* C9.（2分）熱量傳遞的基本方式是（ ）。 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 *答案* D10.（2分）在比較多的情況下，尤其是液液熱交換過(guò)程中，熱阻通常較小可以忽略不計(jì)的是（

10、）。 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。 *答案* D11.（2分）公式qKAt中，t的物理意義是（ ）。 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。 *答案* B12.（2分）湍流體與器壁間的對(duì)流傳熱（即給熱過(guò)程）其熱阻主要存在于（ ）。 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)。 *答案* C13.（2分）對(duì)一臺(tái)正在工作的列管式換熱器，已知116w.m.K11600 w.m.K，要提高傳熱系數(shù)（K），最簡(jiǎn)單有效的途徑是（ ）。

11、 A. 設(shè)法增大; B. 設(shè)法增大; C. 同時(shí)增大和。 *答案* A14.（2分）用飽和水蒸汽加熱空氣時(shí)，傳熱管的壁溫接近（ ） 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 *答案* A15.（2分） 在間壁式換熱器內(nèi)用飽和水蒸汽加熱空氣，此過(guò)程的總傳熱系數(shù)K值接近于（ ） A. 蒸汽 B. 空氣 C. 蒸汽與空氣的平均值 *答案* B16.（2分）對(duì)流傳熱僅發(fā)生在（ ）中。 A. 固體 B. 靜止的流體 C. 流動(dòng)的流體 *答案* C17.（2分）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. 愈大 B. 愈小 C. 不變 *答案* A18

12、.（2分）流體與固體壁面間的對(duì)流傳熱，當(dāng)熱量通過(guò)滯流內(nèi)層時(shí)，主要是以（ ）方式進(jìn)行的。 A. 熱傳導(dǎo) B. 對(duì)流傳熱 C. 熱輻射 *答案* A19.（2分）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（ ） A. 固定管板式 B. 浮頭式 C. 套管式 *答案* B20.（2分）強(qiáng)化傳熱的主要途徑是（ ）。 A. 增大傳熱面積 B. 提高K值 C. 提高tm *答案* B三、判斷題：1.（2分）凡穩(wěn)定的圓筒壁傳熱，熱通量為常數(shù)。( ) *答案* ×2.（2分）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。（ ） *答案*

13、 3.（2分）凡穩(wěn)態(tài)的園筒壁傳熱過(guò)程，單位時(shí)間單位面積所傳遞的熱量相等。（ ） *答案* ×4.（2分） 熱量傳遞過(guò)程的規(guī)律與流體流動(dòng)過(guò)程相似，流速越大，則其過(guò)程的阻力越大。（ ） *答案* ×5.（2分）當(dāng)保溫材料的厚度加大時(shí)，內(nèi)外壁面的總溫度差增大，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 。（ ） *答案* ×6.（2分）多層平壁導(dǎo)熱過(guò)程中，傳熱總推動(dòng)力為各壁面溫度差之和。（ ） *答案* 7.（2分）無(wú)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。（ ） *答案* 8.（2分）換熱器的導(dǎo)熱管，應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)值大的材料。（ ） *答案

14、* 9.（2分）導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)（ ），*答案* 10.（2分）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（ ） *答案* ×11.（2分）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?。?）. *答案* ×12.（2分）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（ ）. *答案* ×13.（2分）對(duì)于問(wèn)壁兩側(cè)流體穩(wěn)定變溫傳熱來(lái)說(shuō)，載熱體的消耗量逆流時(shí)大于并流時(shí)的用量。（ ） *答案* ×14.（2分）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、。（ ） *答案* ×15.（2分）蛇管換熱器是屬于間壁式換熱器的一種（ ） *答案* 16.（2分）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)（ ） *答案* 17.（2分）維持膜狀沸騰操作，可獲得較大的沸騰傳熱系數(shù)。（ ） *答案* ×18.（2分）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)。（ ） *答案* ×19.（2分）強(qiáng)化傳熱的途徑主要是增大傳熱面積（ ） *答案* ×20.（2分）付立葉定律適用于流體與壁面間的傳熱計(jì)算。（ ） *答案* ×四、簡(jiǎn)答題：1.（8分）在化工生產(chǎn)中,傳熱有

16、哪些要求? *答案* 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； 2、盡量避免傳熱,即保溫或保冷。2.（10分）傳導(dǎo)傳熱,對(duì)流傳熱和輻射傳熱,三者之間有何不同? *答案* 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(lái)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(lái)傳遞熱量。3.（10分）試述對(duì)流傳熱的機(jī)理? *答案* 熱流體流過(guò)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

17、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.（8分）強(qiáng)化傳熱過(guò)程應(yīng)采取哪些途徑? *答案* 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

18、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.（4分）傳熱有哪幾種方法?各有何特點(diǎn)?試就鍋爐墻的傳熱分析其屬哪些傳熱方式? *答案* 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.（4分）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? *答案* 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

19、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.（4分）什么是穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱? *答案* 在傳熱過(guò)程中，傳熱面上各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化，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.（5分） 導(dǎo)熱系數(shù)受哪些因素影響?現(xiàn)有建筑磚（1800kg.m）和煤灰磚（700 kg.m）兩種材料，哪種保溫性能好? *答案* 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

20、大。 煤灰磚的保溫性能好。9.（2分）多層平面壁的導(dǎo)熱速率是怎樣計(jì)算的? *答案* Q/A=(t+t+t+.)/(b/+b/+b/+.) 10.（3分） 題號(hào)4206 第4章 知識(shí)點(diǎn) 100 難度 中等 多層園筒壁的導(dǎo)熱速率是怎樣計(jì)算的? *答案* Q=2L(t+t+.)/(ln(r/r)/+ln(r/r)/+.)11.（4分）說(shuō)明流體流動(dòng)類(lèi)型對(duì)給熱系數(shù)的影響。 *答案* 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。 12.（6分）給熱系數(shù)受哪些因素影響? *答案* 流動(dòng)類(lèi)型：湍流時(shí)的給熱系

21、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(guò)程有無(wú)相變，有相變大。 分析0.023/d.Re.Pr也可以回答上列問(wèn)題。13.（3分）提高傳熱系數(shù)時(shí),為什么要著重提高給熱系數(shù)小的這一側(cè)? *答案* 當(dāng)忽略金屬壁面的導(dǎo)熱熱阻時(shí)， 1/K=1/+1/=(+)/(×) 若>>,則+ K 即K接近小的數(shù)值。14.（4分）說(shuō)明列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)。 *答案* 由殼體、管束、管板、封頭等組成。 15.（4分）試比較各類(lèi)常用熱交換器的優(yōu)缺點(diǎn)

22、。 *答案* 略 16.（6分）有以下傳熱公式 A. Q=.A.(t-t)/ B. Q=.A.(T-T) 回答下列問(wèn)題： （1）在什么傳熱情況下，可利用以上公式進(jìn)行計(jì)算？ （2）寫(xiě)出以上公式中，熱阻的表達(dá)式 *答案* （1）A、B兩公式均應(yīng)用在穩(wěn)定傳熱下傳熱速率的計(jì)算。公式A為物質(zhì)內(nèi)部傳導(dǎo)的傳熱速率計(jì)算。公式B為物質(zhì)表面與流體間對(duì)流傳熱的傳熱速率計(jì)算。 （2）A式：R=/或R=/A × B式：R=1/或R=1/×A17.（8分）換熱器的散熱損失是如何產(chǎn)生的？應(yīng)如何來(lái)減少此熱損失？ *答案* 由于換熱器外壁面溫度往往高于周?chē)饨缈諝獾臏囟?，外壁面不斷通過(guò)對(duì)流和輻射傳將熱量傳給

23、換熱器周?chē)目諝舛⑹В串a(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)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。18.（6分）列管換熱器由哪幾個(gè)基本部分組成？各起什么作用？ *答案* 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(guò)管壁進(jìn)行換熱。管束安裝在管板上，通過(guò)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。19.（8分）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

24、析主要原因。 *答案* 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、A一定時(shí)，t則Q，對(duì)現(xiàn)有的換熱器來(lái)說(shuō)，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。20.（8分）有一高溫爐，爐內(nèi)溫度高達(dá)1000以上，爐內(nèi)有燃燒氣體和被加熱物體，試定性分析從爐內(nèi)向外界大氣傳熱的傳熱過(guò)程。本題目有題圖：titu185.bmp *

25、答案* 爐內(nèi)以對(duì)流和輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量傳給爐的內(nèi)壁面。在爐壁內(nèi)通過(guò)傳導(dǎo)傳熱，將熱量以爐的內(nèi)壁面?zhèn)鞯綘t的外壁面，它與爐內(nèi)對(duì)流與輻射傳熱相串聯(lián)。爐外通過(guò)對(duì)流與輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量從爐的外壁面?zhèn)鞯酱髿庵?，它與爐壁內(nèi)的傳導(dǎo)傳熱相串聯(lián)，所以該傳熱過(guò)程的特點(diǎn)是：（1）傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種傳熱方式同時(shí)存在；（2）并聯(lián)、串聯(lián)的聯(lián)合傳熱同時(shí)存在。五、計(jì)算題：1.（8分）外徑為100mm的蒸汽管外包一層厚 80mm、導(dǎo)熱系數(shù)為w.m.K的絕緣材料,管外壁溫度為t,每米管長(zhǎng)的熱損失為Qw.m,試求絕熱層外壁溫度t（設(shè)管外壁與絕熱層接觸良好） *答案* Q=2(t1-t2)/ln(r2/r1) t2=t1-

26、Q ln(r2/r1)/(2) =t1-Q/ln(0.13/0.05)/(2×3.14) =t1-0.152Q/ 2.（14分） 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） *答案* 設(shè)耐火磚厚度b1, 絕熱磚厚度b2 跨過(guò)耐火磚的熱通量為: q=(t1-t2)/(b1/1) b1=1(t1-t2)/

27、q=1.163(1000-800)/930=0.25m 跨過(guò)三層磚的熱通量為: q=(t1-t4)/(b1/1)+(b2/2)+(b3/3) b2=(t1-t4)/q-b1/1-b3/32 =(1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.582×0.233 =0.14m,跨過(guò)普通磚的熱通量:=t3-t4/b3/3, t3=q.b3/3+t4=930×0.1/0.582+83=2433.（15分）在內(nèi)管為180×10mm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

28、分別為40和50,平均比熱為4.174kJ. kgK, 基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)K=2000w.mK,且保持不變.設(shè)熱損失可以忽略。試求:（1）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)。 *答案* 冷卻水用量：W（TT）W（tt） 3500×2.38×（10060）W×4.174×（5040） W7982kg.h t逆（5020）/（50/20）32.75 t并（6010）/（60/10）27.9 QKAt Q333200kJ.h A逆333200×10/（2000×32.75×3600）1.41m

29、1.41 3.14×0.18×1.41 2.5 m A并333200×10/（2000×27.9×3600） 1.66 m 3.14×0.18×1.66 2.93 m4.（15分）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(lái)的3.87%,求石棉層厚度及鋼管和石棉層接觸面處

30、的溫度。 *答案* Q/L=2(120-115)/1/(ln(75/55)=4545 (1/)ln(75/55)=2×3.14(125-115)/4545=0.00691 =44.9w.m.K 設(shè)外加石棉層厚度為 則:Q'/L =2×3.14(120-10)/(1/44.9)ln(75/55)+(1/0.15)ln(75+2)/75 =4545×0.0387=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: 2×3

31、.14(120-t2')/(1/44.9)ln(75/55)=175.9 解得: t2'=119.85.（12分）120×5mm的蒸汽管外擬包一層保溫材料,其導(dǎo)熱系數(shù)為0.07w.m.K。設(shè)蒸汽管的內(nèi)壁溫度為110,管壁導(dǎo)熱系數(shù)為45w.m.K。要求保溫層外壁溫度不超過(guò)20,每米蒸汽管的熱損失控制在60w以下,試計(jì)算保溫層的最小厚度。 *答案* 按多層圓筒導(dǎo)熱 （tt）/（/）/（2）（/）/（2） 將0.06m,0.055m，0.06 0.07w/(m·K),45w/(m·K)，60w/m t110,t20代入上式60=(110-20)/(ln(

32、0.06/0.055)/(2×45)+ln(/0.06)/(2×0.07) =90/(0.00031+(ln+2.813)/0.4398) 解得 0.116m, 0.1160.060.056m56mm 注：本題可簡(jiǎn)化不計(jì)管壁熱阻。6.（20分）某列管換熱器,用100水蒸汽將物料由20加熱至80,傳熱系數(shù)K100w.m.K。經(jīng)半年運(yùn)轉(zhuǎn)后,由于污垢的影響,在相同操作條件下物料出口溫度僅為70, 現(xiàn)欲使物料出口溫度仍維持80,問(wèn)加熱蒸汽溫度應(yīng)取何值? *答案* 原：W（8020）KAt （1） t（8020）/（80/20）43.28 半年后：W（7020）KAt （2） t（8

33、030）/（80/30）50.98 （2）/（1）得： （7020）/（8020）Kt/（Kt） (K/100)×50.98/43.28 K70.75 w.m.K 保持原生產(chǎn)能力,即 KAtKAt tKt/K100×43.28/70.75 61.17t（T20）-（T80）/（T-20）/（T-80） 61.17 60/61.17（T20）/（T80） 2.667（T20）/（T80） T115.87.（16分） 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25×2.5mm),從150 冷卻到100 。冷卻

34、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.m.K,冷卻水一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為930 w. m.K,忽略管壁和污垢的熱阻及熱損失, 求以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)。 *答案* 溶液放熱 Q=msCpT=1.4×2×10×(150-100) =1.4×10w 1/K=d/(d)+1/ =0.025/(1160×0.02)+1/930=2.15×10 K=464w.m.K 冷卻水用量 ms'=Q/C

35、p'(t2-t1) =1.4×10/4180(60-25) =0.957kg.s=3445kg.h tm=(150-60)-(100-25)/ln(150-60)/(100-25)=82.3 A=Q/(Ktm)=1.4×10/(464×82.3)=3.67m l=A/(d)=3.67/(×0.025)=46.7m8.（10分）某車(chē)間有一臺(tái)換熱面積（以外表面積計(jì)）為2.5 m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：

36、換熱器的熱負(fù)荷和傳熱系數(shù)。 *答案* A2.5m , C2kJ.kg.K tm （(180-80)-(70-30)）/(100/40) 65.5 Q200×2×(80-30)20000kJ.h QKAtm K20000/(65.5×2.5)122.2kJ.m.K.h=34.m.K9.（16分）在并流換熱器中,用水冷卻油。換熱管長(zhǎng)1.5m。水的進(jìn)出口溫度為15和40；油的進(jìn)出口溫度為120和90。如油和水的流量及進(jìn)口溫度不變,需要將油的出口溫度降至70,則換熱器的換熱管應(yīng)增長(zhǎng)為多少米才可達(dá)到要求?（不計(jì)熱損失及溫度變化對(duì)物性的影響） *答案* 由熱量衡算 GC（TT

37、）GC（tt） 按題意在兩種情況下：G,C,T和G,C,t不變, 故得（GC）/（GC）（tt）/（TT）（t't）/（TT'）（4015）/（12090）（t'15）/（12070） t'56.7 由 QKAt, 現(xiàn)K不變,而t（120-15）-（90-40）/（120-15）/（9040） 74.1t'（12015） （7056.7）/（12015）/（7056.7）44.4 故 Q/QGC（TT）/（GC（TT'） t/（t）, 即（12090）/（12070）1.5×74.1/（'×444） 得 4.17m。1

38、0.（16分）用一傳熱面積為3m由25×2.5mm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(shuō)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) *答案* (1) Q1=1200×2×(200-100)=2

39、40000kJ.h Q2=Q1, t2=t1+Q1/(m2·Cp2)=10+240000/(1000×4.18)=67.4 tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110 1/K1=1/1+d1/(2·d2)=1/250+25/(2000×20) K1=2 16.2.m.K A1=Q1/(Ktm) =240000×10/(216.2×3600×110) =2.8 m<3m 故適用 (2) t1=30時(shí) t2=30+240000/(1000×4.18)=87.4 tm=(112.6-70)/ln(

40、112.6/70)=89.6 A1=240000×10/(3600×89.6×216.2)=3.45m>3m 不適用11.（10分）采用傳熱面積為4.48m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 *答案* （1）由 Q=K.Atm 式 求 K 其中: Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600×188×10(80-50)=56400t（tt）/（t/t） （8030）（5020）/(80-30)

41、/(50-20) 39.2 56400=K×4.48×39.2 解得 K=321.m. 12.（18分）某廠用一套管熱交換器,每小時(shí)冷凝2000kg甲苯蒸汽,冷凝溫度為110, 甲苯的汽化潛熱為363kJ.kg, 其冷凝傳熱系數(shù)為14000w.m.K。冷卻水于16及5000kg.h的流量進(jìn)入套管內(nèi)管(內(nèi)徑為50mm)作湍流流動(dòng)，其對(duì)流傳熱系數(shù)為1740w.m.K。水的比熱可取為4.19kJ.kg.K ：(1)試計(jì)算冷卻水的出口溫度及套管管長(zhǎng)。(2)由于氣候變熱,冷卻水進(jìn)口溫度升為25,試計(jì)算在水流量不改變的情況下,該冷凝器的生產(chǎn)能力的變化率。 *答案* （1）由熱量衡算得：

42、 GW.Cp（t出16） t出G/（W.Cp）16) 2000/3600×363×10/5000/3600×4.19×10+16 50.65 取K1/(1/1740)+(1/14000)=1548w.m.K G2000/3600×363×102.02×10w t1 1101694, t2 11050.6559.35 tm （t1 t2 ）/2（9459.35）/276.8 又KAtm Ktm 管長(zhǎng)/（Ktm ） 2.02×10 /（1548×3.14×0.05×76.8）10.82m

43、（2）水溫升高(忽略物性變化)傳熱面積A3.14×0.05×10.81.7m q'=KAtm' 其中q'=5000/3600×4.19×10(t'-25) tm'=(110-25)+(110-t')/2=97.5-0.5t' 5000/3600×4.19×10(t'-25) =1548×1.7(97.5-0.5t') , 解得 t'=56.4 q'=5000/3600×4.19×10(56.4-25)=1.83

44、5;10w (q-q')/q×100%=9.4%13.（14分）某廠在由177根25×2mm, 長(zhǎng)3m的鋼管構(gòu)成的單殼程單管程列管換熱器內(nèi),用 132.9的飽和水蒸汽在管間冷凝,將管內(nèi)作湍流流動(dòng)的常壓乙烯氣體加熱。已知乙烯氣體流量為0.6kg.s，進(jìn)口溫度為20,在操作條件下的密度為1kg.m，比熱為1.84 kJ.kg.K,對(duì)流傳熱系數(shù)為53w.m.K,飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)為8000w.m.K,可忽略管壁及垢層熱阻。(1)確定乙烯氣體出換熱器時(shí)的溫度；(2)若乙烯氣體通過(guò)換熱器的壓降要求不超過(guò)0.01 kgf.cm,通過(guò)換熱器的總長(zhǎng)度（包括局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）為

45、5.5m, 摩擦系數(shù)0.04, 試確定該換熱器最多能允許通過(guò)多少kg.s的乙烯氣體? *答案* （1） QCP (t2 -t1 )=0.6CP (t2 -20) QKAtm Ai i 177×0.021×3 =35.014 mi<<o Ki 1/（1/1 1/2 ） 1/(1/53+1/8000)=52.65 .m.K則 0.6×1.84×103×(t2 -20)=52.65×35.014×(t2 -20) /(132.9-20)/(132.9-t2 )(112.9/(132.9-t2 )=1.668 112.9

46、/(132.9-t2 )=5.304 704.89 - 5.304t2 =112.9 t2 =111.61（2） P0.01 kgf/cm=0.01×9.804×10 =9.807×10PaP/×U /2×0.04×5.5/0.021×U/2×1 9.807×10=0.04×5.5/0.021×U/2 U13.68 m.s /4 i U 177×0.785×0.021×13.68 0.8389 kg.s=0.84kg.s14.（10分）在單程逆流列管式換熱

47、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(lái)的多少倍? *答案* （1）初期 m1 CP1(110-40)= m2 CP2(45-20)= K Atm 一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38-20)= K' Atm ' (110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20

48、) 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'/K0.50715.（10分）在換熱器中，熱水流量為2000kg.h，冷水流量為3000 kg.h,熱水進(jìn)口溫度T85,冷水進(jìn)口溫度t15,如要求將冷水加熱到t40, 求采用并流和逆流時(shí)的平均溫度差,冷、熱水的平均比熱可認(rèn)為相等。 *答案* GC（TT）GC（tt） 2000（85T）3000（4015） 得T47.5 并流時(shí) 8547.5 1535