第四章傳熱(習題及解答2007版)

1、四 傳熱單 層 平 壁 導 熱 4.1 紅磚平壁墻，厚度為500 mm，一側溫度為200 ，另一側溫度為30 ，設紅磚的平均導熱系數(shù)可取0.57 W/(m·)，試求： （1）單位時間，單位面積導過的熱量q為多少W/m2，并換算成工程單位制kCal/ (m2·h) 。 （2）距離高溫側350 mm處的溫度為多少？ （3）如紅磚導熱系數(shù)與溫度關系可表示為：=0.51+5×10 -4t，則q又為多少？多 層 平 壁 導 熱 4.2 某燃燒爐的爐墻由三種磚依次砌成：第一層為耐火磚，厚b1=0.23 m，1=1.05 W/(m·)；第二層為絕熱磚，2 =0.151

2、 W/(m·)；第三層為普通磚，b3 =0.24 m，3 =0 .93 W/(m·)。若已知耐火磚內(nèi)側溫度為1000 ，耐火磚與絕熱磚接觸處溫度為940 ，絕熱磚與普通磚接觸面溫度不得超過138；試求： （1）絕熱磚層的厚度； （2）普通磚外側溫度。4.3 平壁爐壁由三種材料組成，其厚度和導熱系數(shù)如下：序 號材 料厚度b（mm）導熱系數(shù)（W/m·） 1（內(nèi)層）耐火磚2001.07 2絕熱磚1000.14 3鋼 板645 若耐火磚層內(nèi)表面溫度t1=1150 ，鋼板外表面溫度t4 =30 ，試計算導熱的熱通量。又實測通過爐壁的熱損失為300 W/m2 ，如計算值與實測

3、不符，試分析原因并計算附加熱阻。多 層 圓 筒 導 熱4.4 一外徑為100 mm的蒸汽管，外包一層50 mm絕熱材料A，A =0.07 W/(m·)，其外再包一層25 mm的絕熱材料B，B =0.087 W/(m·)。設A的內(nèi)側溫度為170 ，B外側溫度為38 。試求每米管上的熱損失及A、B界面的溫度。 4.5 60×3 mm鋁合金管（其導熱系數(shù)可取為45 W/(m·)），外包一層厚30 mm石棉，之外再包一層厚30 mm的軟木，石棉和軟木的導熱系數(shù)分別為0.16 W/(m·)和0.04 W/(m·) 。計算下列問題： （1）已知管

4、內(nèi)壁溫度為-110 ，軟木外側溫度為10 ，求每米管長損失的冷量。（2）若將兩保溫材料位置互換，互換后假設石棉外側溫度仍為10 ，則此時每米管長的冷量損失又為多少？由此得出什么結論？4.6 試推導出空心球壁導熱方程式，由此計算下列問題：有一鋼制球罐，內(nèi)裝液體。球罐內(nèi)徑為2 m，壁厚10 mm，在球罐外表面另有一層厚度為 20 mm的氧化鎂保溫層（氧化鎂的導熱系數(shù)為0.07 W/(m·)）。已知鋼罐內(nèi)壁溫度為50 ， 保溫層外表面溫度為20 ，試求單位時間的熱量損失。傳熱基本方程有關計算4.7 一換熱器，在25×2.5 mm管外用水蒸汽加熱管內(nèi)的原油。已知管外蒸汽冷凝對流傳熱

5、系數(shù)=104W/(m2·)，管內(nèi)原油的對流傳熱系數(shù)i=103W/(m2·)，管內(nèi)污垢熱阻Rsi=1.5×10-3 m2·/W，管外污垢熱阻及管壁熱阻可忽略不計，試求以外表面為基準的總傳熱系數(shù)及各部分熱阻占總熱阻的百分數(shù)。4.8 列管換熱器中的列管尺寸為38×2.5mm，材質為鋼管。管外為蒸汽冷凝，o=105W/(m2·) ，管內(nèi)空氣被加熱，i= 35 W/(m2·) ?，F(xiàn)采用下述三種方式來提高K值：（1）o 增加一倍；（2）i 增加一倍；（3）鋼管換成銅管。試通過計算分析那種方式效果最好？并說明為什么？已知鋼、銅的導熱系數(shù)分

6、別為鋼=45 W/(m·)，銅=383 W/(m·)。4.9 在一列管換熱器中，用初溫為30 的原油將重油由180 冷卻至120 。已知重油和原油的質量流量分別為Wh=104 kg/h，Wc=1.4×104 kg/h；比熱分別為Cph=2.2 kJ/(kg·)，Cpc=1.9 kJ/(kg·)。總傳熱系數(shù)K=116 W/(m2·)。試分別計算逆流和并流時換熱器所需的傳熱面積。 4.10 在傳熱面積為50 m2的換熱器中，用溫度為20 ，流量為33000 kg/h的冷卻水冷卻進口溫度為110 的醋酸，水的平均比熱為4200 kJ/(kg

7、·)，兩流體逆流流動。換熱器剛投入使用時，冷卻水和醋酸的出口溫度分別為45 和40 ，運轉半年后，冷卻水出口溫度降至38 ，試求此換熱器總的污垢熱阻為多少？管壁熱阻可忽略不計。4.11 一換熱器用于熱柴油加熱原油，柴油和原油的進口溫度分別為243 和128 。已知逆流操作時，柴油出口溫度為155 ，原油出口溫度為162 ，試求其平均溫差。若柴油和原油的進口溫度不變，它們的流量和換熱器的總傳熱系數(shù)亦與逆流時相同，若采用并流，此時平均溫差又為多少？4.12 為測定套管式甲苯冷卻器的傳熱系數(shù)，測得實驗數(shù)據(jù)如下：傳熱面積A=2.8 m2，甲苯的流量Wh =2000 kg/h，由80 冷卻到4

8、0 ，甲苯的平均比熱Cph =1.84 kJ/(kg·)。 冷卻水從20升高到30，兩流體呈逆流流動，求所測得的傳熱系數(shù)K為多少？若水的比熱 Cpc=4.187 kJ/kg ，問水的流量為多少？4.13 在套管換熱器中，用冷水冷凝苯蒸汽，冷水在管內(nèi)作湍流流動。欲通過實驗方法測定苯蒸汽在管外冷凝時的傳熱系數(shù)及水在管內(nèi)對流傳熱系數(shù)，設苯的冷凝液在蒸汽的飽和溫度下排出。試問：（1）需要哪些測定儀器？（2）需要測定哪些數(shù)據(jù)？（3）寫出求得苯、水的步驟，并注明計算式中各符號的意義及單位。注：苯為苯蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)，水為管壁向水的對流傳熱系數(shù)。管內(nèi)對流傳熱系數(shù)的計算、湍流 4.14 水以1 m

9、/s的流速在長3 m的25×2.5 mm管內(nèi)由20 加熱至40 ，試求水與管壁之間的對流傳熱系數(shù)。若管內(nèi)換以流速為10 m/s的空氣，其它條件相同，此時對流傳熱系數(shù)又為多少？已知30 下，水的比熱4.174 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)0.617 W/(m·)，黏度80.07×10-5 N·S/m2，密度995.7 kg/m3；空氣的比熱1.005 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)0.02675 W/(m·)，黏度1.86×10-5 Pa·S，密度1.165 kg/m3。4.15 某廠精餾塔頂冷凝器，采用列管式換

10、熱器，有25×2.5mm管子60根，管長2m，塔頂蒸汽走管間，冷凝水走管內(nèi)，其流速為1.2 m/s，進出口溫度分別為20 和60 。已知水的比熱4.174 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)0.634 W/(m·)，黏度0.656 cP，密度992.2 kg/m3。求：（1）管內(nèi)水的對流傳熱系數(shù)； （2）如總管數(shù)改為50根，仍保持換熱器的傳熱面積不變（管長增加），水量及水進口溫度不變，此時管內(nèi)水的對流傳熱系數(shù)又為多少？ 4.16 一套管換熱器，由48×3 mm和25×2.5 mm的鋼管組成，兩種流體在內(nèi)管和環(huán)隙流過，分別測得對流傳熱系數(shù)為1和2，若兩流

11、體的流量保持不變，并忽略出口溫度變化對物性所產(chǎn)生的影響。求：將內(nèi)管改為32×2.5mm后，管內(nèi)對流傳熱系數(shù)有何變化？（假設流動狀態(tài)皆為湍流）強制層流傳熱系數(shù)的計算 4.17 原油在管式爐的對流段89×6 mm管內(nèi)以0.5 m/s 的流速被加熱，管長為6 m。已知管內(nèi)壁溫度為150，原油的平均溫度為40，此時油的密度為850 kg/m3，比熱為2 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)為0.13 W/(m·)，黏度為26 cP，體積膨脹系數(shù)為0.013 1/，又原油在150 時的黏度為3 cP。試求原油在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)為多少?過渡流、套管環(huán)隙對流傳熱系數(shù)的計算 4

12、.18 98的硫酸以0.7 m/s的速度在套管換熱器的環(huán)隙內(nèi)流動，硫酸的平均溫度為70 ，內(nèi)管外壁的平均溫度為60 。換熱器內(nèi)管直徑25×2.5 mm，外管直徑為51×3 mm，試求環(huán)隙流體的對流傳熱系數(shù)和熱通量。硫酸的比熱Cp=1.58 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)=0.36 W/(m·)，黏度=6.4 cP，運動黏度W=7.6 cP，密度=1836 kg/m3。彎管中對流傳熱系數(shù)的計算 4.19 銅氨溶液在由四根45×3.5 mm鋼管并聯(lián)而成的蛇管冷卻器中由32 冷卻至8 ，蛇管的平均曲率半徑為0.285 m，已知銅氨溶液的流量為2.7 m3

13、 /h ，黏度為2.2×10 -3 Pa·s，密度為1200 kg/m3，其它物性常數(shù)可按水的0.9倍來取，試求銅氨溶液的對流傳熱系數(shù)。注：20 ，水的比熱Cp=4.183 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)=0.5989 W/(m·)。套管環(huán)隙對流傳熱系數(shù)的計算 4.20 一套管換熱器，內(nèi)管為38×2.5 mm，外管為57×3 mm，甲苯在其環(huán)隙由72冷卻至38，已知甲苯的流量為2730 kg/h，試求甲苯的對流傳熱系數(shù)。已知甲苯的比熱Cp=1.84 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)=0.128 W/(m·)，黏度=0.38&

14、#215;10-3 Pa·s，密度=835 kg/m3。管外對流傳熱系數(shù)計算 4.21 1atm甲烷以10 m/s流速在列管換熱器殼程作軸向流動，甲烷由120 冷卻到30 。已知該換熱器共有25×2.5 mm 管86根，殼徑為400 mm。求甲烷氣體的對流傳熱系數(shù)。注：75 甲烷的比熱2.43 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)0.0399 W/(m·)，黏度0.018 cP。4.22 在接觸氧化法生產(chǎn)硫酸過程中，用反應后高溫的SO3 混合氣預熱反應前氣體，常壓SO3混合氣在一由38×3 mm鋼管組成、殼程裝有圓缺擋板的列管換熱器殼程流過。已知管子成三

15、角形排列，中心距為51 mm，擋板間距為1.45 m，換熱器殼徑D=2800 mm。SO3混合氣的流量為4×104 m3/h，其平均溫度為145 。其物性可近似按同溫度下的空氣查取，試求混合氣對流傳熱系數(shù)（考慮部分流體在擋板與殼體之間短路，取系數(shù)為0.8）。注：空氣的比熱Cp=1.014 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)=0.03524 W/(m·)，黏度=2.39×10-5 N·S/m2，密度=0.845 kg/m3。自然對流的計算 4.23 某油廠用海水冷卻常壓塔引出的柴油餾分，冷卻器為114×8 mm鋼管組成的管， 水平浸沒在一很大的

16、海水箱中，海水的物性可近似按同溫度下的水查取。海水由箱下部引入，上部溢出，通過時的流速很小，設海水的平均溫度為42.5 ，鋼管外壁溫度為56 ，試求海水的對流傳熱系數(shù)。已知水的比熱Cp=4.174 kJ/(kg·)，導熱系數(shù)=0.6463 W/(m·)，黏度=0.5565 N·s/m2，密度=988.4 kg/m3，體積膨脹系數(shù)=4.45×10-4 1/。 傳熱效率與傳熱單元數(shù) 4.24 在換熱器中，用80 的水將某流體由25預熱至48，已知水的出口溫度為35，試求該換熱器的效率。4.25 一傳熱面積為10 m2的逆流換熱器，用流量為0.9 kg/s的油

17、將0.6 kg/s 的水加熱， 已知油的比熱為2.1 kJ/(kg·)，水和油的進口溫度分別為35 和175 ，該換熱器的傳熱系數(shù)為425 W/(m2·)，試求此換熱器的效率。又若水量增加20%，傳熱系數(shù)可近似不變，此時水的出口溫度為多少？4.26 有一套管換熱器，內(nèi)管為19×3 mm，管長為2 m，環(huán)隙的油與管內(nèi)的水流向相反，油的流量為270 kg/h，進口溫度為100 ，水的流量為360 kg/h，入口溫度為10 ，油和水的比熱分別為1.88 kJ/(kg·) 和4.18 kJ/(kg·)，且已知以管外表面積為基準的傳熱系數(shù)K=374 W/

18、(m2·)，試求油和水的出口溫度為多少？4.27 今有一套管換熱器，冷熱流體進口溫度分別為40 和100 ，已知并流操作時，冷流體出口溫度為60 ，熱流體出口溫度為80 ，試問逆流操作時，冷熱流體出口溫度為多少？設K為定值。傳熱綜合題 4.28 在一套管換熱器中，用水蒸汽加熱空氣，已知空氣側對流傳熱系數(shù)為40 W/(m2·)，蒸汽冷凝側的對流傳熱系數(shù)為5000 W/(m2·)，現(xiàn)欲提高此傳熱過程的總傳熱系數(shù)，應從何著手解決？試用具體數(shù)據(jù)說明理由。（注：管壁熱阻及污垢熱阻可忽略）4.29 接觸法硫酸生產(chǎn)中用氧化后的高溫SO3混合氣預熱原料氣（SO2及空氣混合物），

19、已知：列管換熱器的傳熱面積為90m2 ，原料氣入口溫度t1=300，出口溫度t2 =430。SO3混合氣入口溫度T1 =560 ，兩種流體的流量均為10000 kg/h，熱損失為原料氣所得熱量的6%，設兩種氣體的比熱均可取為1.05 kJ/(kg·)，且兩流體可近似作為逆流處理。求：（1）SO3 混合氣的出口溫度T2；（2）傳熱系數(shù)K為多少。4.30 某列管換熱器，管間通飽和水蒸汽，可將一定流量作湍流流動的空氣加熱至指定溫度，若須進一步提高空氣出口溫度，擬將加熱管管徑增加一倍（管長、管數(shù)、流態(tài)及其它條件均不變），你認為此措施是否可行，并說明理由。4.31 舉例說明下列各圖的物理意義，

20、并寫出tm的數(shù)學表達式：題4.31附圖4.32 在內(nèi)管為189×10 mm的套管換熱器中，將流量為3500 kg/h的某液態(tài)烴從100 冷卻到60，其平均比熱Cp烴=2.38 kJ/(kg·)，環(huán)隙走冷卻水，其進出口溫度分別為40和50，平均比熱Cp水=4.17 kJ/(kg·)，基于傳熱管外表面積的總傳熱系數(shù)Ko=2000 W/(m2·)，設其值恒定，忽略熱損失。試求：（1）冷卻水用量；（2）分別計算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及所需管長。4.33 某廠一單管程單殼程列管換熱器，列管規(guī)格為25×2.5 mm，管長6 m，管數(shù)501根，管

21、程走熱氣體，流量為5000 kg/h，平均比熱3.04 kJ/(kg·)，進口溫度500 ；殼程走冷氣體，流量為4000 kg/h，平均比熱3.14 kJ/(kg·)，進口溫度30 。（1）逆流操作時，測得熱氣體的出口溫度為200 ，求總傳熱系數(shù)K為多少W/（m2·）；（2）如采用并流操作，熱氣體的出口溫度有無可能降為200 ？為什么？4.34 在一列管換熱器內(nèi)，用110 的飽和水蒸汽加熱管內(nèi)的湍流流動的空氣，使其從30 升至45 ，若將空氣的流量增加一倍而入口溫度不變，試求加熱蒸汽量為原用量的倍數(shù)。忽略管壁熱阻、垢層熱阻和熱損失，并忽略因空氣出口溫度變化所引起的

22、物性變化。4.35 用120的飽和水蒸汽將流量為36 m3/h的某稀溶液在雙程列管換熱器中從80 加熱至95 。若每程有直徑為25×2.5 mm的管子30根，且以管外表面積為基準的傳熱系數(shù)K=2800 W/(m2·)。蒸汽側污垢熱阻和管壁熱阻可忽略不計，試求：（1）換熱器所需的管長；（2）當操作一年后，由于污垢累積，溶液側的污垢系數(shù)為0.00009 m2·/W，若維持溶液的原流量及進口溫度不變，其出口溫度為多少？又若必須保證溶液原出口溫度，可以采取什么措施？注：溶液的密度及比熱與水近似：=1000 kg/m3 ；Cp=4.2 kJ/(kg·)4.36 用

23、一傳熱面積為3 m2，由25×2.5 mm管子組成的單程列管式換熱器，用初溫為10的水將機油由200 冷卻至100 ，水走管內(nèi)，油走管間。已知水和機油的質量流量分別為1000 kg/h和1200 kg/h，其比熱分別為4.187 kJ/(kg·)和2.0 kJ/(kg·)；水側和油側的對流傳熱系數(shù)分別為2000 W/(m2·)和250 W/(m2·)，兩流體呈逆流流動，忽略管壁和污垢熱阻。（1）計算說明該換熱器是否合用？（2）夏天當水的初溫達到30 ，而油的流量及冷卻程度不變時，該換熱器是否合用？如何解決？（假設傳熱系數(shù)不變）4.37 一定流量

24、的空氣在蒸汽加熱器中從20 加熱到80 ，空氣在管內(nèi)呈湍流流動。壓強為1.724 kgf/cm2的飽和水蒸汽在管外冷凝?，F(xiàn)生產(chǎn)要求空氣流量增加20%，而空氣進口溫度不變，試問采取何種措施才能完成任務？作出定量計算。假設管壁和污垢熱阻忽略不計。注：1.724 kgf/cm2壓強下的飽和水蒸汽的飽和溫度為115 。4.38 某廠用套管換熱器每小時冷凝2000 kg的甲苯蒸汽，冷凝溫度為110 ，潛熱為 360 kJ/kg，甲苯蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為10000 W/(m2·)。冷卻水于15，以4500 kg/h的流量進入57×3.5 mm的管內(nèi)作湍流流動，其對流傳熱系數(shù)為1500 W

25、/(m2·)。管壁熱阻和污垢熱阻忽略不計，水的比熱為4.18 kJ/(kg·)；試求：（1）該換熱器傳熱面積A為多少？（2）若夏天冷卻水進口溫度升至20 ，操作時將冷卻水量加大一倍，原換熱器能否完成任務？4.39 一單殼程單管程列管換熱器，由多根25×2.5mm的鋼管組成管束，管程走某有機溶液，流速為0.5 m/s，流量為15 T/h，比熱為1.76 kJ/(kg·)，密度為858 kg/m3，溫度由20 加熱至50 。殼程為130 的飽和水蒸汽冷凝，管程、殼程的對流傳熱系數(shù)分別為700W/(m2·)和10000 W/(m2·)，鋼導

26、熱系數(shù)為45 W/(m2·)，垢層熱阻忽略不計。 求：（1）總傳熱系數(shù)； （2）管子根數(shù)和管長； （3）在冷流體溫度不變的情況下，若要提高此設備的傳熱速率，你認為要用什么措施？4.40 有一蒸汽管，尺寸為50×2.5 mm，外包有兩層絕熱材料，每一層厚度都是2.5 mm，現(xiàn)有兩種保溫方法，見圖（1）和（2），已知2=51，請定量判斷這兩種方法中哪一種方法絕熱情況較好（蒸汽管本身的熱阻可以忽略不計）4.41 在研究污垢對傳熱的影響時，采用28×1 mm之銅管，水在管內(nèi)流動，水蒸汽在管外冷凝，傳熱系數(shù)K在很寬的水的流速范圍內(nèi)，對清潔管和污垢管可用如下方程表示：清潔管：

27、1/K=0.00020+1/(500u0.8) ；污垢管：1/K=0.00070+1/(500u0.8) 式中： K為傳熱系數(shù)，kcal/(m2·h·)，u為水的流速，m/s；=f(u0.8)為水的對流傳熱系數(shù)，kcal/(m2·h·)試求污垢熱阻和蒸汽冷凝傳熱系數(shù)。已知：銅的導熱系數(shù) =330 kcal/(m·h·)4.42 判斷下列說法是否妥當，如不妥，請寫出正確說法（1）蒸汽在管外冷凝時，“冷凝負荷越大，冷凝傳熱系數(shù)越高”；（2）用飽和蒸汽加熱容器內(nèi)的液體，使之沸騰時，“飽和蒸汽的壓力越高，越有利于強化傳熱”。4.43某廠加熱爐

28、為一內(nèi)襯耐火磚的鋼制圓筒，筒外覆蓋一層絕熱材料，如圖所示。若鋼板的允許工作溫度不超過450 ，已知外界大氣溫度：夏季為40 ，冬季為-10 ，大氣一側的對流傳熱系數(shù)外=10 W/(m2·k)；爐內(nèi)為熱氣體流動，最高溫度為600，內(nèi)側對流傳熱系數(shù)內(nèi)=100 W/(m2·k)，爐內(nèi)流道截面直徑為1.5 m。（1）爐壁各層布置是否合理？（用數(shù)字說明） （2）若要改善鋼爐壁的工作條件，從理論上你認為可采取什么措施？（定性說明） 各層材料的厚度與導熱系數(shù)數(shù)據(jù)如下：材料導熱系數(shù)，W/ m2k厚度， m耐火磚1= 0.380.25鋼 板2= 450.01絕熱材料3=0.100.25 題4

29、.43附圖 題 4.45 附圖4.44 設有一熱物料，其流量為1000 kg/h ，比熱Cp1 =2.1 kJ/(kg·)，在換熱器中與冷流體逆流換熱，溫度從149 冷卻至66 。冷卻劑為水，溫度為15 ，流量為2000 kg/h，比熱Cp2 =4.18 kJ/(kg·)，換熱器總傳熱系數(shù)K=567 W/(m2·)。如今換用10 水作為冷卻劑，則料液出口溫度為多少？若生產(chǎn)上需維持熱流體原出口溫度為66 ，而水流量不變，換熱器是否滿足需要？4.45 由A、B兩臺換熱器組成的換熱系統(tǒng)中，冷熱流體的流向相反，流量相等，如圖所示。已知A、B兩臺換熱器的傳熱面積、傳熱系數(shù)均

30、相等，冷流體流量等量分配，T1=150 ，T2=40 、t1=30 、t2=90 。試求溫度T、ta、tb的值分別為多少？ 4.46 某套管換熱器，內(nèi)管為19×2mm，流向安排如圖（a）所示。已知Wh=Wc=1000 kg/h，T1=100 ，T2=80 ，t1 =20 ，Cph=2 kJ/(kg·)，Cpc=1 kJ/(kg·)，管內(nèi)i =2000 W/ (m2·)，環(huán)隙o=3000 W/(m2·)。若再增加一臺完全相同的換熱器按圖b的流程操作，且Wh，Wc，T1，t1均不變，此時t2為多少？忽略管壁和污垢熱阻。 題 4.46 附圖4.47

31、擬在單程逆流列管換熱器中用35的冷水將流量為1 kg/s、溫度為150的熱油冷卻至65，油走管內(nèi)，軟水走殼程，水的出口溫度為75，已知油與水均處在湍流，并知此條件下對流傳熱系數(shù)分別為：水2000W/(m2·)，油1000W/(m2·)，油的平均比熱為4 kJ/(kg·)，水的平均比熱為4.18 kJ/(kg·)，若換熱器傳熱面積為11 m2，熱損失、垢層及管壁熱阻均可不計，忽略內(nèi)外表面積的不同。求： （1）該換熱器是否可用？（按平壁估算） （2）若油的流量增至1.2 kg/s，其他條件均不變（水的流量及進口溫度不變），僅將管內(nèi)流程改為雙程，并知雙程時溫差

32、校正系數(shù)t為0.86，該換熱器能否合用？4.48 有一列管式換熱器，裝有25×2.5 mm鋼管300根，管長為2 m。要求將質量流量為8000 kg/h的常壓空氣于管程由20加熱到85，選用108飽和蒸汽于殼程冷凝加熱之。若水蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)為104W/(m2·)，管壁及兩側污垢的熱阻均忽略不計，而且不計熱損失。已知空氣在平均溫度下的物性常數(shù)為Cp=1 kJ/(kg·)，=2.85×10-2 W/(m·)，=1.98×10 -5 Pa.S，Pr=0.7。試求： （1）空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)； （2）求換熱器的傳熱系數(shù)（以管子外表面

33、為基準）； （3）通過計算說明該換熱器能否滿足需要； （4）計算說明管壁接近于哪一側的流體溫度。4.49 某列管換熱器用109 的飽和水蒸汽加熱管內(nèi)空氣，使它由20 升至80 ，現(xiàn)空氣流量須增加一倍，問在傳熱面積和空氣進、出口溫度不變情況下，加熱蒸汽溫度應變?yōu)槎嗌伲?.50 有一套管式換熱器，內(nèi)管為180×10 mm的鋼管，用水冷卻原油，采用逆流操作，水在內(nèi)管中流動，冷卻水的進口溫度為15，出口溫度為55。原油在環(huán)隙中流動，流量為500 kg/h，其平均比熱為3.35 kJ/(kg·)，要求從90 冷卻至40 。已知水側的對流傳熱系數(shù)為1000 W/(m2·)，油

34、側的對流傳熱系數(shù)為299 W/(m2·)（忽略管壁及污垢熱阻）試求：（1）總傳熱系數(shù)（以管子外表面為基準）； （2）套管換熱器的有效長度； （3）所需冷卻水用量（水的比熱取4.18 kJ/(kg·)，忽略熱損失）； （4）在操作中因氣溫升高，冷卻水進口溫度變?yōu)?0 ，問此時會出現(xiàn)什么情況？若仍維持原生產(chǎn)任務，應采取什么措施？說明理由，并計算之。（設變化后的總傳熱系數(shù)K=255 W/(m2·)）。熱 輻 射4.51兩塊相互平行的長方形黑體平板，其尺寸為1×2 m2，間距為1 m，若兩平板的表面溫度分別為727 及227 ，試計算兩平板間的輻射傳熱量。4.5

35、2 在一鋼管中心裝有熱電偶測量管內(nèi)空氣的溫度，設熱電偶的溫度讀數(shù)為300 ，熱電偶的黑度為0.8，空氣與熱電偶之間的對流傳熱系數(shù)為25 W/(m2·)，鋼管內(nèi)壁溫度為250 ，試求由于熱電偶與管壁之間的輻射傳熱而引起的測溫誤差，并提出減少誤差的措施。4.53 兩極大平行平面進行輻射傳熱，已知1=0.3，2=0.8，若在兩平面間放置一塊極大的拋光鋁遮熱板3=0.04，試計算傳熱量減少的百分數(shù)。對流輻射聯(lián)合傳熱計算 4.54 平均溫度為150 的機油在108×6 mm鋼管中流動，大氣溫度為10 ，設油對管壁的對流傳熱系數(shù)為350 W/(m2·)，管壁熱阻和污垢熱阻可忽

36、略不計，試求此時每米管長的熱損失，又若管外包一層厚為20 mm，導熱系數(shù)為0.058 W/(m·)的玻璃布，熱損失減為多少？傳 熱 設 備4.55 用175 ，流量為360 kg/h的油，將300 kg/h的水由25 加熱至90 ，已知油、水的比熱分別為2.1 kJ/(kg·)、4.18 kJ/(kg·)。今有兩個換熱器，傳熱面積均為0.8 m2： 換熱器1，K1=500 W/ (m2·)，單殼程，單管程；換熱器2，K2=652 W/ (m2·)，單殼程，雙管程。 為了保證所需的傳熱量應選用那一個換熱器？4.56 在下列三個換熱器中，每小時將2

37、9400 kg的某種溶液從20 加熱到50 。溶液在管內(nèi)流動。加熱介質的進口溫度為100 ，出口溫度為60 ；試求下面三種情況下的平均溫差。 （1）殼方與管方均為單程換熱器，逆流操作； （2）殼方為單程，管方為四程； （3）殼方為二程，管方為四程。4.57 在一套管換熱器中，用冷卻水將1.25 kg/s的苯由350 K冷卻至300 K，冷卻水在 25×2.5 mm的管中流過，其進出口溫度分別為290 K和320 K。已知水和苯的對流傳熱系數(shù)分別為0.85 kW/ (m2·K)和1.7 kW/(m2·K)，比熱分別為4.18 kJ/(kg·K)和1.9 k

38、J/(kg·K)，管材的導熱系數(shù)l=45 W/(m·K)，兩側的污垢熱阻可忽略不計，試求所需的管長和冷卻水消耗量。4.58 一套管換熱器用飽和水蒸汽將管內(nèi)作湍流流動的空氣加熱，設此時總的傳熱系數(shù)近似等于空氣的對流傳熱系數(shù)。今要求空氣量增加一倍，而空氣進出口溫度仍然不變，問該換熱器長度應增加百分之幾？4.59 在逆流換熱器中用水冷卻油，水進出口溫度分別為15 和40 ，油的進出口溫度分別為150 和100 。現(xiàn)因生產(chǎn)任務要求油的出口溫度降至80 ，設油和水的流量、進口溫度及物性均不變，若原換熱器的管長為1 m，試求將此換熱器的管長增至多少米才能滿足要求。設換熱器的熱損失可忽略

39、。4.60 在單程列管換熱器中，每小時將4000 kg的空氣從20 加熱到80 ，空氣在鋼質列管內(nèi)做湍流流動，管外用100 的飽和蒸汽加熱，冷凝液在飽和溫度下排出，列管總數(shù)為100根，規(guī)格為50×2 mm，管長為3 m，已知空氣的比熱容為1 kJ/(kg·)。（1）求總傳熱系數(shù)；（2）現(xiàn)因空氣流量增大一倍，要設計一臺新的列管換熱器，管數(shù)比原來增加一倍，管徑縮小一倍，其它條件不變，試求新設計的換熱器每根管的長度（管壁、污垢和蒸氣冷凝熱阻可忽略不計）。4.61 用一單程列管式換熱器將46 的CS 2飽和蒸汽冷凝后再冷卻至10 。CS2走殼程，流量為250 kg/h，又其冷凝潛熱

40、為355 kJ/kg。液相CS2 比熱為1.05 kJ/(kg·)，冷卻水走管程，與CS2呈逆流流動，其進、出口溫度分別為5 和30 。換熱器中有25×2.5 mm 管30根，管長3 m，設此換熱器中，CS2蒸汽冷凝和液體冷卻時的總傳熱系數(shù)分別為200 W/(m2·)和100 W/(m2·)（均以管外表面為基準），問此換熱器的傳熱面積能否滿足要求？思考題4.62 填空、選擇、判斷與簡答（1）紅磚的黑度為0.93，當其表面溫度為300 時，紅磚的發(fā)射能力為 。（A）5683.4 W/ m2 （B）916.7 W/ m2 （2）有一套管換熱器環(huán)隙有119.6

41、 蒸汽冷凝，管內(nèi)空氣從20 被加熱到50 ， 管壁溫度應接近 。 （A）35 （B）119.6 （C）77.3 （3）已知在溫度T時耐火磚的發(fā)射能力（輻射能力）大于銅的發(fā)射能力，則銅的黑度為 ，耐火磚的黑度為 。 （A）0.6 （B）0.9 （C）1（4）在列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱空氣，下面兩項判斷是否合理： 甲：換熱管的壁溫將接近加熱蒸汽溫度； 乙：換熱器總傳熱系數(shù)K 將接近空氣側的對流傳熱系數(shù)。 （A）甲乙均合理 （B）甲乙均無理（C）甲合理，乙無理 （D）乙合理，甲無理（5）已知當溫度為T時，耐火磚的輻射能力大于鋁板的輻射能力，則鋁的黑度 耐 火磚的黑度。 （A）大于 （B）等于 （

42、C）不能確定是否大于（D）小于（6）在一列管式加熱器中，殼程為飽和水蒸汽以加熱管程中的空氣。若空氣流量增大10 %，為保證空氣出口溫度不變，可采用的辦法是 。 （A）殼程加折流擋板，增大殼程值；（B）將原先的并流改為逆流流動以增大tm ；（C）開大蒸汽進口閥門以便增大水蒸汽流量；（D）開大蒸汽進口閥門以便提高加熱蒸汽壓力。（7）某列管換熱器，管間為飽和水蒸汽冷凝，若飽和蒸汽溫度與壁溫之差增加一倍時，傳熱速率將增加為原來的 。（A） 2-1/4 倍 （B） 23/4倍 （C） 21/4倍 （D） 21/3 倍（8）列管換熱器中用水使46的CS2飽和蒸汽冷凝，則CS2飽和蒸汽應通過 。 （A）管程

43、 （B）殼程 （C）管程或殼程均可（9）在兩灰體間進行輻射傳熱，兩灰體的溫度相差50 ，現(xiàn)因某種原因，兩者的溫度各升高100 ，則此時的輻射傳熱量與原來的輻射傳熱量相比，應該 。 （A）增大 （B）變小 （C）不變（10）利用水在逆流操作的套管換熱器中冷卻某物料。要求熱流體的溫度T1、T2及流量Wh不變。今因冷卻水進口溫度t1增高，為保證完成任務，提高冷卻水流量WC，其結果： （A）K增大，tm不變； （B）Q不變，tm 下降，K增大；（C）Q不變，K增大，tm不確定； （D）Q增大，tm下降。（11）厚度不同的三種材料，構成三層平壁，各層接觸良好，已知b1>b2>b3，導熱系數(shù)1

44、 < 2 < 3。在穩(wěn)定傳熱過程中，各層的熱阻R1 R2 R3；各層導熱速率Q1 Q2 Q3。（12）兩固體間的輻射傳熱速率公式為 。（13）液體沸騰根據(jù)溫度差大小可分為 、 、 三個階段，實際操作應控制在 階段。（14）將單程逆流列管式換熱器改為雙程的作用是 ，但這將使_減小， 增大。（15）影響兩固體表面間輻射傳熱量大小的因素主要有 、 、 。（16）列管換熱器中，殼內(nèi)折流擋板主要采用 型和 型；提高間壁式換熱器傳熱系數(shù)的主要方法是： 、 、 。（17）舉出五種間壁式換熱器 、 、 、 、 。（18）判斷下面的說法中哪一種是錯誤的 ：（A）在一定的溫度下，輻射能力越大的物體，其

45、黑度越大；（B）在同一溫度下，物體的吸收率A與黑度在數(shù)值上相等，因此，吸收率A與黑度的物理意義相同；（C）黑度越大的物體吸收輻射的能力越強；（D）黑度反映了實際物體接近黑體的程度。（19）判斷下面的說法中哪一種是錯誤的 ： 當換熱器中冷熱流體的進出口溫度一定時，（A）逆流時的tm一定大于并流、錯流或折流時的tm；（B）采用逆流操作時可以節(jié)省熱流體（或冷流體）的用量；（C）采用逆流操作時可以減少所需的傳熱面積；（D）溫度差校正系數(shù)t的大小反映了流體傳熱過程接近逆流的程度。（20）有一單層平壁如圖所示。已知材料的導熱系數(shù)為常數(shù)，從左等溫面t1至右等溫面t2的穩(wěn)定導熱熱流量為q，則平壁內(nèi)的溫度分布表

46、達式為： 。 題4.62 (20)附圖（21）蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù)較大其原因是： 。（22）兩流體通過間壁換熱器逆流換熱，冷流體從20被加熱到50，熱流體從100 被冷卻到70 ；則改為并流換熱時，冷熱流體的初始溫度不變，冷流體的出口溫度 t2= ；熱流體的出口溫度T2= 。（23）飽和蒸汽在單根水平管外膜狀冷凝時的對流傳熱系數(shù)公式： = 。（24）浮頭式或帶膨脹節(jié)式的換熱器適用于 和 的溫差很大的場合；翅片管換熱器安裝翅片的目的是： 、 。（25）哪些對流傳熱系數(shù)與壁溫有關？請任舉出其中四種不必寫出其計算公式）。（26）換熱器中，熱流體由200冷卻到140，冷流體由20升高到35，則換熱

47、器的傳熱效率為 。（27）計算冷凝對流傳熱系數(shù)時，關聯(lián)式中的t項表示 ，蒸汽冷凝潛熱按 溫度取，其余物性數(shù)據(jù)按 取。（28）估計列管式換熱器中金屬管壁的溫度tw。殼程為0.1 MP的飽和水蒸氣冷凝，（A）管程是平均溫度為40 的空氣，tw=約為 ；（B）管程是平均溫度為40 的水，水的對流傳熱系數(shù)為2000 W/m2，換熱器的總傳熱系數(shù)為1600 W/m2，tw約為 。（29）在設計時，欲增大一臥式冷凝器的傳熱面積，從有利于傳熱的角度看，宜采取的措施為 ，因為 。（30）液體沸騰傳熱根據(jù)溫度差大小可分為 、 和 三個階段，為了獲得較高的傳熱速率，壁溫與溶液沸點之差t應取 。（31）通過一換熱器

48、用飽和水蒸氣加熱水，可使水的溫度由20升高至80，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)水的出口溫度降低了，水的初溫和水量均無變化，引起問題的可能原因是： 。（32）管內(nèi)湍流傳熱，流體內(nèi)溫度梯度最大的部分是在 ，原因是 ；管內(nèi)對流傳熱，短管的對流傳熱系數(shù)比長管 ，原因是 。（33）在列管式換熱器中，蒸汽一般通入 程、壓力高的物料則走 程、腐蝕性介質走 程。（34）在蒸汽冷凝時，其冷凝液為層流流動，若提高蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù)，可考慮采取哪些措施？（35）下列計算對流傳熱系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式各適用于什么情況之下？（1）Nu=（ARe（A Pr（BGrn（2）Nu=（ARe（A Pr（B（3）Nu=（A Pr（BGrn（36）導熱系數(shù)

49、、對流傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)K的SI制單位為 、 和 。（37）一般來說金屬的導熱系數(shù) 非金屬固體的導熱系 液體的導熱系數(shù) 氣體的導熱系數(shù)。（> < = ）（38）穩(wěn)態(tài)一維溫度場（溫度只沿x方向變化）中的傅立葉定律表達式為 。（39）熱阻（如導熱熱阻或對流傳熱熱阻）與傳熱面積 （成正比、成反比、無關）；單位面積熱阻的SI制單位為 。（40）判斷下面的說法中哪一種是正確的：（A） 換熱管中管內(nèi)對流傳熱熱阻一定大于管外對流傳熱熱阻；（B） 換熱管中管外對流傳熱系數(shù)一定小于總傳熱系數(shù)；（C） 換熱管中管外對流傳熱熱阻一定大于總傳熱熱阻；（D） 換熱管中管外對流傳熱系數(shù)一定大于總傳熱系數(shù)。（

50、41）簡述換熱器管內(nèi)流體流速大小的利弊。（42）在準數(shù)關聯(lián)式 Nu=0.023Re0.8Prn中，流體被加熱時，n= ；被冷卻時，n= 。（43）準數(shù)關聯(lián)式 Nu=0.023Re0.8Prn的應用范圍：Re 、L/di 、定性溫度 、定性尺寸 。（44）簡述影響對流傳熱系數(shù)的因素。（45）簡述影響冷凝傳熱的因素。（46）設計冷卻器選定冷劑之后要確定冷劑出口溫度t2，簡述出口溫度t2高低的利弊。四 傳熱習題解答4.1 解： （1）q=(/b1)(t1-t2)=(0.57/0.5)(200-30)=194 W/m2 換算成工程單位： q=194J/(s·m2)×3600(s/h

51、)×2.39×10-4(kcal/J) =194×3600×2.39×10-4 =167 kcal/(m2·h) （2）求距離高溫側350 mm處的溫度 q=(/b2)(t1-t2)=(0.57/0.35)(200-t)= 194 W/m2 t=200-0.35×194/0.57=81 （3）=0.51+5×10 -4t q=-(dt/dx) qb1=0.51(t1-t2)+(5/2)×10-4(t12-t22) q=0.51×(200-30)+2.5×10-4×(2002-

52、302)/0.5=193 W/m24.2 解：（1）求絕熱磚層厚度穩(wěn)定時通過各層的導熱量相等，通過耐火磚層：q=Q/A=(t1-t2)/(b1/1)= (1000-940)/(0.23/1.05)=273.9 W/m2通過絕熱磚層：q=Q/A=(t2-t3)/(b2/2) b2=2(t2-t3)/q=0.151×(940-138)/273.9=0.442 m（2）求普通磚外側溫度t4q=Q/A=(t3-t4)/(b3/3)t4=t3-qb3/3=138-273.9×0.24/0.93=67.3 4.3 解： 通過各層的導熱量為q=(t1-t4)/(b1/1+b2/2+b3/

53、3) =(1150-30)/(0.2/1.07+0.1/0.14+0.006/45)=1120/0.9013=1242.6 W/m2計算得到的熱通量大于實測的熱損失，表明平壁層間接觸不良，有空氣層存在，產(chǎn)生附加熱阻，即：q'=1120/(0.9013+R附)=300 W/m2 R附=1120/300-0.9013=2.83 m2·/W4.4 解：（1）求每米管的熱損失Q/L=2(t1-t3)/(1/1)ln(r2/r1)+(1/2)ln(r3/r2) =2×3.14×(170-38)/(1/0.07)ln(100/50)+(1/0.087)ln(125/1

54、00)=66.5 W/m（2）求A，B層界面溫度Q/L=2(t1-t2)/(1/1)ln(r2/r1)=66.5 W/mt2=t1-66.5/(21)ln(r2/r1) =170-66.5/(2×3.14×0.07)ln(100/50)=65.2 4.5 解： （1）求每米管的熱損失Q/L=2(t1-t4)/(1/1)ln(r2/r1)+(1/2)ln(r1/r2)+(1/3)ln(r4/r3) =2×3.14×(-110-10)/(1/45)ln(60/54)+(1/0.16)ln(120/60)+(1/0.04)ln(180/120) =-52.1 W/m （負號代表熱量由外向內(nèi)傳遞） （2）兩層保溫層互換，每米管長損失的冷量 Q/L=2(t1-t4)/(1/1)ln(r2/r1)+(1/2)ln(r1/r2)+(1/3)ln(r4/r3) =2×3.14(-110-10)/(1/45)ln(60/54)+(1/0.04)ln(120/60)+(1/0.1