第五章-传热

河南工程学院——《化工原理》习题传热1第五章传热一填空题1．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。2.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；若管径改为原来的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）3.导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总传热系数的单位为。4.蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放，这是因为。5.某物体（可近似为灰体），在20℃时，其黒度为ε=0.8，则其辐射能力的大小为，其吸收率为。6.膜系数α越，液体核状沸腾时，△t越大，α越。7.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。8.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。9.消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即、或；翅片管换热器安装翅片的目的是。10.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现象的原因：①②。11.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。12.常见的列管换热器折流板型式有，。13.在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是，缺点是。14.随着温度的增加，空气的黏度，空气的导热系数。15.某一段流体流过一段直管后，再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。16.基尔霍夫定律的表达式为，该定律的前提假设条件是。17.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。18.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。19.列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用河南工程学院——《化工原理》习题传热2办法，常用的结构形式有。20.三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变。21.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。22.一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。23.物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。24.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。25.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。26.在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈。27.斯蒂芬—波尔茨曼定律的数学表达式为，它表示。28.327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的倍。29.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。30.如右图，已知三层平壁的厚度相同，温度分布如图所示，哪层的导热系数最大哪层的导热系数最小。31.用火炉烧开水，壶底温度。32.某换热器，设计时将1管程改为2管程，管内流体的对流给热系数为原来的倍，流动阻力为原来的倍。33.沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越，沸腾传热系数越。34.某换热器由于污垢热阻增大，使传热系数K减少10%，若维持冷、热介质出口温度不变，则流体的处理量为原来的倍。35.为了使房间内形成充分自然对流，使温度一致，（1）空调应放在房间的部；（2）暖气片应放在房间的部。36.黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高倍。37.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。38.提高沸腾传热的操作压强，而维持过热度不变，则对流给热系数。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。河南工程学院——《化工原理》习题传热3A、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。A、增大B、变小C、不变D、不确定3.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。A、接近空气温度B、接近饱和蒸汽和空气的平均温度C、接近饱和蒸汽温度D、不确定4.为了减少制冷设备的热损失，保温层外所包的一层金属板应该是.A、表面光滑，颜色较浅B、表面粗糙，颜色较浅C、表面光滑，颜色较深D、表面粗糙，颜色较深5.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6.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。A、1.149B、1.74C、2D、不定7.一定流量的液体在一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。A、1259B、1496C、1585D、16788.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9.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10.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D、无法确定11.在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否合理：甲：传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙：换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。A．甲乙均合理B.甲乙均无理C.甲合理，乙无理D.乙合理，甲无理三简答题1.传热的基本方式有哪些？河南工程学院——《化工原理》习题传热42.传热过程中冷热流体的接触方式有哪些？3.导热系数的物理意义是什么？4.传热推动力和阻力具有加和性，请举例说明。5.在多层壁中，温度差随热阻如何分配的？6.请说明对流给热过程的机理。影响对流给热过程的主要因素是什么？7.对流给热有几类？请说出自然对流传热的机理。8.核状沸腾和膜状沸腾的概念。9.膜状冷凝和滴状冷凝的概念。10.什么是定性温度？什么是定性尺寸？11.影响冷凝给热的因素及强化措施。12.什么是黑体？什么是黑度？什么是灰体？13.影响辐射传热的主要因素有哪些？14.工业生产中的传热过程常采用逆流，为什么？15.什么是传热效率？什么是传热单元数，它们之间的关系如何？16.提高传热速率的主要途径有哪些？18、流体流动方向对传热平均温度差如何影响？19、设计换热器时要做哪些选择，选择的依据是什么？20、流体的流动方向对载热体用量的影响是什么？21、总传热系数有哪几种表示方法？22、若进行换热的两种流体的对流给热系数相差较大，那么那种流体的对流给热为控制步骤？此时为强化传热效果，应怎么办？四计算题【例4-1】水以一定流速在直管中作湍流流动，若管壁温度不变为350K，水的进出口温度分别为290K及295K，若水的流速增加一倍，则水的出口温度变为多大？解：求uu=2，2t=？已知Ktw350，Kt2901，Kt2952，水湍流流动，需对水侧作热量恒算可求2t。一般情况，水的进出口温差小于10℃，那么温度对物性参数影响较小，因此可以认为水的物性参数保持不变。由题意知，流速改变前：mpccpcctSCWttCWQ)290295()(12（1）流速改变后：mpccpcctStCWttCWQ)290(2)(2212（2）流速改变前流速改变后350K350K350K350K290K295K290K2t河南工程学院——《化工原理》习题传热5则Ctm5.572)295350()290350(24102)350()290350(22tttm又4.08.0)()(023.0piiCudd（3）因物性参数不变，则：74.12)(8.08.0uu（4）（1）/（2），并将各参数带入，可得：241074.15.57)290(2522ttKt4.2942【例4-2】某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为1SQ此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为：22447.01.09.01.01307002211311bbttSQW/m2加保温层后单位面积炉壁的热损失为2SQ此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为：2332211412W/m7060600407010901090740......bbbttSQ故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：%.%%SQSQSQ56810022447062244100121河南工程学院——《化工原理》习题传热6【例4-3】在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃，λ的单位为W/（m·℃））。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：r2=0.07mt2=390℃t3=40℃先求保温层在平均温度下的导热系数，即143.02403900002.01.0W/（m·℃）（1）保温层温度将式（4-15）改写为LQttrr/2ln322307.0ln45040390143.02ln3r得r3=0.141m故保温层厚度为b=r3－r2=0.141－0.07=0.071m=71mm（2）保温层中温度分布设保温层半径r处的温度为t，代入式（4-15）可得45007.0ln390143.02rt解上式并整理得t=－501lnr－942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】有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热至80℃，苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化。解：苯在平均温度50802021mt℃下的物性可由附录查得：密度ρ=860kg/m3；比热容cp=1.80kJ/（kg·℃）；粘度μ=0.45mPa·s；导热系数λ=0.14W/（m·℃）。加热管内苯的流速为810380207850860328422....ndquivm/s30960104508608100203...u