传热经典例题
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：
传热综合例题
例1．一列管换热器，管子规格为φ25×2.5mm ，管内流体的对流给热系数为100 W/(m ⋅K)，管外流体的对流给热系数为2000 W/(m ⋅K)，已知两流体均为湍流流动，管内外两侧污垢热阻均为0.0018 m ⋅℃/W 。
试求：①传热系数K 及各部分热阻的分配；②若管内流体流量提高一倍，传热系数有何变化？③若管外流体流量提高一倍，传热系数有何变化？解：①已知污垢热阻R i = R o = 0.00118 m 2⋅K/W ， 钢管λ = 45 W/(m ⋅K)022502025002002...=+=+=o i m d d d m 0011802020100025002250450250002502000111......⨯+⨯+⨯⨯+=++++=o i ii o m o o o R R d d d d K αλδα = 0.01542 1/(W/m 2⋅K)K o = 64.84 W/(m 2⋅K)热阻分配：污垢： % (315153001542)000118021==⨯=+oi o K R R 管外： %..2430154202000111==ooK α 管内：% (181********)010002501=⨯=oi i oK d d α管壁：%.....4100154200220450250002501=⨯⨯=omoK d bd λ ②因为i i W W 2='， 所以 i i u u 2=' ， i iαα802.=' ∴011R R ddd d K i ii o m o oo++'++='αλδα 00118020201002025002250450250002502000180.......⨯+⨯⨯+⨯⨯+== 0.01010 m 2⋅K/W9998.='o K W/( m 2⋅K)传热系数的增加的百分数：%.% (75210084)6484649998=⨯-=-'o o oK K K ③若o o W W 2=' ， o o αα802.='∴ o i ii om o oo R R d d d d K ++++'='αλδα1100118020201000250022504502500025020002180.......⨯+⨯+⨯⨯+⨯== 0.01521 m 2⋅K/W7465.='o K W/( m 2⋅K)传热系数的增加的百分数：%.% (4110084)6484647465=⨯-=-'o o oK K K 可见，管内一侧的热阻远大于管外一侧的热阻，提高热阻大的一侧给热系数将有效地增加传热系数。
传热学习题(含参考答案)
传热学习题（含参考答案）一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1、某厂已用一换热器使得烟道气能加热水产生饱和蒸汽。
为强化传热过程，可采取的措施中( )是最有效，最实用的A、提高水的流速B、在水侧加翅片C、换一台传热面积更大的设备D、提高烟道气流速正确答案：D2、分子筛对不同分子的吸附能力，下列说法正确的是( )A、分子越大越容易吸附B、分子极性越弱越容易吸附C、分子越小越容易吸附D、分子不饱和度越高越容易吸附正确答案：D3、生物化工的优点有( )。
A、选择性强，三废少B、前三项都是C、能耗低，效率高D、反应条件温和正确答案：B4、有一种30℃流体需加热到80℃，下列三种热流体的热量都能满足要求，应选( )有利于节能A、150℃的热流体B、200℃的蒸汽C、300℃的蒸汽D、400℃的蒸汽正确答案：A5、下列物质不是三大合成材料的是( )。
A、塑料B、尼龙C、橡胶D、纤维正确答案：B6、若固体壁为金属材料，当壁厚很薄时，器壁两侧流体的对流传热膜系数相差悬殊，则要求提高传热系数以加快传热速率时，必须设法提高( )的膜系数才能见效A、无法判断B、两侧C、最大D、最小正确答案：D7、下列阀门中，( )不是自动作用阀。
A、闸阀B、止回阀C、疏水阀D、安全阀正确答案：A8、对于反应级数n大于零的反应，为了降低反应器体积，选用( )A、全混流反应器接平推流反应器B、全混流反应器C、循环操作的平推流反应器D、平推流反应器正确答案：D9、当提高反应温度时，聚合釜压力会( )。
A、不变B、增加至10kg/cm2C、降低D、提高正确答案：D10、安全阀应铅直地安装在( )A、容器与管道之间B、气相界面位置上C、管道接头前D、容器的高压进口管道上正确答案：B11、环氧乙烷水合生产乙二醇常用下列哪种形式的反应器 ( )A、管式C、固定床D、鼓泡塔正确答案：A12、为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是( )A、表面光滑，颜色较浅B、上述三种情况效果都一样C、表面粗糙，颜色较浅D、表面粗糙，颜色较深正确答案：A13、离心泵设置的进水阀应该是( )。
传热计算例题
例1． 将0.417kg/s ，353K 的某液体通过一换热器冷却到313K ，冷却水的进口温度为303K ，出口温度不超过308K ，已知液体的比热容c ph =1.38 kJ/（kg ⋅K ），若热损失可忽略不计，试求该换热器的热负荷及冷却水的用量。
解：由于热损失可忽略不计，换热器的热负荷为：()21T T c G Q Q ph h h -=='()3133531038141703-⨯⨯⨯=..23000= W=23 kW冷却水的消耗量，可由热量衡算式确定。
由于热损失可忽略不计，应有：c h Q Q =或()h pc c Q t t c G =-12 冷却水平均温度为5.3052308303=+K ，由附录查得水的比热容为4.18 kJ/（kg ⋅K ）()()1.130********.423000312=-⨯⨯=-=t t c Q G pc h c kg/s例2． 某列管换热器用压强为110kN/m 2的饱和蒸汽加热某冷液体；流量为5m 3/h 的冷液体在换热管内流动，温度从293K 升高到343K ，平均比热容为1.756 kJ/（kg ⋅K ），密度为900kg/m 3。
若换热器的热损失估计为该换热器热负荷的8%，试求热负荷及蒸汽消耗量。
解：冷液体在列管换热器的管程被加热，该换热器的热负荷在数值上等于冷流体吸收的热量，即；()12t t c G Q Q pc c c -=='()293343107561360090053-⨯⨯⨯⨯=='.c Q Q 110000=W=110kW由附录查得110kN/m 2压力下饱和水蒸汽的冷凝潜热为2245kJ/kg ，由热量衡算式可得水蒸气消耗量为：()05280224508011108..%=+⨯=+=h c c h r Q Q G kg/s=190kg/h例3． 单管程、单壳程列管换热器，采用225⨯φmm 的钢管作为换热管。
传热过程及换热器例题
传热过程与换热器1.一外直径为 20mm 的导线用橡胶做绝缘，橡胶绝缘层的厚度为 10mm ，导热系数为0.15 W/(m ・K)，它与外部空气间的表面传热系数为 10 W/(m 2 .K)。
试分析此情况下的橡胶绝缘层是否妨碍导线的散热。
解 本题导线外直径d 1 =20mm ，绝缘层厚度：=10mm ，则绝缘层外直径 d 2 • 2" =20 • 2 10=40mm 。
临界绝缘直径 d c 为d c =2丄=2 015 =0.03m =30mm h 2 10显然，导线绝缘层外直径大于临界绝缘直径，即d 2 d c ，此时的热阻比临界绝缘直径时的热阻要大，使得导线的散热量减少。
因此从有利于导线的散热考虑，橡胶绝缘层厚度应取(d c -d 1)/2 =(30 -20)/2 =5mm 为宜。
2.已知热流体进口温度为 80C ，出口温度为 50C ，而冷流体进口温度为 10C ，出口 温度为30 C 。
试计算换热器为下列情况下的对数平均温压。
(1)纯顺流。
(2)纯逆流。
(3)1-2型壳管式。
解 根据题意，t ；=80 C,帚=50 C ； t 2 ^10 C, t ；=30 C,贝U(1)纯顺流时， t 二t ；-t 2 =80 -10 =70C ； t # -t 2 =50 -30 =20C,则丄ZT —A t " 70—20 :tm1 ： 7039.9 Cln( ) In:t 20⑵ 纯逆流时， *—t2=80 —30=50 C ； f =t1—t 2 =50—10=40 C,则3 1-2型壳管式，因为不是纯顺流或纯逆流，因此需要先按纯逆流考虑，再进行修正即可。
■ * jU «1■« 1« it 2 -t 230 —10t 1 -t 230-10寸巾284，查得1-2型壳管式换热 m2•勺一•址 50—40=44.8 Cln(■ ：t40即=f (R, P) =f (1.5,0.284) =0.95.■■:t m ^ _■ ■:t m 2 = 0.95 ：• 44.8 = 42.6 C可见，换热器在相同的流体进、出口温度下，以纯逆流方式的对数平均温压最大，纯顺流 方式的对数平均温压最小，其他方式的对数平均温压介于纯逆流和纯顺流之间。
化工原理传热大题
23、在单程列管式换热器内，用130℃的饱和水蒸汽将某溶液由20℃加热到60℃，单管呈列管换热器由100根∅25mm×2.5mm，长为3m的钢管构成，溶液以每小时100m3的流量在管内流过，蒸汽在管外冷凝。
试求：（1）总传热系数K；（2）溶液对流给热系数α1和蒸汽冷凝对流给热系数α2；（3）若溶液的质量流量增加到m s2′，m s2′m s2=x⁄，1<x<2（m s2为溶液原来的质量流量）在其他条件不变的情况下，试通过推导说明次换热器能否满足要求（α2可视为不变）已知在操作条件下溶液的密度为1200kg/m3，黏度为0955mPa.S，比热容为3.3KJ/kg.℃，热导率为0.465 W/kg.℃，管壁热阻、污垢热阻和热损失忽略不计。
★★★★★【答案解析】解：（1）换热器的总传热量Q=m s2c p2(t2−t1)=(100×12003600⁄)×3300×(60−20)=4.4×106 W∆t m=t2−t1lnT S−t1T S−t2=60−20ln130−20130−60=88.5 ℃A=nπd2l=100×3.14×0.025×3=23.6 m2所以总传热系数KK=QA∆t m=4.4×10623.6×88.5=2107 W m2.℃⁄（2）由管内溶液可知，其流速u=V S20.785d12n0=1003600⁄0.785×0.022×100=0.885 m s⁄R e=d1uρμ=0.02×0.885×12000.955×10−3=2.224×104（>104，为湍流）P r=c pμλ=3.3×103×0.955×10−30.465=6.78所以管内溶液给热系数α1α1=0.023λd1Re0.8Pr0.4=0.023×0.4650.02×(2.224×104)0.8×6.780.4=3454 W m2.℃⁄以管外表面为基准面，所以1 K =1α1×d2d1+1α2代入数据得1 2107=13454×2520+1α2所以α2=8872 W m2.℃⁄（3）当流量增加时，则增加后该流体仍然为湍流所以由公式α1=0.023λd 1Re 0.8Pr 0.4=0.023λd 1(d 1uρμ)0.8(c p μλ)0.4即α1‘α1=(u ′u)0.8=(m s2′m s2)0.8=x 0.8 所以K ′=(1α1′×d 2d 1+1α2)−1=(13454x0.8×2520+18872)−1=8872x 08x 08+3.211原工况m s2c p2(t 2−t 1)=KA∆t m新工况：T S 、t 2、t 1不变，所以∆t m 不变m s2′c p2(t 2−t 1)=K ′A ′∆t m由上述两式得m s2′m s2=x =K ′A ′KA =8872x 082170(x 08+3.211)A ′A整理得A ′A =x +3.211x 0.24.211因为1<x <2，所以4.211<x +3.211x 0.2<1+3.211×20.2A ′A>1 此时所需的传热面积要大于原工况（设备的传热面积）的传热面积，所以次换热器不能满足要求24、某列管换热器有33根∅19×2mm 的管子，管长为3 m 。
化工原理：传热习题(含答案)
第四章 传热一、填空题：1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知321b b b >>；导热系数321λλλ<<。
在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。
解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。
②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。
因为40100⎪⎭⎫⎝⎛==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。
②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。
解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。
①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。
②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁wt 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。
②对于间壁式换热器：mt KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。
传热学例题
例4-1某平壁厚度为0.37m，内表面温度t1为1650℃，外表面温度t2为300℃，平壁材料导热系数（式中t的单位为℃，λ的单位为W/(m·℃)）。
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（a）当时，，代入式a，可得：整理上式得：解得：上式即为当λ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1016℃和34℃，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λ，但λ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λ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t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3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。
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上物性不随温度变化）。试求：
（1） 冬季时冷却水用量及蒸汽冷凝量各为多少 kg／h？
（2） 夏季时冷却水进口温度为 29℃，若冷却水用量与冬季相同，则夏季冷却水出口
温度为多少℃？蒸汽冷凝量将变为多少？
解：（1） l 1.5 75 40 di 0.02
Pr
Cp
4180 0.001 0.6
6.967
1/6
水将壳程中 100℃的蒸汽冷凝，蒸汽冷凝侧热阻、管壁及两侧污垢热阻忽略不计,不计热
损失。冬季时冷却水进口温度为 15℃，出口温度为 37℃。已知冷却水的比热 Cp=4180J
／(kg·℃)，粘度 μ=1cp,导热系数 λ=0.6W/(m·℃),蒸汽冷凝潜热 r=2.26×106 J／kg。（设以
T 90
T=123.83℃
（2）：空气量增大 25％， Ki i 1.250.8.i 83.7W/(m2 K)
Q
740 1.0051.25 3600
(t2
10)
83.7 1000
3.581
ln
t2 10 123.83 10
123.83 t2
t2 =88.17℃
以外表面积计
（1）
KO
第六章 传热典型计算例题
1. 在列管式换热器中，用饱和水蒸汽将空气由 10℃加热到 90℃，该换热器由 38 根
φ25×2.5mm、长 1.5m 的铜管构成，空气在管内作湍流流动，其流量为 740kg/h，比热为
1.005×103J/(kg·℃)，饱和水蒸汽在管间冷凝。 已知操作条件下的空气对流传热系数为
KO
1
1 1
2359W/(m2 K) 25
10000 3020.4 20
Ao 303.4159 0.025 2 4.712m2
Q qm2Cp2 (t2 t1) KO AOtm
Q
0.03
900
3.9
(t
63K, tm
85 2
63
74K
Ai 443.1416 0.021.5 4.147m2 Q 不计热损失，Q Ki Aitm qm2Cp2 (t2 t1) qm1r
506.58qm
0.8 2
4.147
74
qm2
4180
(37
15)
qm1r
冷却水用量qm2 13.8 kg s 4.97 104 kg h
T=124.2℃
（2）：空气量增大
25％， KO
1 8000
1
1 1.250.8.
70
25 20
66.44W/(m2
K)
Q
740 1.0051.25 (t2 3600
10)
66.44 1000
4.477
ln
t2 10 124.2 10
124.2 t2
t2 =88.11℃
2. 有一台列管式换热器，内有 φ25×2.5mm 钢管 44 根，管长 1.5m，单管程。管程中的冷却
70W/(m2·℃)，水蒸汽的冷凝传热系数为 8000 W/(m2·℃),管壁及垢层热阻可忽略不计。
（1）试确定所需饱和水蒸汽的温度；
（2) 若将空气量增大 25％通过原换热器，在饱和水蒸汽温度及空气进口温度均不变的情况
下，空气能加热到多少度？（设在本题条件下空气出口温度有所改变时，其物性参数可视为
Q qm2Cp2 (t2 t1) KO AOtm
Q
0.03
900
3.9
(t2
ห้องสมุดไป่ตู้
20)
1666.7 1000
5.967
ln
t2 20 110 20
110 t2
t2 28.1℃
(3)将 8 根坏管堵塞后,管程流量不变，速度增大为原来是 38/30=1.2667 倍，
仍为湍流，管程 α2=2500×1.26670.8= 3020.4 W/(m2·K)
不变）
解：以内表面积计
（1）Q o i Ki i 70W/(m2 K) Ai 383.4160.021.5 3.581m2
Q qm2Cp2 (t2 t1) Ki Aitm
Q
7401.005 (90 10) 3600
70 1000
3.581
90 10 ln T 10
16.527kW
1
1
55.65W/(m2 K)
1 25
8000 70 20
Ao 38 3.416 0.0251.5 4.477m2
Q qm2Cp2 (t2 t1) KO AOtm
Q
7401.005 (90 10) 3600
55.65 1000
4.477
90 10 ln T 10
16.527kW
T 90
验 Re diu
13.8
19977 10000,假设成立
44 0.785 0.02 0.001
蒸汽冷凝量qm1
4.97
104 4180 2.26 106
22
2022
kg
h
(2) Q Ki Aitm qm2Cp2 (t2 t1) qm1r
506.58
13.80.8
4.147
(100
29
2
t2
)
13.8
4180
(t2
29)
qm1r
解得：t2 47.38o C
验0.5 t2 t1 52.62 / 71 2
蒸汽冷凝量qm1
4.97
104
4180（47.38 2.26 106
29） 1690
kg
h
3. 在一单程列管式换热器内用 110℃的饱和蒸汽将某溶液加热,换热器由 38 根 φ25×2.5mm 的管子组成,长 2m,壳程为水蒸汽冷凝,其传热膜系数 α1=10000 W/(m2·K)，管程走溶液,流 量为 0.03m3/s,进口温度 t1=20℃,密度 900kg/m3,比热 3.9kJ/(kg·℃)，管壁和污垢热阻可以 忽略,管内溶液侧的传热膜系数 α2=2500 W/(m2·K)，管内为湍流，求：
（1）以外表面为基准的总传热系数 Ko ； （2）溶液的出口温度 t2 ； （3）若检修中发现有 8 根管子已损坏,将坏管堵塞后继续使用,此时换热器的总传热系数和 溶液出口温度将变多少？
2/6
解：（1）以外表面积计
KO
1
1
1666.7W/(m2 K)
1 25
10000 2500 20
(2) Ao 383.4159 0.025 2 5.967m2
设管内为完全湍流，Re 10000,蒸汽冷凝热阻、管壁、污垢热阻可略，不计热损失，有：
Ki
i
0.023
di
Re0.8
Pr0.4
0.023
0.6 0.02
6.9670.4
(
qm2
)0.8
44 0.785 0.02 0.001
506.58qm20.8
t1
100
15
85K, t2
100
37