【化工原理】第四章传热补充习题
化工原理第四章习题及答案
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、原子与自由电子等微观粒子得热运动而引起得热量传递称为热传导(导热)。
2、对流传热热对流就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得热量传递。
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得形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体得辐射能, 当物体向外界辐射得能量与其从外界吸收得辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量得传递。
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得热量(W/m2)5、等温面温度场中将温度相同得点连起来,形成等温面。
等温面不相交。
二、单选择题1、判断下面得说法哪一种就是错误得()。
BA 在一定得温度下,辐射能力越大得物体,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得物理意义相同;C 黑度越大得物体吸收热辐射得能力越强;D 黑度反映了实际物体接近黑体得程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时,其传热方式为_______ 。
CA 传导与对流B 传导与辐射C 对流与辐射3、沸腾传热得壁面与沸腾流体温度增大,其给热系数_________。
CA 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得辐射能力,耐火砖得黑度就是下列三数值之一,其黑度为_______。
AA 0、85B 0、03C 15、已知当温度为T时,耐火砖得辐射能力大于铝板得辐射能力,则铝得黑度______耐火砖得黑度。
DA 大于B 等于C 不能确定就是否大于D 小于6、多层间壁传热时,各层得温度降与各相应层得热阻_____。
AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中,用饱与蒸汽加热空气,下面两项判断就是否正确: A甲、传热管得壁温将接近加热蒸汽温度;乙、换热器总传热系数K将接近空气侧得对流给热系数。
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答习 题1. 如附图所示。
某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。
炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。
求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。
已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ，λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δλT q ∆=∴1δ＝m q T T 22.0120090011003.1211=-⨯=-λ又∵33224234332322λδλδδλδλ+-=-=-=T T T T T T q ∴W K m q T T /579.093.012.01200509002334222⋅=--=--=λδλδ得：∴m 10.018.0579.0579.022=⨯==λδ习题1附图 习题2附图2. 如附图所示。
为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T 2=300o C ，T 3=50o C求： T 1=？解： ∵δλδλ31323T T T Tq -=-=∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C3. 直径为Ø60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。
化工原理 第四章 传热-例题
t2 −t1 30−15 = 0.176 = P= T −t1 100−15 1
T −T2 100−40 R= 1 = = 4.0 t2 −t1 30−15
查 附 22，ϕ∆t = 0.92 图 录
∴∆tm =ϕ∆t ∆tm,逆 = 0.92×43.7 = 40.20C
又冷却水终温提到350C， 逆流时： 100 →40
35← 35 ←15 65 25
65−25 ∆ m,逆 = t = 41.90C 65 ln 25
解： （1）求以外表面积为基准时的传热系数 取钢管的导热系数λ=45W/m·K， 冷却水测的污垢热阻Rs1=0.58×10-3 m2·K/W CO2侧污垢热阻Rs2=0.5×10-3 m2·K/W 则：
1 1 bd1 d1 1 d1 = +R1 + +R 2 + s s K α d2 α2 d2 λdm 1
100→40
30 ← 15
70 25
t t ∆ 2 −∆ 1 70−25 = t ∴∆ m,逆 = = 43.70C 70 t ∆2 ln ln 25 t ∆1
并流时：
热流体 ： 100→40 冷流体 ：
15→30
85 10
∆t2 −∆ 1 85−10 t 0 ∆ m,并 = t = ∆2 t 85 = 35 C ln ln ∆1 t 10
解：此题为单层圆筒壁的热传导问题。 已知条件： 蒸汽导管外表面的半径 r2＝0.426/2＝0.213m ＝ 温度 t2＝177℃ 保温层的外表面的半径 r3＝0.213＋0.426＝0.639m ＋ ＝ 温度 t3＝38℃ 由：
t 2 − t3 Q= ln r3 r2 2π l λ
可得每米管道的热损失为：
化工原理答案 第四章 传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
化工原理第四章传热
第四章 传热 习题 解答一、选择题：1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）A 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值；B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异；C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D 、要提高K 值，应从降低最大热阻着手 答案：C2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。
Ａ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体； Ｄ、腐蚀性流体；Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体； 答案：Ａ、Ｃ、Ｄ； Ｂ、Ｅ、Ｆ 冷热流体流动通道的选择a 、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U 形管式的不宜走管程；b 、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；c 、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；d 、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；e 、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；f 、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；g 、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程100 Re 即可达到湍流。
但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。
以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。
3、影响对流传热系数的因素有( )。
A 、产生对流的原因；B 、流体的流动状况；C 、流体的物性；D 、流体有无相变；E 、壁面的几何因素 答案:A 、B 、C 、D 、E4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。
A 、②>④>③>①；B 、③>④>②>①；C 、③>②>①>④；D 、②>③>④>①；冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水 水④ 水 轻油 答案：D5、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法：①加热器应置于该空间的上部；②冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（ ）。
化工原理课后习题(第四章)课件.doc
第4 章传热1 14-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为 1.05W m K , 厚度 b 230mm ；绝热砖的热导率为0.151W m 1 K 1 ；普通砖的热导率为0. 93W m 。
若耐火砖内侧温度为1000 C1 K 1 0 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度0 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过1300 C (假设每两种砖之间接触良好界面为940 C上的温度相等) 。
试求：（1）绝热砖的厚度。
绝热砖的尺寸为：65mm 113mm 230mm ;(2) 普通砖外测的温度。
普通砖的尺寸为：50mm 120 m m 240mm 。
( 答：⑴b 0.460m ；⑵t4 34.6 C )2解：⑴第一层：QA t1b1t21第二层：QAt 2b2t321 t t2t t1 2 2 3b b1 21 .05 0 .23 1000 9400.151b2940 130b20.446m因为绝热砖尺寸厚度为230mm ，故绝热砖层厚度b2 取0.460m ，校核：1.05 0.23 1000 9400.1510.460940 t3t 105.3 C；31 3 t tt t⑵ 3 41 2b b1 3t 34.6 C 。
44-2、某工厂用170mm 5mm 的无缝钢管输送水蒸气。
为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚30mm 的矿渣棉，其热导率为0.065W m 1 K 1 ;第二层为厚30mm 的石棉灰，其热导率为0.21W m 。
管内壁温度为300 C1 K 11 K 1，保温层外0 。
管道长50m 。
试求该管道的散热量。
无缝钢管热导率为45W m 1 K 1 表面温度为40 C（答：Q 14. 2kW ）解：已知： 1 1棉0.065W m K ，1灰0.21W m K1查表得：钢45W m 1 K1Q 2 t1 t 4l 11 lnd2d112lnd3d213lnd4d3 d 0.172其中：ln ln 0.0606，d 0.161ln d3d2ln0.230.170.302 ，ln d4d3ln0.290.230.231Q l20. 0606300400.3020.2312 8 4W m 1 ，45 0.065 0. 214Q 284 50 1.42 10 W 14.2kW 。
化工原理上第4章传热习题
K 112 .2W /(m2.K )
qmcCPC (tx 40) 112.2Atm'
2.5104 2.1103 (tx 40) 112.2 40 (120 40) (120 tx )
3600
ln 80
120 tx
80 ln
120 tx
112 .2 40 3600 2.510 4 2.1103
。保温层厚度为多少？保温后每月可节约多少公斤蒸汽？
T 9.4 0.052 (tw t) W /(m2.K )
W /(m.K)
1.当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？若要 保持油的出口温度仍为80C，换热器是否够用？
解: 判断换热器是否够用
1）保持出口温度，校核传热面积A
变化量： 传热系数K、传热面积
1．当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？若要保 持油的出口温度仍为80C，换热器是否够用？ 2．若不够用，可采取哪些措施？ 3．并联或串联多大的换热器才够用？要考虑哪些问题? 4. 处理量加大一倍，若将加热蒸汽压力提高到3atm，能否保
证油的出口温度？
5 5. 油的处理量不变，若油的粘度增大一倍，仍为湍流流动，其它
(3)提高加热蒸汽温度
2qmcc
pc
(80
40)
1.741
40) (T ln T 40
80)
T 80
2 2.5104 2.1103 (80 40) 3600
1.741
252.7
40
(80 40) ln T 40
T 80
（1）原传热系数 2atm饱和蒸汽的饱和温度ts 120 C
化工原理课后习题(第四章)
第4章 传热4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K mW 05.111--⋅⋅=λ厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K m W 151.0--⋅⋅=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--⋅⋅=λ。
若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。
试求：（1）绝热砖的厚度。
绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65⨯⨯; (2) 普通砖外测的温度。
普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5⨯⨯。
(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344︒=t )解：⑴第一层：1121λb t t A Q -= 第二层：2232λb t t AQ -= ⇒()()32222111t t b t t b -=-λλ⇒()()130940151.0940100023.005.12-=-b ⇒m 446.02=b因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0，校核：()()3940460.0151.0940100023.005.1t -=- ⇒C 3.1053︒=t ；⑵()()43332111t t b t t b -=-λλ⇒C 6.344︒=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170⨯φ的无缝钢管输送水蒸气。
为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W --⋅⋅ ;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W --⋅⋅。
管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。
管道长m 50。
试求该管道的散热量。
无缝钢管热导率为11K m 45W --⋅⋅ （答：kW 2.14=Q ）解：已知：11棉K m 0.065W --⋅⋅=λ，11灰K m 0.21W --⋅⋅=λ查表得：11K m W 54--⋅⋅=钢λ()34323212141ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t lQ λλλπ++-= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ，302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023.029.0ln ln34==d d()1m W 28421.0231.0065.0302.0450606.0403002-⋅=++-=πlQ ， kW 2.14W 1042.1502844=⨯=⨯=Q 。
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第四章 传热
填空题
（1） 对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对
流传热的重要途径。
答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度
（2）黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39
分析：斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而非摄氏温度，即4
273300273600⎪⎭
⎫ ⎝⎛++=5.39。
（3）处理量为440kg/h 的有机溶液在某换热器中预热。
运转一周期后，该溶液
在管内生成积垢，使换热器总热阻增加了10%。
若维持冷、热介质出口温度不变，
则该溶剂的处理量变为 。
答案：400kg/h 分析：设Q=m t KA ∆ m t A K Q ∆='' ∴ ==''K K Q Q K
K 11
'=1.1 故 Q '=1
.14401.1=Q =400kg/h 选择题
（1）对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺
序应是（ ）。
A ．②>④>③>①；
B ．③>④>②>①；
C ．③>②>①>④；
D ．②>③>④>①；
冷流体 热流体
① 水 气 体
②水沸腾 水蒸气冷凝
③ 水 水
④ 水 轻油
答案：D
（2）揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（ ）。
A. 斯蒂芬-波尔兹曼定律； C. 折射
B. 克希霍夫 D. 普郎克
答案：B
（3）关于下面两种说法的正确结论应是（ ）。
1）固体的辐射和吸收只能在表面上进行，因此只和表面积的大小和表面特性有关；
2）气体的辐射和吸收是在整个体积上进行的，必然和气体积的大小和形状有关。
A. 这两种说法都对； C. 第一种说法对，第二种说法错；
B. 这两种说法都错； D.第二种说法对，第一种说法错
答案：A
（4）传热速率公式q=KAΔt m 中，Δt m 的物理意义是（ ）。
A.器壁内外壁面的温度差;
B.器壁两侧流体对数平均温度差;
C.流体进出口的温度差;
D.器壁与流体的温度差。
B
（5）用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ ）
A. 蒸汽的温度；
B. 空气的出口温度；
C. 空气进、出口平均温度 A
（6）（ ）是指当间壁两侧泠、热流体之间的温度为1K 时，在单位时间内通过单位传热面积，由热流体传给泠流体的热能。
A. 导热系数；
B. 对流传热系数；
C. 总传热系数
C
（7）在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K 值接近于（ ）。
A. α蒸汽
B. α空气
C. α蒸汽与α空气的平均值
B
（8）翅片管换热器的翅片应安装在( )。
A. α小的一侧
B. α大的一侧
C. 管内
D. 管外
A
计算题
（1）某厂库存有一台列管式换热器，其主要尺寸为：列管规格ϕ38,3⨯管长4m ，管数127根，欲利用这台换热器，用水蒸气加热空气。
蒸汽走壳程，空气走管程，空气流量为6000标准3m / 小时，要求自20℃加热至100℃以上。
已知：空气侧对流传热系数为⋅2/58m W ℃；
蒸汽侧对流传热系数为11000 w/2m ℃
污垢热阻和管壁热阻可以忽略不计； 标准状况下，空气密度为1.29kg/3m ，操作条件下空气比热取1.01kJ/kg.℃ 蒸汽的有关参数见附表。
A) 当采用压力为2kg/c 2m (绝对)的加热蒸汽时，试核算此台换热器是否能满足要求。
B) 如果用压力为2/3cm kgf （绝对）的加热蒸汽，利用此台换热器，可以将空气自20℃加热至多少度？蒸汽消耗量为多少h kg /。
附表：
饱和水蒸气表
绝对压力2/cm kgf 温度℃ 汽化热kg kJ / 1.0 99.1 2260.45 2.0 119.6 2206.44 3.0 132.9 2169.18 解：（1）蒸汽压力为2/2cm kgf （T =119.6℃）时： 32
5838110001112211⨯+=+=d d K αα ⋅=⇒2/6.48m w K ℃（以外表面计） 2112ln t T t T t t t m ---=
∆ KA t T t T C w t T t T t t KA
t KA t t C w p m p =--⇒---=∆=-∴2122112122ln
ln )(22 即；A ⨯=--⨯⨯⨯6.48100
6.119206.119ln 1001.1360029.160003 26.72m A =⇒ 而实际换热器面积：216.604038.0127m l d n A e =⨯⨯⨯==ππ A A e < ∴ 此换热器不能满足要求。
（2）当蒸汽压力为2/3cm kgf （9.132'=T ℃）时，
由式（1）得：e p KA t T t T C w =--212'''ln
2 32
6000 1.29132.9201.0110ln 48.660.63600132.9't ⨯-⇒⨯⨯⨯=⨯- 解得：104'2=t ℃ 即空气自20℃加热到104℃。
蒸汽消耗量：)'(1222t t C w r D p -=⋅
33
(6000/3600) 1.29 1.0110(10420)0.0841/303/2169.1810D kg s kg h ⨯⨯⨯⨯-⇒===⨯。