傳熱練習(xí)題化工原理

1、 傳熱一、填空1、蒸汽冷凝放熱時，要經(jīng)常注意排放（），這是因為（）。2、某物體（可近似為灰體），在20C時，其黒度為=0.8，則其輻射能力的大小為TOC o 1-5 h z（），其吸收率為（）。3、管內(nèi)對流傳熱，流體內(nèi)溫度梯度最大是在（），原因是（）。4、膜系數(shù)0越（）,液體核狀沸騰時，At越大，0越（）。5、在一列管換熱器中用殼程的飽和蒸汽加熱管程的液體（無相變），若飽和蒸汽側(cè)的飽和蒸汽壓力增大，而液體的流量和進(jìn)口溫度不變，則液體出口溫度（），蒸汽側(cè)的對流傳熱系數(shù)（）。6、某換熱器中用飽和水蒸汽加熱有機(jī)溶液，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)溶液的出口溫度比原來低，檢查溶液的初溫和流量均無變化，請列舉二個可以導(dǎo)致上述現(xiàn)

2、象的原因：（）7、常見的列管換熱器折流板型式有（），（）。在列管式換熱器的殼程中設(shè)置折流板的優(yōu)點是（），缺點是（）。8、隨著溫度的增加，空氣的黏度（），空氣的導(dǎo)熱系數(shù)（）。9、某一段流體流過一段直管后，在流入同一內(nèi)徑的彎管段，則彎管段的傳熱系數(shù)比直管段傳熱系數(shù)（），因為（）。10、角系數(shù)取決于換熱物體的（），（）和（），而與（）和（）無關(guān)。11、基爾霍夫定律的表達(dá)式為（），該定律的前提假設(shè)條件是（）。12、在空氣水換熱的換熱器中，為強化傳熱可能采取的措施有哪些（），傳熱壁面的溫度接近于（）的溫度。13、列管換熱器中，若冷熱兩種流體的溫度差相差較大，則換熱器在結(jié)構(gòu)上常采用（）辦法，常用的結(jié)構(gòu)形式

3、有（）。14、化工生產(chǎn)中常以水蒸汽作為一種加熱介質(zhì)，其優(yōu)點是（）。水蒸汽冷凝時應(yīng)及時排除不凝性氣體，其原因是（）。15、大容積中的飽和沸騰傳熱可分為（），（）和（），而在工業(yè)生產(chǎn)中常在（）階段操作。16、一回收煙道氣熱量的廢熱鍋爐，在流程安排上，煙道氣（入口溫度為60C）應(yīng)走（），水（入口溫度為90C）應(yīng)走（），主要是為避免（）17、三層圓筒壁熱傳導(dǎo)過程，最外層的導(dǎo)熱系數(shù)小于第二層的導(dǎo)熱系數(shù)，兩層厚度相同，在其它條件不變時，若將第二層和第三層的材質(zhì)互換，則導(dǎo)熱量變（），第二層與第三層的界面溫度變（）。18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管內(nèi)冷凝，若降低冷卻水的溫度，冷卻水的流量不變，則冷凝傳熱系數(shù)TO

4、C o 1-5 h z（），冷凝傳熱量（）。19、在管殼式換熱器中熱流體與冷流體進(jìn)行換熱，若將殼程由單程改為雙程，則傳熱溫度差（）。20、在高溫爐外設(shè)置隔熱擋板，擋板材料黑度愈低，熱損失愈（）。21、寫出兩種帶有熱補償?shù)牧泄軗Q熱器名稱（），（）。22、斯蒂芬波爾茨曼定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為（），它表示（）。23、327C的黑體輻射能力為27C黑體輻射能力的（）倍。24、若換熱器中流體溫度變化較大，總傳熱系數(shù)隨溫度變化大時，傳熱面積可采用（）求之。25、沸騰傳熱設(shè)備壁面越粗糙，氣化核心越（），沸騰傳熱系數(shù)越（）。26、黑體的表面溫度提高一倍，則黑體的輻射能力提高（）倍。27、在列管換熱器中使用飽和水蒸

5、汽加熱冷空氣時，管壁的溫度接近（）側(cè)溫度。二、選擇題1、管壁熱阻和污垢熱阻可忽略，當(dāng)傳熱面兩側(cè)的對流傳熱膜系數(shù)相差較大時，總傳熱系數(shù)總是接近于（）。熱阻大的那側(cè)的傳熱膜系數(shù)B熱阻小的那側(cè)的傳熱膜系數(shù)C上述兩者的平均值D不一定2、在兩灰體進(jìn)行輻射傳熱，兩灰體的溫度相差50C?，F(xiàn)因某種原因，兩者的溫度差升高到100C，則此時的輻射傳熱量與原來的輻射傳熱量相比，應(yīng)該（）。增大B變小C不變D不確定3、為減少室外設(shè)備的熱損失，擬在保溫層外包一層金屬皮，則選擇金屬皮時應(yīng)優(yōu)先考慮的因素是選用的材料（）。顏色較深B表面粗糟C顏色較淺D表面光滑4、推導(dǎo)過濾方程式的一個最基本的依據(jù)是（）。濾液通過濾餅時呈湍流流動

6、假定濾餅大小均一濾液通過濾餅時呈層流流動假定過濾介質(zhì)的阻力可忽略不計。5、某一套管換熱器，由管間的飽和蒸汽加熱管內(nèi)空氣，設(shè)飽和蒸汽的溫度為100C,空氣進(jìn)口溫度為20C,出口溫度為80C，問此套管換熱器內(nèi)管壁溫度應(yīng)是（）。接近空氣溫度接近飽和蒸汽和空氣的平均溫度接近飽和蒸汽溫度三、計算題：1、某一逆流操作套管換熱器，冷卻水進(jìn)口溫度11=30C,出口溫度12=84C；熱流體進(jìn)口溫度T1=180C,出口溫度T2=120C若改為并流操作，其它條件均不變，兩流體的出口溫度分別為多少?（設(shè)平均溫度差可用算術(shù)平均值）。2、一套管換熱器用133C的飽和水蒸汽將管內(nèi)的氯苯從33C加熱至73C，氯苯流量為550

7、0kg/h，現(xiàn)因某種原因，氯苯流量減少到3300kg/h，但其進(jìn)出口溫度欲維持不變，試問此時飽和蒸汽溫度應(yīng)為多少，才能滿足要求?此時飽和蒸汽的冷凝量為原工況的百分之幾?（設(shè)在兩工況下蒸汽冷凝熱阻、管壁熱阻、垢層熱阻及熱損失均可忽略，且氯苯在管內(nèi)作湍流流動，忽略兩工況下飽和蒸汽汽化潛熱的變化）。3、在套管換熱器中，冷流體以500kg/h流過23X2mm的管內(nèi)，冷流體的比熱為1kJ/kgC，進(jìn)出口溫度為20C和80C，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45w/mC，加熱介質(zhì)走管外，溫度由150C降為90C，已知管內(nèi)傳熱膜系數(shù)為a1=700w/m2C，總傳熱系數(shù)KO（基于管外表面積）為300w/mC，熱損失可以忽略不

8、計。求：管外對流傳熱膜系數(shù)a0；逆流傳熱所需管長；如果加熱介質(zhì)換為140C的飽和蒸汽，冷凝為飽和液體，蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)a0=8000w/m2C，其它條件不變，所需管長；D、換熱器使用一年后，發(fā)現(xiàn)冷流體的出口溫度達(dá)不到80C，請說明原因。4、在一單程的列管換熱器中，殼程通入100C的飽和水蒸汽，將管內(nèi)湍流的空氣從10C加熱至60C，飽和蒸汽冷凝成同溫度下的水。若空氣流量和空氣的進(jìn)口溫度不變，僅將原換熱器改成雙管程。試求：A、空氣的出口溫度12B、空氣冷凝量有何變化？（忽略管壁熱阻及換熱器的熱損失）例4-1某平壁厚度為0.37m,內(nèi)表面溫度t1為1650C，外表面溫度t2為300C，平壁材料導(dǎo)熱

9、系數(shù)（式中t的單位為C,入的單位為W/（mC）。若將導(dǎo)熱系數(shù)分別按常量（取平均導(dǎo)熱系數(shù)）和變量計算時，試求平壁的溫度分布關(guān)系式和導(dǎo)熱熱通量。解：（1）導(dǎo)熱系數(shù)按常量計算平壁的平均溫度為：平壁材料的平均導(dǎo)熱系數(shù)為：由式可求得導(dǎo)熱熱通量為：設(shè)壁厚X處的溫度為t,則由式可得:故上式即為平壁的溫度分布關(guān)系式，表示平壁距離x和等溫表面的溫度呈直線關(guān)系。（2）導(dǎo)熱系數(shù)按變量計算由式得：積分a)當(dāng)代入式a,可得:時,整理上式得：解得：上式即為當(dāng)入隨t呈線性變化時單層平壁的溫度分布關(guān)系式，此時溫度分布為曲線。計算結(jié)果表明，將導(dǎo)熱系數(shù)按常量或變量計算時，所得的導(dǎo)熱通量是相同的；而溫度分布則不同，前者為直線，后者

10、為曲線。例4-2燃燒爐的平壁由三種材料構(gòu)成。最內(nèi)層為耐火磚，厚度為150mm,中間層為絕熱轉(zhuǎn),厚度為290mm,最外層為普通磚，厚度為228mm。已知爐內(nèi)、外壁表面分別為1016C和34C,試求耐火磚和絕熱磚間以及絕熱磚和普通磚間界面的溫度。假設(shè)各層接觸良好。解：在求解本題時，需知道各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)入，但入值與各層的平均溫度有關(guān)，即又需知道各層間的界面溫度，而界面溫度正是題目所待求的。此時需采用試算法，先假設(shè)各層平均溫度（或界面溫度），由手冊或附錄查得該溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù)（若知道材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的函數(shù)關(guān)系式，則可由該式計算得到入值），再利用導(dǎo)熱速率方程式計算各層間接觸界面的溫度。若計算

11、結(jié)果與所設(shè)的溫度不符，則要重新試算。一般經(jīng)5幾次試算后，可得合理的估算值。下面列出經(jīng)幾次試算后的結(jié)果。耐火磚絕熱磚普通磚設(shè)t2耐火磚和絕熱磚間界面溫度，t3絕熱磚和普通磚間界面溫度由式可知：再由式得：所以所以各層的溫度差和熱阻的數(shù)值如本列附表所示。由表可見，各層的熱阻愈大，溫度差也愈大。導(dǎo)熱中溫度差和熱阻是成正比的。例4-2附表材料溫度差熱阻耐火磚59.50.1429絕熱轉(zhuǎn)805.11.933普通磚117.40.2815例4-3在外徑為140mm的蒸氣管道外包扎保溫材料，一減少熱損失。蒸氣管外壁溫度為390C，保溫層外表溫度不大于40C。保溫材料的(t的單位為C。入的單位為W/(mC)。若要求

12、每米管長的熱損失Q/L不大于450W/m,試求保溫層的厚度以及保溫層中溫度分布。解：此題為圓筒壁熱傳導(dǎo)問題，已知：先求保溫層在平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，即：1)保溫層厚度將式改寫為：得r3=0.141m故保溫層厚度為(2)保溫層中溫度的分布設(shè)保溫層半徑r處，溫度為t,代入式可得:解上式并整理得：計算結(jié)果表明，即使導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，圓筒壁內(nèi)的溫度分布也不是直線而是曲線。例4-4某列管換熱器由25X2。5mm的鋼管組成。熱空氣流經(jīng)管程，冷卻水在管間與空氣呈逆氣流流動。已知管內(nèi)側(cè)空氣的a為50W/(m2.C),管外水側(cè)的a為1000W/(m2.C),鋼的入為45W/(m2.C)。試求基于管外表面積的總傳熱

13、系數(shù)K。及按平壁計的總傳熱系數(shù)。解：參考附錄二十二。取空氣側(cè)的污垢熱阻，水側(cè)的污垢熱阻由式知：所以若按平壁計算，由式知誤差稍大，即為：由以上計算結(jié)果表明，在該題條件下，由于管徑較小，若按平壁計算K，在其他條件不變的（2）將a0提高一例4-5在上例中，若管壁熱阻和污垢熱阻可忽略，為了提高總傳熱系數(shù)情況下，分別提高不同流體的對流傳熱系數(shù)即（1）將Qj提高一倍；倍。試分別計算K。值。解：（1）將Qj提高一倍所以（2）將a提高一倍所以計算結(jié)果表明，K值總是接近熱阻大的流體側(cè)的a值，因此欲提高K值，必須對影響K值的各項進(jìn)行分析，如在本題條件下，應(yīng)提高空氣側(cè)的a,才有效果。例4-6在一單殼程、四管程換熱器

14、中，用水冷卻熱油。用冷水管內(nèi)流動，進(jìn)口溫度為15C,出口溫度為32C。熱油在殼方流動，進(jìn)口溫度為120C，出口溫度為40C。熱油的流量為1.25kg/s,平均比熱為1.9kJ/(kg.C)。若換熱器的總傳熱系數(shù)為470W/(m2；C)，試求換熱器的傳熱面積。解：換熱器傳熱面積可根據(jù)總傳熱速率方程求得，即：換熱器的傳熱量為：1-4型列管換熱器的對數(shù)平均溫度差，先按逆流計算，即：溫度差校正系數(shù)為：由圖查得：所以故例4-7在傳熱外表面積S0為300m2的單程列管換熱器中，300C的某種氣體流過殼方并被加熱到430C。另一種560C的氣體作為加熱介質(zhì)，兩氣體逆流流動，流量均為1X104kg/h,平均比

15、熱均為1.05kJ/(kg.C)。試求總傳熱系數(shù)。假設(shè)換熱器的熱損失為殼方氣體傳熱量的10%。解：對給定的換熱器，其總傳熱系數(shù)可由總傳熱速率求得，即：換熱器的傳熱量為：熱氣體的出口溫度由熱量衡算求得，即：解得流體的對數(shù)平均溫度差為因所以由本例計算結(jié)果可以看出，兩氣體間傳熱的總傳熱系數(shù)是很低的。例4-8在一傳熱面積為15.8的m2的逆流套管換熱器中，用油加熱冷水。油的流量為2.85kg/s、進(jìn)口溫度為110C；水的流量為0.667kg/s、進(jìn)口溫度為35C。油和水的平均比熱分別為1.9及4.18kJ/(kg.C)。換熱器的ZO總傳熱系數(shù)為320W/(m2.C)。試求水的出口溫度及傳熱量。解：本題

16、用-NTU法計算故水（冷流體）為最小值流體。查圖得e=0.73因冷流體為最小值流體，故由傳熱效率定義式得解得水的出口溫度為：換熱器的傳熱量為：例4-9在逆流操作的列管換熱器中，熱氣體將2.5kg/s的水從35C加熱到85C。熱氣體的溫度由200C降到93C。水在管內(nèi)流動。已知總傳熱系數(shù)為180W/(m2C),水和氣體的比熱分別為4.18和1.09kJ/(kgC)。若將水的流量減少一半，氣體流量和兩流體的進(jìn)口溫度不變，試求因水流量減少一半而使傳熱量減少的百分?jǐn)?shù)。假設(shè)流體的物性不變，熱損失可忽略不計。解：此題用一NTU法計算。(1)由原水流量求換熱器的傳熱面積其中所以2）水流量減小后傳熱量的變化故

17、熱氣體為最小值流體。因水的對流傳熱系數(shù)較氣體的為大，故水流量減小后對總傳熱系數(shù)的影響不大，兩種情況下K視為相同。查圖可得：因熱流體為最小值流體，由熱效率定義式知此時傳熱量為：則因水流量減少一半而使傳熱量減少百分?jǐn)?shù)為：例4-10在200kPa、20C下,流量為60m3h的空氣進(jìn)入套管換熱器的內(nèi)管，并被加熱到80C,內(nèi)管的直徑為57X3.5mm,長度為3m。試求管壁對空氣的對流傳熱系數(shù)。于附錄查得50C下空氣的物理性質(zhì)如下:空氣在進(jìn)口處的速度為：空氣在進(jìn)口處的密度為：空氣的質(zhì)量流速為：所以湍流）又因的應(yīng)用范圍內(nèi)，可用該式故Re和Pr值均在式求算a0且氣體被加熱，取n=0.4,則：計算結(jié)果表明，一般

18、氣體的對流傳熱系數(shù)都比較低。例4-11-5C的冷凍鹽水（25%CaCI2溶液）以0.3m/s的流速流經(jīng)一套管換熱器的內(nèi)管，已知內(nèi)管的內(nèi)徑為21mm、長度為3.0m。假設(shè)管壁平均溫度為65C,試求鹽水的出口溫度。解：假設(shè)鹽水的平均溫度為5C,從附錄查得25%CaCI2溶液在5C下物性如下：判別流型，即：滯流）在本題的條件下，管徑較小，流體的粘度較大，自然對流影響可忽略，故a可用下式進(jìn)行計算，即：鹽水的出口溫度由下式求得：解得原假設(shè)的鹽水平均溫度與計算結(jié)果比較接近，不再重復(fù)試算。例4-12在預(yù)熱器內(nèi)將壓強為101.3kPa的空氣從10C加熱到50C。預(yù)熱器由一束長為1.5m、直徑為4)89X1.5

19、mm的錯列直立鋼管組成?？諝庠诠芡獯怪绷鬟^，沿流動方向共有15排，每排管子數(shù)目相同?？諝馔ㄟ^管間最狹處的流速為8m/s。試求管壁對空氣的平均對流傳熱系數(shù)。于附錄查得空氣在30C時的物性如下:所以空氣流過10排錯列管束的平均對流傳熱系數(shù)可由下式求得：空氣流過15排管束時，由表查得系數(shù)為1.02，則：排數(shù)12345678910121518253575錯列0.480.750.830.890.920.950.970.980.991.01.011.021.031.041.051.06直列0.640.800.830.900.920.940.960.980.991.0表式的修正系數(shù)例4-13在一室溫為20C

20、的大房間中，安有直徑為0.1m、水平部分長度為10m、垂直部分高度為1.0m之蒸汽管道，若管道外壁平均溫度為120C，試求該管道因自然對流的散熱量。解：大空間自然對流的a可由式計算，即:，該溫度下空氣的有關(guān)物性由附錄查得：1）水平管道的散熱量Q1其中所以 所以 由表查得：表式中的c和n值加熱表面形狀特征尺寸(GrPr)范圍cn水平圓管外徑do1041090.531/410910120.131/3垂直管或板高度L1041090.591/410910120.101/32）垂直管道的散熱量59 所以 由表查得：蒸汽管道總散熱量為：例4-14飽和溫度為100C的水蒸氣，在外徑為0.04m、長度為2m的

21、單根直立圓管外表面上冷凝。管外壁溫度為9C。試求每小時的蒸氣冷凝量。又若管子水平放置，蒸氣冷凝量為多少？解：由附錄查得在100C下飽和水蒸氣的冷凝潛熱約為2258kJ/kg。由附錄查得在97C下水的物性為:1）單根圓管垂直放置時先假定冷凝液膜呈滯流，由式知：由對流傳熱速率方程計算傳熱速率，即：故蒸氣冷凝量為：核算流型：滯流）2）管子水平放置時若管子水平放置時，由式知：所以核算流型：（滯流）例4-15甲苯在臥式再沸器的管間沸騰。再沸器規(guī)格：傳熱面積S。為50.7m2；管束內(nèi)徑為0.35m，由直徑為19X2mm、長為5m的管子所組成。操作條件為：再沸器的傳熱速率為9.20X105W；壓強為200k

22、Pa（絕壓）。已知操作壓強下甲苯沸點為135C、氣化潛熱為347kJ/kg。甲苯的臨界壓強為4218.3kPa。試求甲苯的沸騰傳熱系數(shù)。解：甲苯沸騰傳熱系數(shù)可由下式計算，即：其中所以校核臨界熱負(fù)荷qc（在0.010.9范圍內(nèi)）例4-16在列管換熱器中，兩流體進(jìn)行換熱。若已知管內(nèi)、外流體的平均溫度分別為170C和135C；管內(nèi)、外流體的對流傳熱系數(shù)分別為12000W/(m2C)及1100W/(m2C),管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別為0.0002及0.0005m2C/W。試估算管壁平均溫度。假設(shè)管壁熱傳導(dǎo)熱阻可忽略。解：管壁的平均溫度可由下式計算，即：解得：計算結(jié)果表明，管壁溫度接近于熱阻小的那一側(cè)流體的流體溫度。例4-仃車間內(nèi)有一高和寬各為3m的鑄鐵爐門，其溫度為227C，室內(nèi)溫度為27C。為減少熱損失，在爐門前50mm處放置一塊尺寸和爐門相同的而黑度為0.11的鋁板，試求放置鋁板前、后因輻射而損失的熱量。解：（1）放置鋁板前因輻射損失的熱量由下式知：取鑄鐵的黑度本題屬于很大物體2包住物體