化工原理習題課和要求和思考題學生

1、第三章 傳熱 基本要求1. 掌握的內(nèi)容： （1）熱傳導基本原理，一維定常傅里葉定律及其應用，平壁及園筒壁一維定常熱傳導計算及分析；（2）對流傳熱基本原理，牛頓冷卻定律，影響對流傳熱的主要因；。（3）無相變管內(nèi)強制對流傳熱系數(shù)關聯(lián)式及其應用，Nu、Re、Pr、Gr等準數(shù)的物理意義及計算，正確選用對流傳熱系數(shù)計算式，注意其用法、使用條件；（4）傳熱計算：傳熱速率方程與熱負荷計算，平均傳熱溫差計算，總傳熱系數(shù)計算及分析，污垢熱阻及壁溫計算，傳熱面積計算，加熱與冷卻程度計算，強化傳熱途徑。2. 熟悉的內(nèi)容： （1）對流傳熱系數(shù)經(jīng)驗式建立的一般方法；（2）蒸汽冷凝、液體沸騰對流傳熱系數(shù)計算；（3）熱輻射

2、基本概念及兩灰體間輻射傳熱計算；（4）列管式換熱器結構特點及選型計算。3. 了解的內(nèi)容： （1）加熱劑、冷卻劑的種類及選用；（2）各種常用換熱器的結構特點及應用；（3）高溫設備熱損失計算。思考題1傳熱速率方程有哪幾種？各有什么特點？分別寫出它們的表達式并指出相應的推動力和熱阻。2何謂熱負荷與傳熱速率？熱量衡算式與速率方程式的差別是什么？3如圖所示為冷熱流體通過兩層厚度相等的串聯(lián)平壁進行傳熱時的溫度分布曲線，問：（1）兩平壁的導熱系數(shù)l1與l2哪個大？（2）間壁兩側的傳熱膜a1與a2哪個大？（3）若將間壁改為單層薄金屬壁，平均壁溫接近哪一側流體的溫度？4試分別用傅立葉定律、牛頓冷卻定律說明導熱系

3、數(shù)及對流傳熱系數(shù)的物理意義，它們分別與哪些因素有關？5在什么情況下，管道外壁設置保溫層反而增大熱損失？6在包有內(nèi)外兩層相同厚度保溫材料的圓形管道上，導熱系數(shù)小的材料應包在哪一層，為什么？7某人將一盤熱水和一盤冷水同時放入冰箱，發(fā)現(xiàn)熱水比冷水冷卻速度快，如何解釋這一現(xiàn)象？8試述流動狀態(tài)對對流傳熱的影響？9分別說明強制對流和自然對流的成因，其強度用什么準數(shù)決定？10層流及湍流流動時熱量如何由管壁傳向流體，試分別說明其熱量傳遞機理。11某流體在圓管內(nèi)呈湍流流動時，若管徑減小至原管徑的1/2，而流量保持不變，忽略出口溫度變化對物性的影響，問管內(nèi)對流傳熱系數(shù)如何變化？12水在管內(nèi)作湍流流動時，若流速提高

4、為原流速的2倍，則對流傳熱系數(shù)如何變化（忽略出口溫度變化對物性的影響）；若以空氣代替水，其他條件不變，則對流傳熱系數(shù)是增大還是減??？13一根很長的水平光滑管用來加熱流經(jīng)管內(nèi)湍流流動的流體，管壁維持恒溫，若流量增加至使單位長度管壓降增加1倍，則對流傳熱系數(shù)將增加多少？14若傳熱推動力增加1倍，試求在下述流動條件下傳熱速率增加多少倍？（1）圓形管內(nèi)強制湍流；（2）大容器內(nèi)自然對流；（3）大容器內(nèi)飽和沸騰；（4）蒸汽膜狀冷凝。15為什么滴狀冷凝的對流傳熱系數(shù)要比膜狀冷凝的對流傳熱系數(shù)高？16膜狀冷凝時雷諾數(shù)如何定義？17氣體與固體壁面之間、液體與固體壁面之間、有相變流體與固體壁面之間的對流傳熱系數(shù)的

5、數(shù)量級分別為多大？18熱輻射與其他形式的電磁輻射有什么不同？19何謂黑體、灰體、鏡體、透熱體？20如圖所示，管道內(nèi)有一溫度計套管，內(nèi)插溫度計測量管內(nèi)流動的高溫氣體的溫度，試問：（1）溫度計所示溫度與流體實際溫度相同嗎？哪個大？（2）為減少測量誤差可采取哪些措施？21設備保溫層外常包有一層薄金屬皮，為減少熱輻射損失，此層金屬皮的黑度值是大好還是小好？其黑度值與材料的顏色、光潔度的關系又是如何？22物體的吸收率與輻射能力之間存在什么關系？黑度與吸收率之間有何聯(lián)系？23有兩臺同樣的管殼式換熱器，擬做氣體冷卻用，在氣液流量及進口溫度一定時，為使氣體溫度降至最低，如何安排流程？24有一管式換熱器，管程走

6、液體，殼程走蒸汽，由于液體入口溫度下降，在液體流量不變的情況下，仍要達到原來的出口溫度，可采取什么措施？25有一間壁式換熱器，管內(nèi)空氣被加熱，管間為飽和水蒸汽，總傳熱系數(shù)K接近于哪一側的對流傳熱系數(shù)？壁溫接近于哪一側流體的溫度？26有一套管換熱器，用飽和水蒸汽將在管內(nèi)做湍流流動的空氣加熱，若總傳熱系數(shù)K近似等于空氣的對流傳熱系數(shù)，今空氣流量增加1倍，而空氣進出口溫度及飽和水蒸汽溫度仍不變，問該換熱器長度應增為原長的多少倍？27有一套管換熱器，用飽和水蒸汽加熱管內(nèi)的空氣，如要測總傳熱系數(shù)K，需要測定哪些參數(shù)？若要測得飽和水蒸汽一側的對流傳熱系數(shù)，還需要補測哪些參數(shù)？28有一套管換熱器，管內(nèi)流體的

7、對流傳熱系數(shù)為管間流體的1/4，已知兩種流體均為湍流流動，試問：（1）管內(nèi)流速增加1倍；（2）管間流速增加1倍，總傳熱系數(shù)各增加多少？（管壁熱阻及污垢熱阻可不計）29列管換熱器在什么情況下要考慮熱補償，熱補償?shù)男问接心男?0為提高列管式換熱器的總傳熱系數(shù)K，在結構上可采取哪些措施？31如圖所示為一釜式設備，夾套內(nèi)通蒸汽加熱釜內(nèi)液體，試問：（1）為提高總傳熱系數(shù)K，可采取什么措施；（2）標出加熱蒸汽的進出口；（3）若傳熱面積不夠，可采取什么措施？（4）操作后期，夾套內(nèi)通冷卻水冷卻釜內(nèi)液體，標出水的進出口。32從強化傳熱過程角度來比較列管式換熱器與板式換熱器、螺旋板式換熱器的優(yōu)缺點。學習指導書：

8、（1）重點例題：例3-3、6、7、8、10、11、12、13、16（2）填空題：重點掌握內(nèi)容，必須會分析；（3）選做題：見后面習題課內(nèi)容：習題指導書：p105 339、41、42、43、44、453-39 116的飽和水蒸汽在一單管程列管式換熱器的殼程冷凝，一定流量的空氣在管程湍流流動，其溫度由20升至80。設總傳熱系數(shù)近似等于空氣對流傳熱系數(shù)。（1）操作中若空氣流量增加20%，為保持空氣出口溫度不變，問加熱蒸汽溫度應提高至多少度？（2）若采用一雙管程的換熱器，其換熱管管徑和總管數(shù)與原換熱器相同，則為完成相同的換熱任務，所需要換熱管長度為原換熱器的多少倍？忽略氣體溫度變化對其物性的影響。3-4

9、1 有一蒸汽冷凝器，蒸汽在其殼程中冷凝傳熱系數(shù)為10000W/m2×K，冷卻水在其管程中的對流傳熱系數(shù)為1000W/m2×K。已測得冷卻水進、出口溫度分別為t1=30、t2=35。現(xiàn)將冷卻水流量增加一倍，問蒸汽冷凝量將增加多少？已知蒸汽在飽和溫度100下冷凝，且水在管程中流動均達到湍流。（忽略污垢熱阻和管壁熱阻）3-42 用套管換熱器每小時冷凝甲苯蒸汽1000kg，冷凝溫度為110，冷凝潛熱為363 kJ/kg，冷凝傳熱系數(shù)×。換熱器的內(nèi)管尺寸為，外管尺寸為，有效長度為5m。冷卻水初溫為16，以3000kg/h的流量進入內(nèi)管，其比熱為4.174kJ/kg×

10、;，粘度為1.11cP，密度為995kg/m3。忽略管壁熱阻、污垢熱阻及熱損失。求：（1）冷卻水出口溫度；（2）管內(nèi)水的對流傳熱系數(shù)；（3）若將內(nèi)管改為的鋼管，長度不變，冷卻水的流量及進口溫度不變，問蒸汽冷凝量變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮?-43一單殼程雙管程列管式換熱器中，用130的飽和水蒸汽將36000kg/h的乙醇水溶液從25加熱到80。列管換熱器由90根，長3m的鋼管管束組成，乙醇水溶液走管程，飽和水蒸汽走殼程。已知鋼的導熱系數(shù)為45W/m·K，乙醇水溶液在定性溫度下的密度為880kg/m3，粘度為1.2×10-3Pa·s，比熱為4.02kJ/kg·K，導

11、熱系數(shù)為0.42W/m·K，水蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)為10000W/m2·K，忽略污垢熱阻及熱損失。試問：（1）此換熱器能否完成任務？（2）若乙醇水溶液流量增加20%，而溶液進口溫度、飽和水蒸汽壓力不變的條件下，仍用原換熱器，乙醇水溶液的出口溫度變?yōu)槎嗌?？（乙醇水溶液的物性可視為不變?-44 兩臺完全相同的單管程列管式換熱器，用水蒸汽在殼程冷凝以加熱管程內(nèi)的空氣。若加熱蒸汽壓力相同，空氣進、出口溫度t1和t2也分別相同，問（1）將兩臺換熱器串聯(lián)操作及并聯(lián)操作（見本題附圖），哪種方案生產(chǎn)能力大，相差多少倍？（并聯(lián)時空氣均勻分配于兩換熱器中）；（2）由以上求出的生產(chǎn)能力之比，計算

12、兩方案由于流動阻力引起的總壓降比為多大（注：蒸汽冷凝傳熱系數(shù)遠大于空氣的對流傳熱系數(shù)；不計換熱器進、出口及聯(lián)接管線所引起的壓降；空氣在換熱管內(nèi)流動均按湍流考慮；直管摩擦阻力系數(shù)用柏拉修斯方程計算）習題3-43附圖3-45 在單管程逆流列管式換熱器中用水冷卻空氣。水和空氣的進口溫度分別為25及115。在換熱器使用的初期，水和空氣的出口溫度分別為48和42；使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在水的流量和入口溫度不變的情況下，其出口溫度降至40。不計熱損失。求（1）空氣出口溫度變?yōu)槎嗌?？?）總傳熱系數(shù)變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?；?）若使水流量增大一倍，而空氣流量及兩流體入口溫度都保持不變，則兩流體的出口溫度變?yōu)槎嗌?？（提示：水的對流傳熱系?shù)遠大于空氣）臨界保溫半徑：在f25×2.5mm的蒸氣管道外包一層厚度為37.5mm、導熱系數(shù)為的保溫層。管內(nèi)飽和蒸氣溫度為130，大氣溫度為30。試求： (1) 保溫層的表面溫度并計算分析此保溫層能否起到減小熱損失的作用。 (2) 若采用的保溫材料，其它不變，再計算保溫效果。以上計算可