传热练习题2化工原理

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1、传热一、填空1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（ ） ，这是因为（ ） 。2、某物体（可近似为灰体），在20c时，其黑度为e =,则其辐射能力的大小为（） ，其吸收率为（ ） 。3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（ ） ，原因是（ ） 。4、膜系数a越（），液体核状沸腾时， t越大，“越（）。5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变） ，若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（ ） ，蒸汽侧的对流传热系数（ ） 。6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请列举二个可以导致上述

2、现象的原因：（）（）7、常见的列管换热器折流板型式有（ ） ， （） 。在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（ ） ，缺点是 （）。8、随着温度的增加，空气的黏度（ ） ，空气的导热系数（ ） 。9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（） ，因为（ ） 。10、角系数取决于换热物体的（） ， （ ）和（ ） ，而与（ ）和（ ）无关。11、 基尔霍夫定 律的表达式为 （） ， 该 定律 的前提假设条件是（）。12、在空气水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（） ，传热壁面的温度接近于（ ）的温度。13、列管换热器中，若冷热两种流

3、体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（）办法，常用的结构形式有（ ） 。14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（） 。水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（ ） 。15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（） ， （ ）和（ ） ，而在工业生产中常在（ ）阶段操作。16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为60）应走（） ，水（入口温度为 90）应走（ ） ，主要是为避免（ ） 。17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则导热量变（ ） ，第二层与第三层的界面温度

4、变（）。18 、在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（） ，冷凝传热量（ ） 。）。19 、 在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热， 若将壳程由单程改为双程， 则传热温度差（20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（） 。21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称（），（）。22、斯蒂芬波尔茨曼定律的数学表达式为（） ，它表示（）。23、 327 的黑体辐射能力为 27黑体辐射能力的（ ）倍。24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（）求之。25、 沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（ ） ，沸腾

5、传热系数越（）。26、黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（）倍。27、在列管换热器中使用饱和水蒸汽加热冷空气时，管壁的温度接近（）侧温度。二、选择题1 、管壁热阻和污垢热阻可忽略，当传热面两侧的对流传热膜系数相差较大时，总传热系数总是接近于（）。热阻大的那侧的传热膜系数B 热阻小的那侧的传热膜系数C 上述两者的平均值D 不一定2、在两灰体进行辐射传热，两灰体的温度相差50。现因某种原因，两者的温度差升高到 100 ，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该（ ） 。增大 B 变小 C 不变 D 不确定3、为减少室外设备的热损失，拟在保温层外包一层金属皮，则选择金属皮时应优先考虑

6、的因素是选用的材料（ ） 。颜色较深 B 表面粗糟 C 颜色较浅 D 表面光滑4、推导过滤方程式的一个最基本的依据是（） 。滤液通过滤饼时呈湍流流动假定滤饼大小均一滤液通过滤饼时呈层流流动假定过滤介质的阻力可忽略不计。5、 某一套管换热器， 由管间的饱和蒸汽加热管内空气， 设饱和蒸汽的温度为 100 ， 空气进口温度为 20 ， 出口温度为80 ，问此套管换热器内管壁温度应是（） 。接近空气温度接近饱和蒸汽和空气的平均温度接近饱和蒸汽温度三、计算题：1、 某一逆流操作套管换热器， 冷却水进口温度t1=30 ， 出口温度 t2=84 ； 热流体进口温度T1=180, 出口温度T2=120 . 若

7、改为并流操作，其它条件均不变，两流体的出口温度分别为多少?（设平均温度差可用算术平均值）。2、一套管换热器用133的饱和水蒸汽将管内的氯苯从33加热至73，氯苯流量为5500kg/h ，现因某种原因，氯苯流量减少到 3300 kg/h ，但其进出口温度欲维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少，才能满足要求? 此时饱和蒸汽的冷凝量为原工况的百分之几 ?（设在两工况下蒸汽冷凝热阻、管壁热阻、垢层热阻及热损失均可忽略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下饱和蒸汽汽化潜热的变化） 。3、在套管换热器中，冷流体以 500kg/h流过。23 x 2mm勺管内，冷流体的比热为1k J/kg C,进出口温度为

8、20c和80 C,管壁的导热系数为45w/mC,加热介质走管外，温度由 150c降为90C,已知管内传热膜系数为a 1=700w/m2C,总传热系数K0（基于管外表面积）为300w/mC ,热损失可以忽略不计。求：管外对流传热膜系数a0;逆流传热所需管长；如果加热介质换为 140的饱和蒸汽，冷凝为饱和液体，蒸汽冷凝传热膜系数a 0=8000 w/m2C,其它条件不变，所需管长；D换热器使用一年后，发现冷流体的出口温度达不到80C,请说明原因。4、在一单程的列管换热器中，壳程通入100的饱和水蒸汽，将管内湍流的空气从10加热至60，饱和蒸汽冷凝成同温度下的水。若空气流量和空气的进口温度不变，仅将

9、原换热器改成双管程。试求：A、空气的出口温度 t2日空气冷凝量有何变化？（忽略管壁热阻及换热器的热损失）例4-1某平壁厚度为，内表面温度ti为1650C,外表面温度t2为300C,平壁材料导热系数 （式中t的单位为C,人的单位为 W/（m-C）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。解：（ 1）导热系数按常量计算平壁的平均温度为：平壁材料的平均导热系数为：由式可求得导热热通量为：设壁厚 x 处的温度为 t ，则由式可得：故上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x 和等温表面的温度呈直线关系。（ 2）导热系数按变量计算? 由式得：或积分得

10、（ a）当时，代入式a,可得:整理上式得：解得：上式即为当人随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。例4-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。最内层为耐火砖，厚度为 150mm中间层为绝热转， 厚度为290mm最外层为普通砖，厚度为228mm已知炉内、外壁表面分别为1016c和34C, 试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。假设各层接触良好。解：在求解本题时，需知道各层材料的导热系数入，但入值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是

11、题目所待求的。此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到入值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。若计算结果与所设的温度不符，则要重新试算。一般经 5 几次试算后，可得合理的估算值。下面列出经几次试算后的结果。耐火砖绝热砖普通砖设 t 2耐火砖和绝热砖间界面温度， t 3绝热砖和普通砖间界面温度。，由式可知：再由式得：所以所以各层的温度差和热阻的数值如本列附表所示。由表可见，各层的热阻愈大，温度差也愈大 导热中温度差和热阻是成正比的。例4-2附表,料温度差热阻？?？耐火砖色热

12、转paw例4-3在外径为140 mm的蒸气管道外包扎保温材料，一减少热损失。蒸气管外壁温度 为 390 C ,保温层外表温度不大于40 Co保温材料的(t的单位为C。入的单位为W/(mC) 若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：先求保温层在平均温度下的导热系数，即:（1） ?保温层厚度？将式改写为:得3=故保温层厚度为:(2)保温层中温度的分布 设保温层半径r处，温度为t ,代入式可得:解上式并整理得： 计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。例4-4某列管换热器由625X2。5mm

13、勺钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈 逆气流流动。已知管内侧空气的a i为50W/ （m2. C）,管外水侧的a 0为1000W/ （m- ）,钢 的人为45 W/（R2 C） o试求基于管外表面积的总传热系数K。及按平壁计的总传热系数。解：参考附录二十二。取空气侧的污垢热阻，水侧的污垢热阻。由式知：所以若按平壁计算，由式知：由以上计算结果表明，在该题条件下，由于管径较小，若按平壁计算K,误差稍大，即为:例 4-5 在上例中，若管壁热阻和污垢热阻可忽略，为了提高总传热系数，在其他条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：（1）将a i提高一倍；（2）将a 0提高倍。试分

14、别计算K0 值。解：（1）将a i提高一倍所以（2） ?将a o提高一倍所以计算结果表明，K值总是接近热阻大的流体侧的a值，因此欲提高K值，必须对影响K值的各项进行分析，如在本题条件下，应提高空气侧的a,才有效果。例 4-6 在一单壳程、四管程换热器中，用水冷却热油。用冷水管内流动，进口温度为15，出口温度为32。热油在壳方流动，进口温度为120，出口温度为40。热油的流量为1 .25kg/s,平均比热为(kg. C) o若换热器的总传热系数为 470 W/ (m2 C),试求换热器 的传热面积。解：换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即：换热器的传热量为：1-4 型列管换热器的对数平均温

15、度差，先按逆流计算，即：温度差校正系数为：由图查得：所以故例 4-7 在传热外表面积S0 为 300m2 的单程列管换热器中，300的某种气体流过壳方并被加热4到430C。另一种560c的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为1X10kg/h,平均比热均为 (kg. ) 。试求总传热系数。假设换热器的热损失为壳方气体传热量的10%。解：对给定的换热器，其总传热系数可由总传热速率求得，即：?换热器的传热量为：热气体的出口温度由热量衡算求得，即：或解得流体的对数平均温度差为：因所以故由本例计算结果可以看出，两气体间传热的总传热系数是很低的。例 4-8 在一传热面积为的m2 的逆流套管换热器中，

16、用油加热冷水。油的流量为s、进口温度为110；水的流量为 kg/s 、 进口温度为35。 油和水的平均比热分别为及（kg. ）换热器的ZO总传热系数为320W/（m.C） o试求水的出口温度及传热量。解：本题用e -NTU法计算故水（冷流体）为最小值流体。查图得 =因冷流体为最小值流体，故由传热效率定义式得:解得水的出口温度为：换热器的传热量为：例 4-9 在逆流操作的列管换热器中，热气体将s 的水从35加热到85。热气体的温度由200c降到93Co水在管内流动。已知总传热系数为180W/(n2C),水和气体的比热分别为和(kg C)。若将水的流量减少一半，气体流量和两流体的进口温度不变，试求

17、因水流量减 少一半而使传热量减少的百分数。假设流体的物性不变，热损失可忽略不计。解：此题用 -NTU法计算。( 1)由原水流量求换热器的传热面积其中所以2)水流量减小后传热量的变化故热气体为最小值流体。因水的对流传热系数较气体的为大， 故水流量减小后对总传热系数的影响不大， 两种情况 下K视为相同。查图可得：因热流体为最小值流体，由热效率定义式知：此时传热量为：则因水流量减少一半而使传热量减少百分数为：例 4-10 在 200kPa、 20下，流量为60m3/h 的空气进入套管换热器的内管， 并被加热到80，内管的直径为57X,长度为3ml试求管壁对空气的对流传热系数。解：于附录查得50下空气

18、的物理性质如下：，空气在进口处的速度为：空气在进口处的密度为：空气的质量流速为：所以（湍流）又因故Re和Pr值均在式的应用范围内，可用该式求算a。且气体被加热，取n=,则：计算结果表明，一般气体的对流传热系数都比较低。例4-11? -5 C的冷冻盐水（25%CaCl溶液）以s的流速流经一套管换热器的内管，已知内管的内径为21mm长度为。假设管壁平均温度为 65C,试求盐水的出口温度。解：假设盐水的平均温度为 5C,从附录查得25%CaC溶液在5c下物性如下：，判别流型，即：（滞流）而在本题的条件下，管径较小，流体的粘度较大，自然对流影响可忽略，故a可用下式进行计算，即：盐水的出口温度由下式求得

19、：解得原假设的盐水平均温度与计算结果比较接近，不再重复试算。例4-12在预热器内将压强为的空气从10c加热到50Co预热器由一束长为、直径为小89X 的错列直立钢管组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有 15排，每排管子数目相同。空 气通过管间最狭处的流速为8m/s。试求管壁对空气的平均对流传热系数。解：于附录查得空气在30c时的物性如下：所以空气流过10排错列管束的平均对流传热系数可由下式求得:空气流过15排管束时，由表查得系数为，则:表式的修正系数k124678910121518253575昔直 列?例4-13在一室温为20c的大房间中，安有直径为、水平部分长度为10m垂直部分高度为之

20、蒸汽管道，若管道外壁平均温度为120C,试求该管道因自然对流的散热量。解：大空间自然对流的a可由式计算，即:，该温度下空气的有关物性由附录查得:(1)水平管道的散热量Q其中所以由表查得：，所以表式中的c和n值加热表面形 状特征尺寸(GrPr)范围cn水平圆管外径do104 1091/4109 10121/3垂直管或板高度L104 1091/4109 10121/3(2)垂直管道的散热量由表查得：，所以蒸汽管道总散热量为：例4-14饱和温度为100c的水蒸气，在外径为、长度为2m的单根直立圆管外表面上冷凝管外壁温度为9。试求每小时的蒸气冷凝量。又若管子水平放置，蒸气冷凝量为多少？解：由附录查得在

21、100下饱和水蒸气的冷凝潜热约为2258kJ/kg 。由附录查得在97下水的物性为：，（ 1）单根圆管垂直放置时? 先假定冷凝液膜呈滞流，由式知：由对流传热速率方程计算传热速率，即：故 蒸气冷凝量为：核算流型：（滞流）2）管子水平放置时若管子水平放置时，由式知：故所以核算流型：（滞流）例 4-15 甲苯在卧式再沸器的管间沸腾。再沸器规格：传热面积So 为 2；管束内径为，由直径为小19X2mm长为5m的管子所组成。操作条件为：再沸器的传热速率为x 105W压强为200kPa（绝压）。已知操作压强下甲苯沸点为135、气化潜热为347kJ/kg 。甲苯的临界压强为。试求甲苯的沸腾传热系数。解：甲苯

22、沸腾传热系数可由下式计算，即：其中又所以校核临界热负荷qc：即且（在范围内）例 4-16 在列管换热器中，两流体进行换热。若已知管内、外流体的平均温度分别为170和135C；管内、外流体的对流传热系数分别为12000W/(m2 C)及1100 W/(m2 C ),管内、外侧污垢热阻分别为及m2 - C W 试估算管壁平均温度。假设管壁热传导热阻可忽略。解：管壁的平均温度可由下式计算，即：或解得：计算结果表明，管壁温度接近于热阻小的那一侧流体的流体温度。例4-17车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门，其温度为227C,室内温度为27C。为减少 热损失，在炉门前50mmit放置一块尺寸和炉门相同的而

23、黑度为的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。解：(1)放置铝板前因辐射损失的热量? 由下式知：取铸铁的黑度本题属于很大物体2 包住物体 1 的情况，故所以(2)放置铝板后因辐射损失的热量? 以下标 1、 2 和 I 分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的温度为TK,则铝板向房间辐射的热量为：式中所以（ a）炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热， 故放置铝板后因辐射损失的热量为：式中，所以（ b）当传热达到稳定时，即解得将Ti值代入式b,得：放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为：由以上计算结果可见， 设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法， 而且挡板材料的黑度愈低，挡板的层数愈多

24、，则热损失愈少。例 4-18 平壁设备外表面上包扎有保温层，设备内流体平均温度为154，保温层外表面温度为40C,保温材料的导热系数为（m-C）,设备周围环境温度为20Co试求保温层厚度。假 设传热总热阻集中在保温层内，其它热阻可忽略。解：由下式知，平壁保温层外辐射- 对流联合传热系数为：单位平壁面积的散热量为：因传热总热阻集中在保温层内，则：所以保温层厚度为：例 4-19 105的 400kg 甲苯盛在安装有蛇管的容器内。蛇管的外表面积为，管内通有13的冷水。基于管外表面结的总传热系数为 225 W/（m-C）。经过若干时间测得甲苯被冷却到 25C, 而相应的水出口温度为18C。操作过程中甲苯和水的平均比热分别为（kg ）和kJ/（kg -C） o 试求水的流量W和冷却时间9。假设换热器的热损失可以忽略。解：（1）水的流量W2? 冷却过程结束瞬间的热衡算及传热速率方程为：?整理上式得：（2）冷却时间8 ?设定某8时刻，甲苯温度为 T,水的出口温度为t,经d8后，甲苯温度 变化dT,则d 8时间内的热衡算式为：整理上式得：（ a）积分上式即可求出时间8 ,但需要找出某瞬间T和t的关系。列任一瞬间的热衡算及传热速率方程，得：故或整理上式，得：（ b）将式b代入式a,并积分得: