化工原理第三版传热习题

1传热一、填空(1)在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度值。(2)热传导的基本定律是。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻（大、小）一侧的值。间壁换热器管壁温度tW接近于值（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈（大、小），其两侧的温差愈（大、小）。(3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈，其两侧的温差愈。(4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效措施是。(5)消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构；翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数。(6)厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1b2b3，导热系数123，在稳定传热过程中，各层的热阻，各层导热速率。(7)物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。(8)写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。(9)在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括、和三个阶段。实际操作应控制在。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而。(10)传热的基本方式有、和三种。热传导的基本定律是其表达式为。(11)水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的倍。（设条件改变后仍在湍流范围）(12)导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总2传热系数的单位为。二、选择1已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿＿耐火砖的黑度。A大于B等于C不能确定D小于2某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的倍。A1.149B1.74C2D不定3一定流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数i=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，则其将变为。A1259B1496C1585D16784对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。A对流传热B流动状态C物性影响D自然对流影响5在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的＿＿在工程上可行。A提高蒸气流速B提高空气流速C采用过热蒸气以提高蒸气温度D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积6在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该＿＿。A减小B增大C不变三、简答1．热传递有哪几种基本方式？热传导、对流、辐射。2．各种传热方式相比较，热传导的主要特点是什么？在热传导中，物体各部分之间不发生相对位移。3．各种传热方式相比较，对流的主要特点是什么？3对流仅发生在流体中，流体各部分之间发生相对位移。4．各种传热方式相比较，热辐射的主要特点是什么？热辐射不需要任何介质，可以在真空中传播。5．流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在何处？热阻主要集中在紧挨固体壁面处的层流底层内。6．强化对流传热的主要途径是什么？提高流体的湍动程度，减小层流底层的厚度。7．在一套管换热器中，若两流体的进、出口温度不变，应选择并流换热还是逆流换热？为什么？应选择逆流换热，因为此时的对数平均温差较大，可以节省换热面积。8．什么是黑体？吸收率等于1的物体称为黑体。9．什么是白体？反射率等于1的物体称为白体。10．什么是透热体？透过率等于1的物体称为透热体。11．什么是灰体？能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞所有波长范围的辐射能的物体称为灰体。12．什么是物体的黑度？灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比称为物体的黑度。13．在设计换热器时，如何安排不洁净和易结垢的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管内，因为管内清洗比较方便。14．在设计换热器时，如何安排腐蚀性流体的流径（管内或是管间）？简述理由。4走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。15．在设计换热器时，如何安排压强高的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管内，以免壳体受压，可节省壳程金属消耗量。16．在设计换热器时，如何安排饱和蒸气的流径（管内或是管间）？简述理由。走管间，便于及时排出冷凝液。17．在设计换热器时，如何安排被冷却的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。18．在设计换热器时，如何安排粘度大的液体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。19．在设计换热器时，如何安排流量较小的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。20．在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，传热管的壁温接近哪一种流体的温度？壁温接近饱和蒸气的温度。21．在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，总传热系数Ｋ接近哪一种流体的对流传热系数？总传热系数Ｋ接近空气的对流传热系数。22．在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，如何确定两流体在换热器中的流径？为什么？空气走管内，饱和蒸气走管间，以便于冷凝液的排放。23．污油与汽油换热，如何安排两流体的流径?为什么?污油走管内，汽油走管间，便于清洗。524．为什么内部孔隙多的材料保温效果好?因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，对导热不利，从而起到了保温的作用。25．一钢板的黑度为0.78,其反射率为多少?反射率为0.22。26．在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度?由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内，提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度，可以提高传热效果。27．在夏季人们为什么爱穿浅色衣服?由于在阳光下浅色的衣服反射率较大，吸收的热量少，使人们不至于感觉太热。28．换热器的壳程为什么要安装挡板?可以提高壳程流体的湍动程度，增强传热效果。29．虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是透热体。此话对吗？为什么？不对，只有单原子气体和对称双原子气体是透热体，而空气中的二氧化碳和水蒸气都可以部分地吸收太阳发射的辐射能。30．间壁式换热器与混合式换热器的区别是什么？间壁式换热器是由固体壁面将冷、热两种流体分开，通过固体壁面传热，而混合式换热器中则是将冷、热两种流体直接接触、混合换热。四、计算1.一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数0=800W/(m2·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg·℃)]解：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1；由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。6两流体交换的热量为：kwrWQhh39431525.1又)(12ttCWQpcc，CkgkJCpc/18.4，则skgttCQWpcc/713.4)1737(18.4394)(12单管内水的流量为：skgudWc/2423.010007.0021.0785.04221每程所需管子数为：5.192423.0713.411ccWWn取每程管子数为20，则每程所能提供的传热外表面积为：21171.4320025.0lnmdSo(2)换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。mootSKQ由题给数据，CmWKoooo2/2.476)80014.07.080014.08001(1)14.07.014.01(1Ctttttm25.4437721772ln)3772()1772(ln2121则任务所需的传热外表面积为：27.1825.444762.0394mtKQSmoolnoodS换热管总根数为：4.793025.07.18ldSnoo取80n(2)换热器的管程数。7由题意管程数为：41nnNt2在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（水空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？解：使用初期使用一年后110℃40℃110℃2T45℃20℃38℃20℃（1）空气出口温度2T题意可得：使用初期mphhpcctKSTTCWttCWQ)()(2112（1）使用一年后mphhpcctKSTTCWttCWQ)()(22112（2）两式相比（2）/（1），得)2045()2038()40110()110(2T则：2T=59.6℃（2）总传热系数KK/CtCtTtTtTtTtmm2.546.3972ln6.3972206.5938110ln)202.59()38110(2.342065ln2065ln)()(12211221方程(2)式/(1)式，得：2.382.54)2045()2038(KK故%50.0KK（3）冷热流体的出口温度22Tt及一年后mphhpcctSKTTCWttCWQ)()(2112（3）mphhpcctSKTTCWttCWQ)()(22112（4）8方程（4）式/（3），得：20110ln)20()110(2.5412038)20(26.59110110222222TtTtKKtT整理前半式的方程22179.06.39Tt（5）又因空气水，空气K，故1空空KK由等比定理20110ln)20()110(2.54196.59110)20()110(222222TtTttT则2.544.4120110ln22Tt整理得，22153Tt（6）联立（5）和（6），可得：Ct4.292，CT5.572（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？Ctm3.565.376.80ln5.376.80205.574.29110ln)205.57()4.29110(则04.12.543.56mmttQQ3有一蒸汽加热器，热方：为饱和蒸汽冷凝，T=100℃；冷方：为生垢液体升温，Ct201，Ct602。(1)在测试中，维持以上温度条件不变，发现蒸汽凝液流量，在清洗前后之比为1：2。问：a那些是控制热阻？管程宜走那一方流