傳熱復(fù)習(xí)題(一)參考答案

1、傳熱技術(shù)復(fù)習(xí)題(一)參考答案一、 填空題1、寫出三種間壁式換熱器的名稱： 套管式換熱器 、 管殼式換熱器 和 板式換熱器 。2、換熱器在使用一段時(shí)間后，傳熱速率會(huì)下降很多，這往往是由于 傳熱管表面有污垢積存 的原因。3、用套管換熱器加熱內(nèi)管的空氣，蒸氣在管間冷凝?，F(xiàn)欲通過試驗(yàn)方法測定蒸氣和空氣的給熱系數(shù)，需要的主要儀器有 溫度計(jì) 、流量計(jì) 。4、用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近于 空氣 側(cè)的對流傳熱系數(shù)，而壁溫接近于 飽和蒸汽 側(cè)流體的溫度值。5、蒸氣冷凝分 滴 狀冷凝和 膜 狀冷凝。6、冷、熱氣體在間壁換熱器中換熱，熱氣體進(jìn)口溫度T1400，出口溫度T2為200，冷氣體進(jìn)口溫度150，

2、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 7、應(yīng)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式求取對流傳熱系數(shù)時(shí)，應(yīng)留意：（1） 應(yīng)用范圍 ；（2） 特征尺寸 ；（3）定性溫度 。8、列管換熱器中，用飽和水蒸汽加熱空氣?？諝庾吖軆?nèi)，蒸汽走管間，則管壁溫度接近 水蒸汽 的溫度，總傳熱系數(shù)接近 空氣 的對流傳熱系數(shù)。 9、列管換熱器，在殼程設(shè)置折流擋板的目的是 強(qiáng)化傳熱 和 支撐管束 。 10、如圖所示為間壁式換熱器中冷流體B與熱流體A的穩(wěn)態(tài)傳熱 過程的溫度分布曲線，該傳熱過程是由 對流傳熱 、 熱傳導(dǎo) 和 對流傳熱 三個(gè)串聯(lián)的熱傳遞環(huán)節(jié)組成，

3、由圖分析可知:1 < 2， 因此若強(qiáng)化該傳熱過程，應(yīng)從 A 側(cè)著手。11、強(qiáng)化傳熱的方法之一是提高K值. 而要提高K值,則應(yīng)提高對流傳熱系數(shù) 較小 一側(cè)的對流傳熱系數(shù)。12、有兩種不同的固體材料，它們的導(dǎo)熱系數(shù)第一種為>其次種為 ，若作為換熱器材料，應(yīng)選用 第一 種；當(dāng)作為保溫材料時(shí)，應(yīng)選用 其次 種。13、某大型化工容器的外層包上隔熱層，以削減熱損失，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，接受某隔熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)=0.35W/m2.K，則其厚度不低于 91mm 。(注:大型容器可視為平壁)14、列管式換熱器的殼程內(nèi)設(shè)置折流擋板的作用在于 提

4、高殼程流體的流速 ，折流擋板的外形有 弓形 ， 圓盤形 等。15、化工生產(chǎn)中最常用的載熱體（加熱劑）為 飽和蒸汽 ，常用的冷卻劑為 水 。二、 選擇題1、將1500 kg/h，80的硝基苯通過換熱器冷卻到40，冷卻水初溫為30，出口溫度不超過35，硝基苯比熱為1.38kJ/kJ，則換熱器的熱負(fù)荷為（ B ）。 A. 19800 kJ/h; B. 82800 kJ/h; C. 82800 kW; D.19800kW2、提高傳熱強(qiáng)度的主要途徑是增大（ C ）。 A. 傳熱溫度差； B. 加熱蒸汽壓力； C. 傳熱系數(shù)； D. 傳熱面積；3、計(jì)算下列四種“數(shù)”時(shí)，其數(shù)值大小與單位制選擇有關(guān)的是（ D

5、 ）。 A普蘭德準(zhǔn)數(shù) B傳熱單元數(shù) C離心分別因數(shù) D過濾常數(shù)4、黑度表明物體的輻射力量接近黑體的程度，其值大小與物體的（ D ）無關(guān)。A種類； B表面狀況； C表面溫度； D.顏色5、在間壁式換熱器內(nèi)用飽和水蒸汽加熱空氣，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 D. 蒸汽與空氣的對數(shù)平均值6、流體與固體壁面間的對流傳熱，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. 對流傳熱 C. 熱輻射 D.熱對流7、列管式換熱器內(nèi)，裝設(shè)了兩塊橫向折流擋板，則該換熱器的殼程為（ A ） A. 單程 B. 雙程 C.三程 D.四程8、在下面

6、幾種換熱器中，冷熱兩種流體能實(shí)現(xiàn)完全逆流的是（ A ）。 A. 套管式 B. 列管式 C. 板式 D.夾套換熱器9、熱對流僅發(fā)生在（ C ）中。 A. 固體 B. 靜止的流體 C. 流淌的流體 D.真空10、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 D.和溫差無關(guān)11、用兩種不同的保溫材料時(shí)，往往把導(dǎo)熱系數(shù)入值小者放在（ A ）。 A. 內(nèi)層 B. 外層 C. 內(nèi)外層均可 內(nèi)外層均不行12、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)口溫度 D. 空氣進(jìn)、出口平均溫度1

7、3、噴淋式換熱器屬于（ B ）換熱器的一種。 A. 混合式 B. 間壁式 C. 蓄熱式 D.直接接觸式14、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. 導(dǎo)熱、對流與輻射15、工業(yè)接受翅片狀的暖氣管代替圓鋼管，其目的是（ C ）。 A. 增加熱阻，削減熱量損失; B. 節(jié)省鋼材、增加美觀; C. 增加傳熱面積，提高傳熱效果。D.降低傳熱系數(shù)，削減散熱16、揭示了物體輻射力量與吸取率之間關(guān)系的定律是（ B ）。A斯蒂芬-波爾茲曼定律； B克?；舴蚨桑籆折射定律； D普朗克定律17、接受多管程換熱器，雖然能提高管內(nèi)流體的

8、流速，增大其對流傳熱系數(shù)，但同時(shí)也導(dǎo)致（ D ）。A管內(nèi)易結(jié)垢； B殼程流體流速過低； C平均溫差下降； D管內(nèi)流淌阻力增大三、 推斷題1、換熱器的平均傳熱溫度差，是指熱流體進(jìn)出口的平均溫度與冷流體進(jìn)出口的平均溫度的差值。（ F ）2、固體材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越松疏，其導(dǎo)熱系數(shù)則越大（ F ）3、在穩(wěn)定的多層平壁導(dǎo)熱中，熱阻與溫差成正比。（ T ）4、維持膜狀沸騰操作，可獲得較大的沸騰傳熱系數(shù)。（ F ）5、保溫層應(yīng)當(dāng)選用導(dǎo)熱系數(shù)小的絕熱材料（ T ）6、傳熱邊界層厚度總是小于或等于流淌邊界層厚度。（ T ）7、換熱器的導(dǎo)熱管，應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)值大的材料。（ T ）8、在穩(wěn)態(tài)傳熱中，凡熱阻大處其溫差也

9、大。( T )9、在穩(wěn)定的多層平壁導(dǎo)熱中，若某層的熱阻較大，則導(dǎo)熱溫度差就較小。（ F ）10、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 。（ F ）11、多層平面壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)時(shí)，推動(dòng)力是內(nèi)壁面與外壁面間總的溫度差;總熱阻是各層熱阻的倒數(shù)之和。（ F ）12、由溶液沸點(diǎn)造成溫度差損失等于溶液的沸點(diǎn)與相同壓力下水的沸點(diǎn)之差。（ T ）13、凡穩(wěn)定的圓筒壁傳熱，熱通量為常數(shù)。( F )14、維持膜狀沸騰操作，可獲得較大的沸騰傳熱系數(shù)。（ F ） 15、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

10、比為定值，即導(dǎo)熱速率不變 。（ F ）16、蛇管換熱器是屬于間壁式換熱器的一種。（ T ）四、 簡答題1、列管換熱器由哪幾個(gè)基本部分組成？各起什么作用？答：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淌空間，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。2、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)?解：當(dāng)忽視金屬壁面的導(dǎo)熱熱阻時(shí)， 1/K=1/+1/=(+)/(×)若>>，則+ K 即K接近小的數(shù)值。3、為什么工業(yè)換熱器的冷、

11、熱流體的流向大多接受逆流操作? 答：逆流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，對相同熱負(fù)荷言，需要冷卻劑少，故對逆流就加熱劑或冷卻劑用量考慮，逆流操作費(fèi)小。4、試述對流傳熱的機(jī)理? 答：熱流體流過管道時(shí), 在湍流主體中,流體猛烈攏動(dòng),形成漩渦, 使質(zhì)點(diǎn)猛烈混合而交換熱量，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淌的流體層（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，

12、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)。對管內(nèi)層流流淌，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)的對流，比較簡單。5、試分析對流傳熱系數(shù)的影響因素？ 答：影響對流傳熱系數(shù)的因素有：d，u，cP五、 計(jì)算題1、某廠在由177根25×2mm，長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)作湍流流淌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/m3，比熱為1.84 kJ/kg.K，對流傳熱系數(shù)為53w/m2.K，飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)

13、為8000 w/m2.K，可忽視管壁及垢層熱阻。(1)確定乙烯氣體出換熱器時(shí)的溫度；(2)若乙烯氣體通過換熱器的壓降要求不超過0.01 kgf/cm2，通過換熱器的總長度（包括局部阻力當(dāng)量長度）為5.5m，摩擦系數(shù)0.04，試確定該換熱器最多能允許通過多少kg/s的乙烯氣體?解：（1）QcP (t2 -t1 )=0.6CP (t2 -20)（1分） QKAtm（1分） Si i 177×0.021×3 =35.014 m（1分）i<<o Ki 1/（1/1 1/2 ） 1/(1/53+1/8000)=52.65 .m.K（2分）則 0.6×1.84&#

14、215;103×(t2 -20)=52.65×35.014×(t2 -20)/ln(132.9-20)/(132.9-t2 )(112.9/(132.9-t2 )=1.668 112.9/(132.9-t2 )=5.304 704.89 - 5.304t2 =112.9 t2 =111.61（3分）（2） P0.01 kgf/cm=0.01×9.804×10=9.807×10Pa（1分）P/×u2/2×0.04×5.5/0.021×u2/2×1（2分） 9.807×10=0.

15、04×5.5/0.021×u2/2 u13.68 m.s（2分） /4 di 2u 177×0.785×0.021×13.68 0.8389 kg.s=0.84kg.s（2分）2、有一碳鋼制造的套管換熱器，內(nèi)管直徑為89mm×3.5mm，流量為2000kg/h的苯在內(nèi)管中從80冷卻到50。冷卻水在環(huán)隙從15升到35。苯的對流傳熱系數(shù)h=230W/（m2·K），水的對流傳熱系數(shù)c=290W/（m2·K）。忽視污垢熱阻。試求：(1)冷卻水的消耗量；(2)逆流操作時(shí)所需傳熱面積。解：(1)冷卻水消耗量：熱量衡算式為 （1

16、分）熱負(fù)荷 W（1分）冷卻水消耗量 kg/h（1分）(2)并流操作時(shí)所需傳熱面積：以內(nèi)表面積Si為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為Ki，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/（m·K）（1分） =4.35×103+7.46×105+3.18×103 =7.54×103m2·K/W（4分） Ki=133W/（m2·K）（1分）逆流操作 80 50 （3分）傳熱面積 m2（3分）3、現(xiàn)某廠預(yù)備選用一臺(tái)換熱器用19.61kPa(表壓)的飽和水蒸汽供牛奶消毒用，牛奶在管內(nèi)流淌，從10加熱到85，其平均比熱為3.9kJ/kg.K，處理量為3t/h。飽和水蒸汽在管

17、外冷凝，冷凝水在飽和溫度下排出，換熱器的傳熱系數(shù)K=1400W/m2.K（以外表面積計(jì)），換熱器的散熱損失為飽和蒸汽放出熱量的5%，試求：（1）飽和水蒸汽的消耗量為多少kg/h?（2）要選用多大換熱面積的換熱器？當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.07kN.m-2附：飽和蒸汽性質(zhì)表壓力kPa溫度()液體焓(kJ/kg)蒸汽焓(kJ/kg)汽化熱(kJ/kg)19.6153.62242594237098.0799.141526762261117.7104.243726842247解：（1）飽和水蒸汽的消耗量：Q=Wccpc(t2-t1)=3×1000×3.9×(85-10)/3600

18、=243.7kW(2分)Q熱=Q5%Q熱(1分)Q熱=Q/0.95=243.7/0.95=256.58kW(1分)Wh=Q/r=256.58×3600/2247=411.1kg/h(3分)(2) 換熱器面積t1=104.2-10=94.2t2=104.2-85=19.2tm=(t1-t2)/ln(t1 /t2) =(94.2-19.2)/ln(94.2/19.2) =47.14(2分)S=Q/(K×tm)=2.437×105/(1400×47.14) =3.693 m(3分) 4、有一碳鋼制造的套管換熱器，內(nèi)管直徑為89mm×3.5mm，流量為

19、2000kg/h的苯在內(nèi)管中從80冷卻到50。冷卻水在環(huán)隙從15升到35。苯的對流傳熱系數(shù)h=230W/（m2·K），水的對流傳熱系數(shù)c=290W/（m2·K）。忽視污垢熱阻。試求冷卻水的消耗量和并流操作時(shí)所需傳熱面積。解：(1)冷卻水消耗量：熱量衡算式為 （1分）熱負(fù)荷 W（1分）冷卻水消耗量 kg/h（1分）(2)并流操作時(shí)所需傳熱面積：以內(nèi)表面積Si為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)為Ki，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)=45W/（m·K）（1分） =4.35×103+7.46×105+3.18×103 =7.54×103m2·K/W（4分

20、） Ki=133W/（m2·K）（1分） 并流操作 80 50 （3分） 傳熱面積 m2（3分）5、在逆流換熱器中，用初溫為20的水將1.25kgs的液體(比熱容為1.9kJkg.、密度為850kgm3)，由80冷卻到30，換熱器的列管直徑為25×2.5mm，水走管方。水側(cè)和液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為0.85kW(m2.)和1.70kW(m2.)，污垢熱阻可忽視。若水的出口溫度不能高于50，試求換熱器的傳熱面積。解：熱負(fù)荷： Q=W1cp1（T1T2）=1.25×1.9×103（8030）=1.2×105W(2分)傳熱溫度差：tm=(t2t1)

21、/ln(t2/t1) =(8050)(3020)/ln(30/10) =18.2(3分)總傳熱系數(shù)： m2·/W解得：Ko=485.44W/(m2·)，(4分)(3分)6、某化工廠用一熱交換器，每小時(shí)冷凝3.4t/h工業(yè)酒精。已知酒精溫度80，汽化潛熱為1072kJ/kg，酒精蒸汽在管外冷凝，測得其o=2268W/m2.K，冷卻水在管內(nèi)流淌，水流速度為0.4m/s，進(jìn)口水溫度為20，流量為34500kg/h，鋼管規(guī)格：30×2.5mm，長2m，鋼管導(dǎo)熱系數(shù)46.5 W/m2.K，設(shè)過程無熱損失，并忽視垢層熱阻，試求：（1）傳熱速率；（2）冷卻水出口溫度；（3）換熱

22、器傳熱面積；（4）欲使傳熱速率Q提高，有人認(rèn)為只要提高o即可，你的看法如何？（水的=1000kg/m3，Cp=4.18kJ/kg.K，=1cp，=0.65W/m.K) 解： （1）傳熱速率（2分）Q=3.4×10×1072×10/3600=1.012×10w （2 ）冷卻水出口溫度（2分）1.012×10=34500×4.18×10(t-20)/3600 t=45.26 （3）換熱器傳熱面積Re=dup/=(25×10×0.4×10)/(1×10)=10（1分）pr=Cp./=(4.1

23、8×10×1×10)/0.65=6.431（1分）L/d=2/(30×10)=66.6760（1分）i=0.023(/di)RePr（1分） =0.023×(0.65/0.025)×(10)×(6.431) =1996 W/m2.K（1分）t=80-20=60 t=80-45.26=34.74t=(6034.74)/2=47.37（1分）K=1/(do/idi)(d)/(d)1/ （1分） =1/30/(25×1996)(30×2.5×10)/(27.5×46.5)1/2268 =90

24、8.4W.m.K（1分）S=Q/(K.t)=(1.012×10)/(908.4×47.37) =25.6m（1分）（4）要提高Q，不能單純提高，由于與數(shù)值相近，必需同時(shí)提高與，才能使K增大，從而使Q能顯著提高。（2分）7、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)作湍流流淌，其對流傳熱系數(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。(2)由于氣候變熱，

25、冷卻水進(jìn)口溫度升為25，試計(jì)算在水流量不轉(zhuǎn)變的狀況下，該冷凝器的生產(chǎn)力量的變化率。解：（1）由熱量衡算得： QWhWc.Cp（t216） t2Wh/（W.Cp）16) 2000/3600×363×10/5000/3600×4.19×10+16 50.65(2分) K1/(1/1740)+(1/14000)=1548w.m.K(2分) QWh2000/3600×363×102.02×10w t1 1101694， t2 11050.6559.35 tm （t1 t2 ）/2（9459.35）/276.8(2分) 又QKStm Ktm(1分) 管長lQ/（Ktm ） 2.02×105/（1548×3.14×0.05×76.8）10.82m(2分)（2）水溫上升(忽視物性變化)傳熱面積S3.14×0.05×10.81.7m(1分)Q'=KStm' 其中Q'=5000/3600×4.19×10(t2-25) tm'=(110-25)+(110-t')/2=97.5-0.5t'(2分) 5