传热习题课
传热操作习题课件
❖ C、温度变化物体的焓值一定改变；
❖ D、物体的焓值改变，其温度一定发生了变化
❖ 11. 下列关于温度梯度的论断中的错误是（ D ）。
❖ A、温度梯度取决于温度场中的温度分布；
❖ B、温度场中存在温度梯度就一定存在热量的传递；
❖ C、热量传递会引起温度梯度的变化；
❖ D、热量是沿温度梯度的方向传递的
在管外装设折流挡板。（ ×） ❖ 10. 蛇管换热器是属于间壁式换热器的一种。（√ ）
判断题
❖ 11. 列管换热器采用多管程的目的是提高管内流体的对流传热系数α。（ √） ❖ 12. 为了提高间壁式换热器的传热系数K值，必须设法提高α值大的那一侧
流体的对流传热系数。（ ×） ❖ 13. 强化传热的途径主要是增大传热面积。（ ×） ❖ 14. 傅立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。（ ×） ❖ 15. 在恒温传热中，两流体在间壁每一处的温度相等。（ √ ） ❖ 16. 在同一种流体中，不可能同时发生自然对流和强制对流。（ ×） ❖ 17. 在稳态传热过程中，时间变化，传热速率不变，系统中各点的温度不变。
壳程。（√ ） ❖ 6. 在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较
小。（×） ❖ 7. 在对流传热中，传热管壁的温度接近α值小的哪一侧流体的温度。（ ×） ❖ 8. 对于间壁两侧流体稳定变温传热来说，载热体的消耗量逆流时大于并流时
的用量。（× ） ❖ 9. 列管式热交换器内用饱和水蒸汽加热管程的空气，为提高换热器的K值，
虑的。 ❖ A、核状沸腾及膜状冷凝； B、膜状沸腾及膜状冷凝； ❖ C、核状沸腾及滴状冷凝； D、膜状沸腾及滴状冷凝 ❖ 26. 在通常操作条件下的同类换热器中，设空气的对流传热系数为α1，水的
传热学课后习题
第一章1-3 宇宙飞船的外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。
船体表面各部分的表明温度与遮光罩的表面温度不同。
试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？解：遮光罩与船体的导热遮光罩与宇宙空间的辐射换热1-4 热电偶常用来测量气流温度。
用热电偶来测量管道中高温气流的温度，管壁温度小于气流温度，分析热电偶节点的换热方式。
解：结点与气流间进行对流换热 与管壁辐射换热 与电偶臂导热1-6 一砖墙表面积为12m 2，厚度为260mm ，平均导热系数为1.5 W/(m ·K)。
设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为－5℃，确定此砖墙向外散失的热量。
1-9 在一次测量空气横向流过单根圆管对的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度69℃，空气温度20℃，管子外径14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率为8.5W 。
如果全部热量通过对流换热传给空气，此时的对流换热表面积传热系数为？1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数95 W/(m 2·K)，壁面厚2.5mm ，导热系数46.5 W/(m ·K)，水侧表面传热系数5800 W/(m 2·K)。
设传热壁可看作平壁，计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。
为了强化这一传热过程，应从哪个环节着手。
1-24 对于穿过平壁的传热过程，分析下列情形下温度曲线的变化趋向：(1)0→λδ；(2)∞→1h ；(3) ∞→2h第二章2-1 用平底锅烧水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流密度为42400W/m 2。
使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢。
假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，计算水垢与金属锅底接触面的温度。
水垢的导热系数取为1 W/(m ·K)。
解： δλtq ∆= 2.238110342400111312=⨯⨯+=⋅+=-λδq t t ℃2-2 一冷藏室的墙由钢皮、矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm 、152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45 W/(m ·K)、0.07 W/(m ·K)及0.1 W/(m ·K)。
化工原理传热习题课
Q
t2
t m
练习3： 无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热， 今若将单管程变成双管程，而其它操作参数不变， 试定性分析K、Q、T2、t2、tm的变化趋势。
t1 T2 T1 t2
答： u , h1 , K ，
T2 , t 2 , t m , Q
双管程列管式
套管式
K： K 不变 Q： Q 排除法
t2 h1、h2不变 T2： T2 t m t m
t2：
T1 T2
0
A
练习2： 在一列管式换热器中用饱和水蒸汽预热某有机溶液（无相 变），蒸汽走壳程，今若蒸汽压力变大，而其它操作参数 不变，试定性分析K、Q、t2、tm的变化趋势。
蒸汽温度 T
h2=3.5kW/m2K cp=4.187 kJ/kgK 216kg/h
Q 8.4 kJ s
油 216kg/h T1=150℃ cp=2.0 kJ/kgK， h1=1.5 kW/m2K
T 2=80℃ t1=20℃
t2 53.4C
K 0.894kW m 2 K (以外表面为基准)
tm，并
解：（1）Q w r 2100 2232 1302kw 凝 3600 Q 1302 Q wct W＝ ＝ ＝4.146kg/s ct 4.187 90－ 15 （ 2）
A实 85.4m
2
A需 A实
换热面积够用
四管程列管式
【例7-5】(P) 在一逆流换热器中将热气体从150℃冷却 至60℃，气体流经管内，冷却剂为水，温度从15℃升 至35℃，气侧给热系数为50W /(m2· ℃)，水侧给热系数 为5000W /(m2· ℃), 现工厂扩大生产能力，气体的流量 增加25%，冷却水的进口温度不变，忽略管壁和污垢 热阻，试求： ⑴ 冷却水的流量不变，气体的出口温度和冷却水 的出口温度； ⑵ 气体流量增加后，拟通过调节冷却水的流量以 使气体出口温度保持在60℃不变，调节后水的流量 和冷却水的出口温度。
《传热学》习题课(辐射换热)
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 5. 什么是一个表面的自身辐射、投入辐射及 有效辐射？有效辐射的引入对于灰体表面系 统辐射换热的计算有什么作用？ 答：自身辐射：物体从一个表面由于自身的 辐射性质而发射出动的辐射。 投入辐射：单位时间内投射到表面的单位面 积上的总辐射能。 有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的 总辐射能。 作用：避免了在计算辐射换热时出现多次吸 收反射的复杂性。
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
• 8-11 把地球作为黑体表面，把太阳看成是 T=5800K的黑体，试估算地球表面的温度。 已知地球直径为1.29×107m，太阳直径为 1.39×109m，两者相距1.5×1011m。地球对 太空的辐射可视为对0K黑体空间辐射。 4 4 T 5800 • 解： Eb1 C0 5.67
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
• 8-1 一电炉的电功率为1kW，炉丝温度为 847℃，直径为1mm。电炉的效率（辐射 功率与电功率之比）为0.96。试确定所需 炉丝的最短长度。 4
T 0.96 1000 • 解： 0.96 E 0.96C b 0 dl 100 0.96 1000 l 3.425m 4 1120 3 10 5.57 100
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 6. 对于温度已知的多表面系统，试总结求解 每一表面净辐射换热量的基本步骤。 答：温度已知时，发射率、辐射能可求出。 可采用网络法或数值方法求解。 但首先应计算出每个面的辐射能Ebi发射率εi， 解系数Xi,j。然后再计算各表面的有效辐射Ji， 最后由 Ebi J i 确定每个表面的净辐射换热 i 1 i 量。
《传热学》习题课（辐射换热）
传热习题课计算题
传热习题课计算题1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。
已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；冷水走壳程，测得进口温度为15℃，出口温度为30℃，逆流流动。
（取水的比热cp=4.18某103J/kg·K）解：换热器的传热量：Q＝qmcp(T2－T1)＝1500/3600某4.18某103某(80－50)=52.25kW传热温度差△tm：热流体80→50冷流体30←155035△t1=50，△t2=35t1502t235传热温度差△tm可用算数平均值：t1t25035tm42.5℃22Q52.25103K615W/m2℃Atm242.52、一列管换热器，由φ25某2mm的126根不锈钢管组成。
平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由20℃加热到80℃，温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。
已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi为520W/m2·℃，蒸汽对管壁的传42热系数α0为1.16某10W/m·℃，不锈钢管的导热系数λ＝17W/m·℃，忽略垢层热阻和热损失。
试求：（1）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）（2）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为126根）（总传热系数：以管平均面积为基准，11dmb1dm）Kidi0d0解：（1）传热量：Q＝qmcp(t2－t1)＝15000/3600某4187某(80－20)≈1.05某106W总传热系数：（以管平均面积为基准）1dmb1dm11230.002123Kidi0d0K5202217116.10425解得：K＝434.19W/m2·℃对数平均温差：1102011080△t190△t2301tmt1t2lnt1t29030ln903054.61℃传热面积：QKAmtmAmQKtm105.10643419.54.6144.28m2AmndmL；列管长度：LAm44.284.87mndm126314.0.023（2）管程为4程时，只是αi变大：强制湍流时：αi＝0.023（λ/d）Re0.8Pr0.4，u变大，Re＝duρ/μ变大4程A＇＝1/4A（单程），则：4程时u＇=4u（单程）0.80.8有520＝1576.34W/m2·℃i（4程）＝4αi（单程）＝4某4程时：1K1dmb1dm11230.002123idi0d0K1576.342117116.10425K=1121.57W/m 2·℃Q1.05106A17.14m2Ktm1121.5754.614程列管长：LA17.141.88mndm1263.140.0233、有一列管式换热器，装有φ25某2.5mm钢管320根，其管长为2m，要求将质量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。
《传热学》习题课(导热部分)
第二章 导热基本定律及稳态导 热——思考题
• 10. 有人对二维矩形物体中的稳态、无内热源、常 物性的导热问题进行了数值计算。矩形的一个边绝 热，其余三个边均与温度为tf的流体发生对流换热。 你能预测他所得的温度场的解吗？ 答：为以tf均匀分布的温度场。因一边绝热无热流 传递，其它三个边外的温度相同，无内热源，常物 性、稳态。如果不是以tf大小的均匀分布温度场， 就存在温差和外部有热流量交换，因无内热源，板 内无热量保持供给或吸收，就不能维持这个温差， 温差如有变化不符合稳态条件，只能是以tf大小均 匀分布的温度场。
第一章 绪论——习题
• 1-3 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮 光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口， 其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感 器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表 面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与 遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换 热的方式是什么？
飞船船体
第二章 导热基本定律及稳态导 热——思考题
• 9. 在式（2-49）所给出的分析解中， 不出现导热物体的导热系数，请你提供 理论依据。 答：因稳态、无内热源、导热系数为常 数的二维导热问题的控制方程（2-46a） 与导热系数无关；四个边界条件是温度 边界条件，不包含导热系数（2-46b）。 （2-49）式是上述定解问题的解，自然 不出现导热物体的导热系数。
q
A
T T
4 1
4 2
第一章 绪论——习题
• 1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热 系数h1=95W/(㎡· K)，壁面厚δ=2.5㎜， λ=46.5W/(m·K)，水侧表面传热系数 h2=5800W/(㎡· K)。设传热壁可以看作平 壁，试计算各个环节单位面积的热阻及 从气到水的总传热系数。你能否指出， 为了强化这一传热过程，应首先从哪一 环节着手？
《传热学》课后习题答案-第一章
传热学习题集第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：，其中，－热流密度；－导热系数；－沿x方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：，其中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。
这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。
而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。
试从传热学的观点分析这一现象。
传热习题课1
传热习题课⒈有一列管换热器，装有Φ25×2.5mm的钢管300根，管长为2m。
要求将质量流量8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热至85℃，选用108℃的饱和水蒸气于壳程作加热介质。
若水蒸气的冷凝传热系数为10000W/(m2·K)，管壁及两侧污垢热阻忽略不计，不计热损失。
试求：①空气侧的对流传热系数；②换热器的总传热系数（以管外表面为基准）；③通过计算说明该换热器能否满足要求？④管壁的温度。
⒉换热器1，由38根Φ25×2.5mm、长4m的无缝钢管组成。
110℃的饱和水蒸汽走壳程，用于加热流量为8kg/s、初温为25℃的甲苯，可使甲苯的出口温度高于70℃，满足工艺要求，此时甲苯侧的对流传热系数为1100W/(m2·K），蒸汽的冷凝对流传热系数为104 W/(m2·K）。
现因生产需要，甲苯的处理量增加60%。
试求：①此时甲苯的出口温度为多少？②仓库中另有换热器2，它由38根Φ25×2.5mm、长3m的无缝钢管组成，拟将其与换热器1并联使用，如图所示，且甲苯流量均匀分配（m c1=m c2)，则甲苯的出口温度为多少？③若m c1：m c2 = 2：1，结果又如何？已知甲苯的流动均在完全湍流区，C p=1840J/(kg·K)。
且污垢热阻、管壁热阻可忽略。
⒊每小时500kg的常压苯蒸汽，用直立管壳式换热器加以冷凝，并冷却至30℃，冷却介质为20℃的冷水，冷却水的出口温度不超过45℃，冷、热流体呈逆流流动。
已知苯蒸汽的冷凝温度为80℃，汽化潜热为390kJ/kg，平均比热容为1.86kJ/(kg·K)，并估算出冷凝段的总传热系数为500W/(m2·K)，冷却段的总传热系数为100W/(m2·K)，忽略热损失。
试求所需要的传热面积及冷却水用量为多少？若采用并流方式所需的最小冷却水用量为多少？。
传热学-第2章稳态热传导-习题课
12. 图中所示为纯铝制作的圆锥形截面。其圆形截面
直径为D=ax1/2，其中a=0.5m1/2。小端位于
x1=25mm处，大端位于x2=125mm处，端部温度 分别为T1=600K和T2=400K，周侧面隔热良好。 （1）作一维假定，推导用符号形式
表示的温度分布T(x)的表示式，
画出温度分布的示意图。 （2）计算传热热流量Q。
习题课 一维稳态导热 — 肋片
14. 采用套管式热电偶温度计测量管道内的蒸汽温度，
套管长H=6cm，直径为1.5cm，壁厚为2mm，
导热系数为40W/(m.K)，温度计读数为240℃。
若套管根部温度为100℃，
V
蒸汽与套管壁的换热系数
为140W/(m2.K)。
如果仅考虑套管的导热，
t0
试求管道内蒸汽的真实温度。
习题课 一维稳态导热 — 圆筒壁
9. 蒸汽管道的外直径d1=30mm，准备包两层厚度都是 15mm的不同材料的热绝缘层。a种材料的导热系数 λa=0.04W/(m.K)，b种材料的导热系数 λb=0.1W/(m.K)。 若温差一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案： （1）a在里层，b在外层； （2）b在里层，a在外层；哪一种好，为什么？
习题课傅立叶定律和导热微分方程应用如图所示的墙壁其导热系数为50wmk厚度为50mm在稳态情况下墙壁内一维温度分布为t2002000x1墙壁两侧表面的热流密度
传热学
第 2 章 稳态热传导 习题课
习题课 傅立叶定律和导热微分方程应用
1. 如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m.K)，
厚度为50mm，在稳态情况下墙壁内一维温度
习题课 变导热系数和变截面稳态导热
10. 某炉壁由厚度为250mm的耐火粘土制品层和 厚500mm的红砖层组成。内壁温度为1000℃， 外壁温度为50℃。耐火粘土的导热系数为
《传热学》习题课(对流换热部分) PPT
第五章 对流换热—复习题
1. 试用简明的语言说明热边界层的概念。 答：在对流换热情况下，在固体附近存在一 薄流体层，在该层中流体温度沿垂直壁面方 向从壁面处的温度等于壁温，急剧变化到流 体主流温度，而在流体主流区的温度变化率 可视为零。
第五章 对流换热—复习题
x
y
c p y
程的重要特点是：没有项
2t x 2
。
第五章 对流换热—复习题
3. 式（5-4）与导热问题和第三类边界条件式 （2-17）有什么区别？ 答：式（5-4） 为： t
y w
h
t
t y
y 0
ht w t f
，式（2-17） 。两者的区别是：两式中的导热
查附录8和10，25℃时：
15.06 16 空气： 15.53106 m 2 / s 2 1.006 0.805 水： 0.9055106 m 2 / s 2 410.9 216.5 14号润滑油： 313.7 106 m 2 / s 2 Re c 500000 lc 500000 u 1 空气时： lc 500000 15.53106 7.765m; 水时： lc 500000 0.9055106 0.4775m 14号润滑油时： lc 500000 313.7 106 156.85m
第五章 对流换热—习题
5-23．对置于气流中的一块很粗糙的表面进
行传热试验，测得如下的局部换热特征性的 1 0.9 结果： Nu x 0.04 Re x Pr 3 其中特征长度x为计算点离开平板前缘的距离。 试计算当气流温度t∞=27℃、流速u∞=50m/s 时离开平板前缘x=1.2m处的切应力。平壁温 度tw=73℃。 解：由比拟理论，湍流时：
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传热 习题课
2014年12月
1、 用一单管程列管式换热器，将1.5kg/s 的有机蒸汽冷凝,蒸汽在管外的冷凝热阻可以忽略,冷凝温度60℃,汽化潜热为395kg/kJ 。
管束由n 根φ25×2.5mm 的钢管组成，管内以河水为冷却剂,其入口温度为25℃。
忽略管壁热阻、污垢热阻及热损失。
试问：
（1）冷却水用量（选择冷却水出口温度）；
（2）管数n 与管长L （水在管内的流速可取为1m/s 左右）；
（3）若冷却水用量增加50%，而其它条件不变，仍用上述换热器，求有机蒸汽的冷凝量；
（4）若将原换热器改为双管程，而其它条件不变，求有机蒸汽的冷凝量。
2、 两台完全相同的单管程列管式换热器，用水蒸汽在壳程冷凝以加热管程内的空气。
若加热蒸汽压力相同，空气进、出口温度t 1和t 2也分别相同。
试问：
（1）将两台换热器串联操作及并联操作（见本题附图），哪种方案生产能力大，相差多少倍？（并联时空气均匀分配于两换热器中）；
（2）由以上求出的生产能力之比，计算两方案由于流动阻力引起的总压降比为多大。
（注：蒸汽冷凝传热系数远大于空气的对流传热系数；不计换热器进、出口及联接管线所引起的压降；空气在换热管内流动均按湍流考虑；直管摩擦阻力系数用柏拉修斯方程计算）
2
水蒸汽
（a) 串联方案
（b) 并联方案
3、 有一单管程列管式换热器，该换热器管径为φ 25×2.5mm ，管
子数37根，管长2米。
今拟采用此换热器冷凝并冷却CS 2
饱和蒸汽，自饱和温度46℃冷却到10℃。
CS 2在壳程冷凝，
其流量为300kg/h ，冷凝潜热为351.6kJ/kg 。
冷却水在管程流
动，进口温度为5℃，出口温度为32℃，逆流流动。
已知CS 2
在冷凝和冷却时的传热系数分别为K)291W/(m =21⋅K
及K)174W/(m =22⋅K 。
问此换热器是否适用？（传热面积A
及传热系数均以外表面）
4、用套管换热器每小时冷凝甲苯蒸汽1000kg，冷凝温度为110℃，冷凝潜热为363 kJ/kg，
冷凝传热系数10000W/m2⋅℃。
换热器的内管尺寸为φ57×3.5mm，外管尺寸为φ89×3.5mm，有效长度为5m。
冷却水初温为16℃，以3000kg/h的流量进入内管，比热为4.174kJ/kg⋅℃，粘度为1.11cP，密度为995kg/m3。
忽略管壁热阻、污垢热阻及热损失。
求：（1）冷却水出口温度；
（2）管内水的对流传热系数；
（3）若将内管改为φ47×3.5mm的钢管，长度不变，冷却水的流量及进口温度不变，问蒸汽冷凝量变为原来的多少倍？
5、一单壳程双管程列管式换热器，用130℃的饱和水蒸汽将36000kg/h的乙醇水溶液从25℃
加热到80℃。
列管换热器由90根φ25×2.5mm，长3m的钢管管束组成，乙醇水溶液走管程，饱和水蒸汽走壳程。
已知钢的导热系数为45W/m·K，乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m3，粘度为1.2×10-3Pa·s，比热为4.02kJ/kg·K，导热系数为0.42W/m·K，水蒸汽的冷凝传热系数为10000W/m2·K，忽略污垢热阻及热损失。
试问：
（1）此换热器能否完成任务？
（2）若乙醇水溶液流量增加20%，而溶液进口温度、饱和水蒸汽压力不变的条件下，仍用原换热器，乙醇水溶液的出口温度变为多少？（乙醇水溶液的物性可视为不变）。