化工原理习题及答案
第四章传热
一、名词解释
1、导热
若物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导(导热)。
2、对流传热
热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。
3、辐射传热
任何物体, 只要其绝对温度不为零度 (0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射
能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。
4、传热速率
单位时间通过单位传热面积所传递的热量(W/m2)
5、等温面
温度场中将温度相同的点连起来,形成等温面。等温面不相交。
二、单选择题
1、判断下面的说法哪一种是错误的()。 B
A 在一定的温度下,辐射能力越大的物体,其黑度越大;
B 在同一温度下,物体吸收率A与黑度ε在数值上相等,因此A与ε的物理意义相同;
C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强;
D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时,其传热方式为_______ 。 C
A 传导和对流
B 传导和辐射
C 对流和辐射
3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大,其给热系数_________。 C
A 增大
B 减小
C 只在某范围变大
D 沸腾传热系数与过热度无关
4、在温度T时,已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力,耐火砖的黑度是下列三数值之一,其黑度为_______。 A
A 0.85
B 0.03
C 1
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。 D
A 大于
B 等于
C 不能确定是否大于
D 小于
6、多层间壁传热时,各层的温度降与各相应层的热阻_____。 A
A 成正比
B 成反比
C 没关系
7、在列管换热器中,用饱和蒸汽加热空气,下面两项判断是否正确: A
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给热系数。
A 甲乙均对
B 甲乙均不对
C 甲对,乙不对
D 乙对,甲不对
8、列管换热器管程常用流速范围为:一般液体_______,气体__________。 A C
A 0.5 - 3 m/s
B 3 - 15 m/s
C 5 - 30 m/s
9、一管壳式换热器,管内走液体,管间走蒸汽,由于液体入口温度下降,在流量不变情况下,仍要达到原来的出口温度t,此设备已不允许再提高蒸汽压力强度,采取简便有效措施______。 A
A 管内加扰流内件
B 提高壳程数
10、碳钢的导热率为_______;不锈钢的导热率为_______;铜的导热率为_______,常压常温空气的导热率为_______;常温水的导热率为_______。 C, D, B, F, E A 151W/(m?℃) B 370W/(m?℃) C 45W/(m?℃)
D 16W/(m?℃)
E 0.62W/(m?℃)
F 0.025W/(m?℃)
11、套管冷凝器的内管走空气,管间走饱和水蒸气,如果蒸汽压力一定,空气进口温度一
定,当空气流量增加时 A B
B
①传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变
②空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变
③壁温 A 增大 B 略有减小 C 基本不变
12、一定流量的液体在一?25×2.5mm的直管内作湍流流动,其对流给热系数?=
1000W/(m2·℃)。如流量与物性都不变,改用一?19×2mm的直管,则其?值将变为__________ W/(m2·℃)。 D
A 1059
B 1496
C 1585
D 1678
13、穿过三层平壁的稳定导热过程,如图所示。试比较第一层的热阻R1与第二、三层热阻
R
、R3的大小____________。 C A C
2
A R1> (R2+R3)
B R1< (R2+R3)
C R1= (R2+R3)
D 无法比较
14、①在一列管式换热器中,用冷却水冷凝酒精蒸汽,换热器最好____________放置;冷
却水应走____________。 A C
A 水平
B 垂直
C 管内
D 管外
②已知某平壁外两层不等厚(b1 __________B层的导热率。 C A 小于 B 不能确定是否大于 C 大于 D 等于 15、稳定传热是指______。 B A 传热系统中各点的温度不随位置和时间而变。 B 传热系统中各点的温度仅随位置变,而不随时间变。 C 传热系统中各点的温度不随位置变而随时间变。 D 传热系统中各点的温度随位置和时间而变。 16、棉花保温性能好,主要是因为______。 C A 棉纤维素导热率小; B 棉花中含有相当数量的油脂; C 棉花中含有大量空气,而空气的运动又受到阻碍; D 棉花白色,因而黑度小。 17、无相变强制对流α来自_______。 C A 纯经验方法 B 纯理论方法 C 因次分析与实验结合(半理论、半经验方法) D 数学模型法 E 因次分析法 18、在蒸汽冷凝中,不凝气体的存在对α的影响是______。 B A 使α值升高 B 使α值大大降低 C 使α值有一定影响 D 对α值无影响 19、红砖的黑度为0.93,若温度为300℃,则红砖的发射能力为________W/m2。B A 6112.3 W/m2 B 5684 W/m2 C 916.8 W/m2 D 1000 W/m2 20、换热器中冷热流体进出口温度一定时,下面说法中正确的是。 D A ?t m并 B ?t m逆=?t m并=?t m折 C ?t m并 D ?t m并< ?t m逆>?t m折 21、对在蒸汽与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 A 提高空气流速 B 提高蒸汽流速 C 采用过热蒸汽以提高蒸汽温度 D 在蒸汽一侧管壁上加装翅片,增加冷凝面积并及时导走冷凝液。 22、在间壁换热器中,当两流体均变温时,采用折流的目的是。 A A 提高K B 提高?t m C 增加传热面积A D 使K和A均增加。 23、100℃时铜的导热率为_____,18℃时钢的导热率近似为_______,20℃时空气的导热率近似为______,20℃水的导热率近似为______。 C A B D A 45W/(m?K) B 0.026W/(m?K) C 377W/(m?K) D 0.6W/(m?K) 24、在相同温度下,实际物体的吸收率A与黑体的吸收率A0的关系是。 C A A ? A 0 B A ? A 0 C A ? A 0 D 不一定 25、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的_______。 C A 通过一定传热面的传热速率不随时间变化,为一定值; B 系统中任一点的温度维持恒定; C 总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各传热面的传热速率之和; D 系统中任一传热面上的热通量在过程中不变。 26、一管壳式换热器,管内走液体,管间走蒸汽,由于液体入口温度下降,在流量不变情况下,仍要达到原来的出口温度t ,此设备已不允许再提高蒸汽压力强度,采取简便有效措施 ______。 A A 管内加扰流内件 B 提高壳程数 27、有一列管换热器,由38根?25?2.5mm 无缝钢管组成,某有机蒸汽在管外冷凝,管内通冷却水,水流速0.5m/s ,相应的R e=104及对流给热膜系数为?。当水流量减为一半时,对流给热膜系数改变为??,则 。 A A αα8.0)21(=' B αα8.0)2 1(?' C αα8.0)2 1(?' D 不一定 28、两流体在一套管换热器中换热,热流体温度由90℃降至60℃,冷流体温度由20℃升至50℃。若逆流操作,?t m = 。 D A 70℃ B 30℃ C 10℃ D 40℃ 29、热传递的基本方式是:()、对流、辐射。 A A 传导; B 传递; C 放射; D 流动。 30、物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为()。 A A 热传导; B 热传递; C 热放射; D 热流动。 31、流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为()。 A A 对流; B 流动; C 传递; D 透热。 32、物质导热系数的顺序是:()。 A A 金属>一般固体>液体>气体; B 金属>液体>一般固体>气体; C 金属>气体>液体>一般固体; D 金属>液体>气体>一般固体。 33、吸收率()1的物体称为黑体。 C A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 34、()等于1的物体称为白体。 B A 吸收率; B 反射率; C 透过率; D 折射率。 35、单原子气体和对称双原子气体均可视为()。 D A 白体; B 灰体; C 黑体; D 透热体。 36、液体是()。 D A 白体; B 灰体; C 透热体; D 不透热体。 37、在管壳式换热器中,不洁净和易结垢的流体宜走管内,因为管内()。 A A 清洗比较方便; B 流速较快; C 流通面积小; D 易于传热。 38、在管壳式换热器中,腐蚀性的流体宜走管内,以免(),而且管子也便于清洗和检修。 A A 壳体和管子同时受腐蚀; B 流速过快; C 流通面积过小; D 传热过多。 39、在管壳式换热器中,压强高的流体宜走管内,以免(),可节省壳程金属消耗量。 A 壳体受压; B 流速过快; C 流通面积过小; D 传热过多。 A 40、在管壳式换热器中,饱和蒸气宜走管间,以便于(),且蒸气较洁净,它对清洗无要求。 A A 及时排除冷凝液; B 流速不太快; C 流通面积不太小; D 传热不过多。 41、在管壳式换热器中,有毒流体宜走管内,使()。 A A 泄漏机会较少; B 流速很快; C 流通面积变小; D 传热增多。 42、在管壳式换热器中,被冷却的流体宜走管间,可利用外壳向外的散热作用,()。 A 以增强冷却效果; B 以免流速过快; C 以免流通面积过小; D 以免传热过多。 A 43、在管壳式换热器中,黏度大的液体或流量较小的流体宜走(),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。 B A 管内; B 管间; C 管径; D 管轴。 44、对于刚性结构的换热器,若两流体的温差较大,对流传热系数较大者宜走(),因壁面温度与大的流体温度相近,可以减少热应力。 B A 管内; B 管间; C 管径; D 管轴。 45、在管壳式换热器中安装折流挡板的目的,是为了加大壳程流体的(),使湍动程度加剧,以提高壳程对流传热系数。 C A 黏度; B 密度; C 速度; D 高度。 46、有一套管换热器,环隙中有119.6℃的蒸气冷凝,管内的空气从20℃被加热到50℃,管壁温度应接近()。 D A 20℃; B 50℃; C 77.3℃; D 119.6℃。 47、已知在温度T时耐火砖的发射能力(辐射能力)大于铜的发射能力,则铜的黑度为(),耐火砖的黑度为()。 A B A 0.6; B 0.9; C 1.0; D 1.2。 48、两灰体间进行辐射换热,两者间的温度差为100℃。若将两灰体的温度各升高100℃, 则此时的辐射传热量与原来的传热量相比,将()。 A A 增大; B 减小; C 不变; D 不一定。 49、判断下面的说法哪一种是错误的()。 B A 在一定的温度下,辐射能力越大的物体,其黑度越大; B 在同一温度下,物体吸收率A与黑度ε在数值上相等,因此A与ε的物理意义相同; C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强; D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。 50、当换热器中冷热流体的进出口温度一定时,判断下面的说法哪一个是错误的()。B A 逆流时,Δt m 一定大于并流、错流或折流时的Δt m ; B 采用逆流操作时可以节约热流体(或冷流体)的用量; C 采用逆流操作可以减少所需的传热面积; D 温度差校正系数φ Δ t 的大小反映了流体流向接近逆流的程度。 三、填空题 1、对流给热的热阻主要在____________,此处的__________最大。滞流内层温差 2、热损失是_______损失和________损失之和。 热辐射传热引起的对流给热引起的 3、列管式换热器中,壳程设有折流挡板,当两流体均无相变时,挡板能起强化传热的作用,其原因是 ①______________________________________________________________; ②______________________________________________________________; ③_____________________________________________________________ 。 ①流速增大,使壳程α增大; ②流体大部分横穿流过管束,流道短,边界层薄,比顺着管子纵向流动α高; ③流体在折流挡板间穿行时,流向及流速都在不断变化,增加了扰动,强化了传热。 4、水蒸气冷凝时的α比气体无相变时的α大得多,其原因是气体的_____________________ _________________________,而蒸汽冷凝,其凝液的_____________________________;且只有_______________才有热阻。 导热率小、密度小,整个气体都呈现热阻导热率和密度都比气体大很薄的液膜5、在管式间壁换热器中,以外表面为基准的传热系数K的计算式为_________________,与之对应的传热量Q=_______________。 6、① 已知传热系数K=1250kcaL/(m2?h?℃),在SI制中,K=_____W/(m2?K);汽化潜热r=2200kJ/kg,在工程单位制中r =________________kcaL/kg。 ② 普兰德准数的定义式是__________________________。 ① 1453 525 ② λμ p C =Pr 7、在压强恒定的条件下,空气黏度随温度升高而________________。 增大 8、厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b 1?b 2?b 3,导热率?1? ?2? ?3。 在稳定传热过程中,各层的热阻R 1 R 2 R 3,各层导热速率Q 1 Q 2 Q 3。 >, > ; =, = 9、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后,其保温效果应_____________,主要原因是_______________________________________________________________。 降低 因水的导热率大于保温材料的导热率,受潮后,水占据一定的孔隙空间,使保温层材料导热率增大,保温效果降低。 8、蒸汽冷凝放热时,要经常注意排放_________________,这是因为 ___________________ ________________________________________________________。 不凝气和冷凝水 不凝气构成附加的气膜传热阻力,而冷凝水的积累减小换热面积。 11、①设置隔热挡板是____________辐射散热的有效方法。挡板材料的黑度愈低,辐射散热量 ____________。 ②有一单层平壁如图所示。已知材料的导热率λ为常数,从左等温面1t 至右等温面2t 的 稳定导热热流量为Q ,则平壁内的温度分布表达式为__________________________。 ① 减少 愈低 ② λλQx t t x t t Q -=→-=11)( 12、某物体(可近似为灰体)在20℃时,其黑度为ε=0.8,其吸收率为______________。 0.8 13、浮头式或带膨胀节的换热器适用于____________ 与____________流体的温差很大的场合。 管程 壳程 14、① 根据有无热补偿或补偿方法不同,列管式热器的一般结构型式有__________________、 __________________、__________________。 ② 换热器中,热流体由200℃ 冷却到140℃,冷流体由20℃升高到35℃,热流体的 热容量流率较小, 则传热效率为__________________。 ① 膨胀节;浮头式;U 型管 ② 33.3% 15、消除列管换热器温差应力常用的方法有三种,即在壳体上加______________,采用______________结构或采用______________式结构。 膨胀节 浮头式 U 型管 16、如图所示,为尽量减少A、B两个温度不同的固体表面间的辐射传热,可以采取的措 施 是________________________________________________。 在两固体壁面间,平行放置多块黑度较小的遮热板。 17、① 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃,冷却水初温为15℃,在设计列管式换热器时,采用两种方案比较。方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃,方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃,则用水量W 1___W 2,所需传热面积A 1___A 2。 ② 如图所示,蒸汽在管束外冷凝,(a)、(b )两种排列方式的其它条件均一样,比较它 们的冷凝给热系数的大小a α___b α,因为______________________________________。 ① 大于, 小于 ② 大于,因为冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐排增厚,沿垂直方向管数愈多,液膜愈厚。 18、两流体的间壁换热过程中t WC Q p ?=计算式中,?t 表示 。 T 1-T 2 或t 2-t 1 19、设备保温层外包一层表面_________、颜色_________的金属,可使设备的热损失减少。 光滑 较浅 20、举出五种间壁式换热器____________、____________、____________、____________、____________。 套管式换热器,列管式换热器,夹套式换热器,板式换热器,螺旋板式换热器,蛇管式换热器,板翅式换热器等任选五种。 21、导热率的物理意义是____________________________________,其SI制的单位为_____________,工程制的单位为_______________。 单位温度梯度、单位导热面积上所传导的热量 W/(m?℃) 千卡/小时?米?℃ 22、① 定性温度是指____________________。 ② 沸腾传热可分为三个区域,它们是____________、____________和____________,生产中的沸腾传热过程应维持在____________区操作。 ① 确定准数中各物性参数的温度 ② 自然对流区核状沸腾区膜状沸腾区核状沸腾 23、对多层圆筒壁的热传导,通过各层的传热速率________,热通量________,沿圆筒壁的径向温度分布为____________线。 相等不相等曲线 24、① 已知导热率λ=2.388×10-3Cal/(cm?s?℃), 此值在SI制中为__________W/(m?K)。 ② 写出比热C p的单位,工程制为____________,SI制为____________。 ③ 物体的辐射传热速率与其绝对温度的_________次方成正比。 ① 1 ② kCaL/(kg?℃), J/(kg?℃) ③ 四 25、在传热实验中,用饱和水蒸气加热空气,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。蒸汽冷凝时的对流给热系数 较大。原因是__________________________。 空气饱和水蒸气蒸汽冷凝时释放较大冷凝潜热 26、① 估计列管式换热器中金属管壁的温度t w,壳程为0.1MPa的饱和水蒸气冷凝。 A 管程是平均温度为40℃的空气,t w约为________; B 管程是平均温度为40℃的水,水的对流给热系数为2000W/(m2?℃),基于内面积的总传热系数K i=1600W/((m2?℃)) ,t w约为_______。 ②在设计时,欲略为增大一卧式冷凝器的传热面积,从有利于传热角度看,宜采取的措施为_____________,因为_____________________________。 ① (1) 100℃ (2) 88℃ ②增加管长。如果采用增加管数的办法,则沿垂直方向管数也增加,冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐渐增厚,α降低。 27、管内湍流传热,流体内温度梯度最大的部分是在______________,原因是_____________ ____________________________________。 滞流底层滞流底层的传热机理是导热, 流体的导热率一般比较低。 28、在稳态传热中,凡热阻大处其温差也____________。滴状冷凝的给热系数_________膜状冷凝给热系数。 大 大于 29、沸腾传热时,在核状沸腾区壁面与沸腾流体的温差愈大,则α__________。 越大 30、对于间壁式换热器:m h h p c t KA T T C W t t C W ?=-=-)()2112(等式成立的条件是 、 、 。 31、下列各种情况下的对流给热系数 空气流速为6m/s 时的1α; 空气流速为25m/s 时的2α;水的流速为1.2m/s 时的3α; 水的流速为 2.5m/s 时的4α; 蒸汽膜状冷凝时的5α之间的数值按自大而小的顺序为 ________ > ________ > ________ > ________ > ________。 32、不需要任何介质的传热称为( )传热。 辐射 33、在列管式换热器中,流体在管内流动称为流经( )。 管程 34、列管式换热器中,流体在( )流动称为流经壳程。 管间 35、能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的辐射能的物体称为( )。 灰体 36、在辐射传热中,气体的反射率为()。 37、在辐射传热中,黑体的透过率为()。 38、在辐射传热中,灰体的透过率为()。 39、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 40、在列管换热器中,若用饱和蒸气加热空气,则传热管的壁温接近()的温度。饱和蒸气 41、在列管换热器中,若用饱和蒸气加热空气,则总传热系数K接近()的对流传热系数。 空气 42、在列管换热器中,若用饱和蒸气加热空气,则空气应走()。 管内 43、在列管换热器中,若用饱和蒸气加热空气,则饱和蒸气应走()。 管间 ? 44、判断下列物性数值大小?金属____ ?液___?气。 >> 四、判断题(每题1分) 1、在辐射传热中,黑体的反射率为1。(× ) 2、对流传热包括强制湍流传热和强制层流传热。(× ) 3、滴状冷凝比膜状冷凝效果好。(√ ) 4、圆筒壁热传导是传热速率与热通量相等(× ) 5、一般固体、液体和气体相比较,导热系数值的大小顺序为固体>气体>液体。(× ) 6、夏季人们穿深色衣服不会感觉太热。(× ) 7、对流传热仅发生在流体中。(× ) 8、流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在流动边界层。(× ) 9、一套管换热器逆流操作与并流操作一样。(× ) 10、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。(√ ) 五、问答题 1、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?为什么?(3分)