公用設(shè)備工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（暖通空調(diào)、動(dòng)力）-傳熱學(xué)-2.10傳熱與換熱器

公用設(shè)備工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（暖通空調(diào)、動(dòng)力）-傳熱學(xué)-2.10傳熱與換熱器[單選題]1.某建筑外墻的面積為12m2，室內(nèi)空氣與內(nèi)墻表面的對(duì)流傳熱系數(shù)為8W/（m2·K），外表面與室外環(huán)境（江南博哥）的復(fù)合傳熱系數(shù)為23W/（m2·K），墻壁的厚度為0.48m，導(dǎo)熱系數(shù)為0.75W/（m·K）。單位面積的傳熱熱阻為()。[2005年真題]A.1.24W/（m2·K）B.0.81W/（m2·K）C.2.48W/（m2·K）D.0.162W/（m2·K）正確答案：A參考解析：利用熱阻串聯(lián)的概念可知，由總傳熱系數(shù)K的倒數(shù)為與各部分傳熱系數(shù)的倒數(shù)之和，則總傳熱系數(shù)K為：[單選題]2.一逆流套管式水—水換熱器，冷水的進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度為55℃，熱水進(jìn)口溫度為70℃，若熱水的流量是冷水的2倍，且物性參數(shù)不隨溫度變化，與此換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差最接近的數(shù)據(jù)為()℃。[2006年真題]A.15B.20C.25D.30正確答案：B參考解析：冷熱流體逆流熱平衡方程為：m1c（t1′－t1″）＝m2c（t2″－t2′）。式中，t1′、t2′為熱水、冷水進(jìn)口溫度；t1″、t2″為熱水、冷水出口溫度；m1、m2為熱水、冷水流量；c為水的比熱容。熱水的流量是冷水的流量的2倍，即m1＝2m2，則冷水進(jìn)出口溫差是熱水的進(jìn)出口溫差的2倍，即2（t1′－t1″）＝（t2″－t2′），熱水出口溫度t1″＝t1′－（t2″－t2′）/2＝70－（55－25）/2＝55℃。逆流工況下，Δt′＝t1′－t2″＝70－55＝15℃，Δt″＝t1″－t2′＝55－25＝30℃，則對(duì)數(shù)平均溫差Δtm＝（Δt′－Δt″）/ln（Δt′/Δt″）＝（15－30）/ln（15/30）＝21.6℃。計(jì)算結(jié)果與B項(xiàng)最接近。[單選題]3.一套管式水—水換熱器，冷水的進(jìn)口溫度為25℃，熱水進(jìn)口溫度為70℃，熱水出口溫度為55℃。若冷水的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱水的流量，則與該換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差最接近的數(shù)據(jù)為()℃。[2007年真題]A.15B.25C.35D.45正確答案：C參考解析：冷熱流體熱平衡方程為：m1c（t1′－t1″）＝m2c（t2″－t2′）。式中，t1′、t2′為冷水、熱水進(jìn)口溫度；t1″、t2″為冷水、熱水出口溫度；m1、m2為冷水、熱水流量；c為水的比熱容。因?yàn)槔渌牧髁窟h(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱水的流量即m2＜＜m1，因此（t1′－t1″）＜＜（t2″－t2′），t1″≈t1′＝25℃。無論該換熱器順流還是逆流，Δt′＝t2″－t1′＝70－25＝45℃，Δt″＝t2′－t1″＝55－25＝30℃，則對(duì)數(shù)平均溫差Δtm＝（Δt′－Δt″）/ln（Δt′/Δt″）＝（45－30）/ln（45/30）＝37℃。計(jì)算結(jié)果與選項(xiàng)中最接近的數(shù)據(jù)為35℃。[單選題]4.一逆流套管式水—水換熱器，冷水的出口溫度為55℃，熱水進(jìn)口溫度為70℃。若熱水的流量與冷水的流量相等，換熱面積和總傳熱系數(shù)分別為2m2和150W/（m2·℃），且物性參數(shù)不隨溫度變化，則與該換熱器的傳熱量最接近的數(shù)據(jù)()W。[2008年真題]A.3500B.4500C.5500D.6500正確答案：B參考解析：冷熱流體熱平衡方程為：m1c（t1′－t1″）＝m2c（t2″－t2′）。式中，t1′、t2′為冷水、熱水進(jìn)口溫度；t1″、t2″為冷水、熱水出口溫度熱水的冷水的比熱容相等；m1、m2為冷水、熱水流量；c為水的比熱容。熱水的流量與冷水的流量相等，即，m1＝m2，則熱水進(jìn)出口溫差與冷水的進(jìn)出口溫差相等t1′－t1″＝t2″－t2′，t2′－t1″＝t2″－t1′＝70－55＝15℃。當(dāng)溫差不超過15℃，可用平均溫差代替對(duì)數(shù)平均溫差，則Δtm＝[（t2′－t1″）＋（t2″－t1′）]/2＝（15＋15）/2＝15℃。所以，換熱器的換熱量為：?＝kAΔtm＝150×2×15＝4500W。[單選題]5.套管式換熱器中進(jìn)行順流換熱時(shí)，兩側(cè)為水—水單相流體換熱，側(cè)水溫進(jìn)水65℃，出水45℃，流量為1.25kg/s，另一側(cè)入口為15℃，流量為2.5kg/s，則換熱器對(duì)數(shù)平均溫差為()℃。[2010年真題]A.35B.33C.31D.25正確答案：B參考解析：順流流體熱平衡方程為：cm1（t1′－t1″）＝cm2（t2″－t2′）。式中，c為水的比熱容；t1′、t1″為一側(cè)水的入口、出口溫度；t2′、t2″為另一側(cè)水的入口、出口溫度；m1、m2分別為兩側(cè)水質(zhì)量流量。由題意可得t1′＝65℃，t1″＝45℃，t2′＝15℃，m1＝1.25kg/s，m2＝2.5kg/s，則代入數(shù)據(jù)可得：1.25×（65－45）＝2.5×（t2″－15），t2″＝25℃。則Δt′＝t1′－t2′＝65－15＝50℃，Δt″＝t1″－t2″＝45－25＝20℃，對(duì)數(shù)平均溫差Δtm＝（Δt′－Δt″）/ln（Δt′/Δt″）＝（50－20）/ln（50/20）＝33℃。[單選題]6.套管式換熱器中進(jìn)行換熱時(shí)，如果兩側(cè)為水—水單相流體換熱，側(cè)水溫由55℃降到35℃，流量為0.6kg/s，另一側(cè)水入口溫度為15℃，流量為1.2kg/s。則換熱器分別作順流或逆流時(shí)的平均對(duì)流溫差比Δtm（逆流）/Δtm（順流）為()。[2011年真題]A.1.35B.1.25C.1.14D.1.0正確答案：C參考解析：計(jì)算步驟如下：①計(jì)算冷水出口溫度。由冷流體吸熱量與熱流體放熱量相等可得：M1c1（t1′－t1″）＝M2c2（t2″－t2′）。代入數(shù)據(jù)可得，冷流體出口溫度為：t2″＝t2′＋M1（t1′－t1″）/M2＝15＋0.6×（55－35）/1.2＝25℃。②計(jì)算順流對(duì)數(shù)平均溫差。順流時(shí)，入口處Δt′＝t1′－t2′＝55－15＝40℃，出口處Δt″＝t1″－t2″＝35－25＝10℃，則對(duì)數(shù)平均溫差Δtm＝（Δt′－Δt″）/ln（Δt′/Δt″）＝（40－10）/ln（40/10）＝21.64℃。③計(jì)算逆流對(duì)數(shù)平均溫差。逆流時(shí)，入口處Δt′＝t1′－t2″＝55－25＝30℃，出口處Δt″＝t1″－t2′＝35－15＝20℃，則對(duì)數(shù)平均溫差Δtm＝（Δt′－Δt″）/ln（Δt′/Δt″）＝（30－20）/ln（30/20）＝24.66℃。④計(jì)算Δtm（逆流）/Δtm（順流）比值。逆流與順流平均對(duì)數(shù)溫差比為：Δtm（逆流）/Δtm（順流）＝24.66/21.64＝1.14。[單選題]7.套管式換熱器中進(jìn)行飽和水蒸氣凝結(jié)為飽和水，加熱循環(huán)水過程。蒸汽的飽和溫度115℃，流量1800kg/h，潛熱2230kJ/kg；水入口溫度45℃，出口溫度65℃。設(shè)傳熱系數(shù)為125W/（m2·K），則該換熱器所需的換熱面積為()m2。[2012年真題]A.150B.125C.100D.75正確答案：A參考解析：設(shè)水蒸氣為流體1，水為流體2。計(jì)算步驟如下：①求對(duì)數(shù)平均溫差Δtm。傳熱溫差為：Δt1＝t1′－t2″＝115－45＝70℃，Δt2＝t1″－t2′＝115－65＝50℃。則對(duì)數(shù)平均傳熱溫差為：Δtm＝（Δt1－Δt2）/[ln（Δt1/Δt2）]＝（70－50）/[ln（70/50）]＝59.44℃。②求傳熱量Q。傳熱量Q為：Q＝G·r＝1800×2230/3600＝1115kW。③求換熱面積A。換熱面積A為：A＝Q/（KΔtm）＝1115000/（125×59.44）＝150m2。[單選題]8.建筑物與空氣和環(huán)境進(jìn)行對(duì)流和輻射復(fù)合換熱，室內(nèi)建筑表面溫度tw、室內(nèi)流體溫度tf和室外環(huán)境溫度tam之間可能出現(xiàn)多種關(guān)系，下列關(guān)系式中正確的是()。[2016年真題]A.冬天有暖氣的室內(nèi)，tf＞tam＞twB.夏天有空調(diào)的室內(nèi)，tw＞tf≈tamC.冬天長時(shí)間未開暖氣的人居室內(nèi)，tf≈tw＞tamD.夏天太陽剛落山時(shí)，tw＞tam＞tf正確答案：C參考解析：熱量傳遞的動(dòng)力是存在溫差，并且是從高溫傳到低溫。A項(xiàng)，在冬天有暖氣的室內(nèi)，熱量從室內(nèi)到室外傳遞，tf＞tw＞tam；B項(xiàng)，在夏天有空調(diào)的室內(nèi)，熱量從室外到室內(nèi)傳遞，tam＞tw＞tf；C項(xiàng)，在冬天長時(shí)間未開暖氣的人居室內(nèi)，室內(nèi)流體溫度和室內(nèi)建筑表面溫度相差不大，tf≈w＞tam；D項(xiàng)，當(dāng)夏天太陽剛落山時(shí)，熱量從室外傳遞到室內(nèi)，tam＞tw＞tf。[單選題]9.暖氣片對(duì)室內(nèi)空氣的加熱是通過下列哪種方式實(shí)現(xiàn)的？()[2011年真題]A.導(dǎo)熱B.輻射換熱C.對(duì)流換熱D.復(fù)雜的復(fù)合換熱過程正確答案：D參考解析：暖氣片表面溫度高，附近的空氣密度比較低，引起空氣在室內(nèi)流動(dòng)，在表面形成對(duì)流換熱；且高溫的暖氣片具有輻射效應(yīng)，與室內(nèi)壁面之間輻射換熱，再通過與室內(nèi)空氣的對(duì)流作用加熱室內(nèi)空氣。暖氣片溫度越高，輻射換熱占的比例越大，否則，對(duì)流換熱起主要作用。綜上所述，暖氣片對(duì)室內(nèi)空氣的加熱是既有對(duì)流換熱，又有輻射換熱，是復(fù)雜的復(fù)合換熱過程。[單選題]10.采用ε-NTU法進(jìn)行有相變的換熱器計(jì)算，如NTU相同，則逆流和順流換熱效能ε()。[2018年真題]A.不相等B.相等C.不確定D.與無相變時(shí)相同正確答案：B參考解析：效能ε與傳熱單元數(shù)NTU都是無量綱數(shù)，它們之間存在如下的函數(shù)關(guān)系：ε＝f（NTU，Cmin/Cmax）。最小熱容流率Cmin＝（qmcp）min；最大熱容流率Cmax＝（qmcp）max。因?yàn)镃min/Cmax與流動(dòng)方式即順流和逆流無關(guān)，則當(dāng)NTU相同，逆流和順流的換熱效能ε相等。[單選題]11.套管式換熱器中順流或逆流布置下ε—NTU關(guān)系不同，下述說法錯(cuò)誤的是()。[2014年真題]A.cmin/cmax＞0，相同NTU下，ε順＜ε逆B.cmin/cmax＝0，NTU→∞，ε順→1，ε逆→1C.cmin/cmax＝1，NTU→∞，ε順→0.5，ε逆→1D.cmin/cmax＞0，NTU增大，ε順和ε逆都趨于同一個(gè)定值正確答案：D參考解析：Cmin＝（qmc）min，Cmax＝（qmc）max，如圖2-10-1所示。D項(xiàng)，當(dāng)Cmin/Cmax＞0，NTU增大，ε順和ε逆都趨向定值，而非同一個(gè)定值，當(dāng)NTU達(dá)到最大時(shí)ε順最終定值＜ε逆最終定值，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。（a）順流換熱器ε-NTU關(guān)系圖（b）逆流換熱器ε-NTU關(guān)系圖圖2-10-1[單選題]12.為了強(qiáng)化電加熱器表面與水的傳熱，以下不正確的措施是()。[2009年真題]A.提高水的流速B.提高加熱器表面的發(fā)射率C.提高表面的粗糙度D.使加熱器表面產(chǎn)生振動(dòng)正確答案：B參考解析：電加熱器表面與水的傳熱方式主要是對(duì)流換熱，采用提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和增加換熱面積的方法來強(qiáng)化傳熱。ACD三項(xiàng)，提高水的流速、提高表面的粗糙度、使加熱器表面產(chǎn)生震動(dòng)都是提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的措施。B項(xiàng)，發(fā)射率與輻射相關(guān)，與對(duì)流換熱無關(guān)。[單選題]13.暖氣片外壁與周圍空氣之間的換熱過程為()。A.純對(duì)流換熱B.純輻射換熱C.傳熱過程D.復(fù)合換熱正確答案：D參考解析：暖氣片對(duì)室內(nèi)空氣的加熱過程主要通過暖氣片與周圍空氣的自然對(duì)流換熱和暖氣片與周圍物體（包括房間的家具、墻壁等）輻射換熱共同作用，是復(fù)合換熱過程。[單選題]14.冬季一車間的外墻內(nèi)壁溫度為tw＝10℃，車間的內(nèi)墻壁溫度tam＝16.7℃，車間內(nèi)氣體溫度tf＝20℃。已知內(nèi)墻與外墻間的系統(tǒng)發(fā)射率為0.9，外墻內(nèi)墻對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hc＝3.21W/（m2·K），外墻的熱流密度為()W/m2。A.32.1B.42.2C.64.2D.86.6正確答案：C參考解析：內(nèi)外墻之間的輻射換熱熱流密度qr為：對(duì)流換熱熱流密度qc為：qc＝hc（tf－tw）＝3.21×（20－10）＝32.1W/m2。因此，外墻的熱流密度q＝qr</sub>＋qc＝32.1＋32.1＝64.2W/m2。[單選題]15.鍋爐爐墻由三層平壁組成，內(nèi)層是耐火磚層，外層是紅磚層，中間石棉保溫層。由內(nèi)到外三層的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)分別是：δ1＝0.23m，λ1＝1.20W/（m·K），δ2＝0.05m，λ2＝0.095W/（m·K），δ3＝0.24m，λ3＝0.60W/（m·K）。爐墻內(nèi)側(cè)煙氣溫度tf1＝511℃，煙氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1＝35W/（m2·K）；鍋爐爐墻外空氣溫度tf2</sub>＝22℃，空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h2＝15W/（m2·K）。該傳熱過程傳熱系數(shù)和通過爐墻的熱損失為()。A.0.82～0.83W/（m2·K），400～410W/m2B.0.84～0.85W/（m2·K），420～430W/m2C.1.10～1.12W/（m2·K），580～590W/m2D.1.20～1.22W/（m2·K），590～600W/m2正確答案：A參考解析：依題意得平壁的傳熱系數(shù)公式為：。代入數(shù)據(jù)，解得傳熱系數(shù)k＝1/[（1/35）＋（0.23/1.2）＋（0.05/0.095）＋（0.24/0.60）＋（1/15）]＝0.824W/（m2·K）。因此，通過爐墻的熱損失為q＝k（tf1－tf2）＝0.824×（511－22）＝403W/m2。[單選題]16.若換熱器中，一側(cè)流體為冷凝過程（相變），另一側(cè)為單相流體，下列說法正確的是()。A.逆流可獲得比順流大的換熱溫差B.順流可獲得比逆流大的換熱溫差C.逆流或順流可獲得相同的溫差D.垂直交叉流可獲得最大換熱溫差正確答案：C參考解析：對(duì)于一側(cè)是相變換熱的換熱器，無論是順流還是逆流，所獲得的對(duì)數(shù)平均溫差相同。[單選題]17.高溫流體的熱量通過一固體壁面而傳給另一側(cè)的低溫流體，這種情況下傳熱系數(shù)K和流體組合的關(guān)系正確的是()。A.K水-氣＞K水-水＞K氣-氣B.K氣-氣＞K水-氣＞K水-水C.K水-氣＞K氣-氣＞K水-氣D.K水-水＞K水-氣＞K氣-氣正確答案：D參考解析：對(duì)流傳熱過程中，兩側(cè)流體的對(duì)流換熱熱阻直接影響傳熱系數(shù)的大小，對(duì)流換熱熱阻越大，總熱阻越大，傳熱系數(shù)越小?？諝獾膶?duì)流換熱系數(shù)遠(yuǎn)小于水的的對(duì)流換熱系數(shù)，則空氣的對(duì)流換熱熱阻比水的對(duì)流換熱熱阻大很多，因此，R水-水＜R水-氣＜R氣-氣，K水-水＞K水-氣＞K氣-氣。[單選題]18.在換熱器中，重油從300℃冷卻到200℃，使石油從20℃加熱到180℃。順流布置和逆流布置時(shí)換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差分別為()。A.98.5℃，148℃B.148℃，98.5℃C.148℃，122.5℃D.122.5℃，148℃正確答案：A參考解析：對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算公式為：Δtm＝（Δt′－Δt″）/ln（Δt′/Δt″）。順流對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算方法：順流時(shí)，入口處Δt′＝t1′－t2′＝300－20＝280℃，出口處Δt″＝t1″－t2″＝200－180＝20℃，則順流對(duì)數(shù)平均溫差Δtm＝（Δt′－Δt″）/ln（Δt′/Δt″）＝（280－20）/ln（280/20）＝98.5℃。逆流對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算方法：逆流時(shí)，入口處Δt′＝t1′－t2″＝300－180＝120℃，出口處Δt″＝t1″－t2′＝200－20＝180℃，則逆流對(duì)數(shù)平均溫差Δtm＝（Δt′－Δt″）/ln（Δt′/Δt″）＝（120－180