对流传热例题
第5章 对流传热例题
Grm
gV td
2 m
3
9.8 3.25 103 50 20 0.43
16.58 10
6 2
2.2245 108
根据Grm得： C=0.48，n=1/4 于是：
Num 0.48 Grm Prm
14
0.48 2.2245 10 0.7
8
14
53.62
19
Num 0.48 Grm Prm
14
0.48 2.2245 10 0.7
8
14
53.62
表面传热系数为：
h Num
m
0.0272 53.62 3.65 W/(m2K) d 0.4
单位管长的对流传热量为：
ql hπd tw t
3.65 π 0.4 50 20 137.46 W/m
20
空气以2.5m/s的速度在内径为22mm、长2.5m的管内 流动，空气的平均温度为39℃，管壁温度为58℃，试 求管内对流传热的表面传热系数。 已知：管内强迫对流传热问题
u=2.5m/s，d=0.022m，l=2.5m，tf=39℃，tw=58℃
" f
' f
" f
hπdlt
' f
m
l
f duc pf t t
4 h t m
60 20 tf'' tf' 47.2 tm ' 90 20 t w tf ln ln '' 90 60 t w tf
12
l
f duc pf t t
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。
物理中的热传导与对流现象测试题
物理中的热传导与对流现象测试题在我们的日常生活中，热传导与对流现象无处不在。
从冬天里温暖的炉火到夏日里清凉的空调，从烹饪美食时的火候掌握到工业生产中的热量控制，热传导与对流都发挥着至关重要的作用。
为了更好地理解这两种热传递方式，让我们一起来通过一些测试题来加深对它们的认识。
一、选择题1、下列哪种材料的热传导性能较好？（）A 木头B 塑料C 金属D 玻璃答案：C金属通常具有良好的热传导性能，因为金属中的自由电子能够快速传递热量。
而木头、塑料和玻璃的热传导性能相对较差。
2、热传导的发生需要（）A 物体直接接触B 物体存在温度差C 以上都是D 以上都不是答案：C热传导的发生需要物体直接接触并且存在温度差。
只有在这两个条件同时满足时，热量才会从高温物体向低温物体传递。
3、以下哪种情况是热对流现象？（）A 用热水袋暖手B 太阳照射使地面升温C 锅里的水沸腾D 冬天手握暖宝宝答案：C锅里的水沸腾是热对流现象。
水在受热后密度发生变化，产生对流运动，从而实现热量的传递。
4、热对流的产生与（）有关。
A 流体的流动B 温度差C 以上都是D 以上都不是答案：C热对流的产生既与流体的流动有关，也与温度差有关。
流体在温度差的作用下发生流动，从而实现热量的传递。
5、对于空气这种流体，以下哪种情况热对流更明显？（）A 静止的空气B 缓慢流动的空气C 快速流动的空气D 温度均匀的空气答案：C快速流动的空气热对流更明显。
空气流动速度越快，热量传递的效率越高。
二、填空题1、热传导的速率与材料的（）、（）和（）有关。
答案：导热系数、接触面积、温度差热传导的速率取决于材料的导热系数、接触面积以及温度差。
导热系数越大、接触面积越大、温度差越大，热传导的速率就越快。
2、常见的热对流形式有（）对流和（）对流。
答案：自然、强制常见的热对流形式包括自然对流和强制对流。
自然对流是由于流体内部温度不均匀而引起的自发流动，如室内空气的流动；强制对流是通过外部力量（如风扇、水泵等）迫使流体流动，以增强热量传递。
对流换热部分习题
对于液态金属，Pr很小，速度边界层厚度与温度边
界层厚度相比，速度边界层厚度远远小于温度边界
厚度，在边界层内 2t
可忽略。
x2
2t y 2
，因而能量方程中
2t x2
不
因此，对流换热边界层微分方程组不适用于粘度大 的油和Pr数很小的液态金属。
例二：对管内强制对流换热，为何采用短管 和弯管可以强化流体的换热？
解：杰克在海水里身体与海水间由于自然对 流交换热量，而罗丝在筏上其身体与空气之 间产生自然对流。在其他条件相同时，水的 自然对流强度要远大于空气，因此杰克身体 由于自然对流散失能量的速度比罗丝快得多。 因此杰克被冻死而罗丝却幸免于难。
例七：一帮情况下粘度大的流体其Pr数也较 大。由对流换热的实验关联式Nu=CRemPrn 可知（m>0,n>0），Pr数越大，Nu数也越大， 从而h也越大。即粘度大的流体其表面传热系 数也越高。这与经验得出的结论相反，为什 么？
跳至稳定膜态沸腾
线，使壁面温度 qmax
烧毁点
飞升，导致设备
烧毁。
4个不同的区域 1、单相自然对流区域。此时Δt<4℃。在加热表面上没有气泡产生。
2、核态沸腾区域。此时4℃<Δt<25℃，在加热表面上产生气泡，换热 温差小，且产生气泡的速度小于气泡脱离加热表面的速度，气泡的剧烈 扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增大，汽化核心对换热起决定性 作用，一般工业应用都设计在这一范围。
解：竖壁倾斜后，使液膜顺壁面流动的力不再是重
力而是重力的一个分量，液膜流动变慢，液膜加厚，
从而热阻增加，表面传热系数减小。另外，从表面
1
传热系数公式
h 1.13gllrtsl中2tl3w的 4g亦要换成
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 。
热工学-传热习题
1. 一大平板，高3m ，宽2m ，厚 0.02m ，导热系数为45 W/(m·K)，两侧表面温度分别为1001=t ℃、502=t ℃，试求该板的热阻、热流量、热流密度。
解：解：由傅立叶导热定律： 热阻 0.027.407/3245R K W A λδλ==⨯⨯＝m 热流量 121005032456750000.02w w t t A W λδ-Φ=⨯⨯⨯=－＝热流密度 2675000112500 W/m 32q A Φ==⨯＝2. 空气在一根内径50mm ，长2.5m 的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为80℃，管内对流换热的表面传热系数为h =70W/(m 2·K) ，热流密度为q =5000W/m 2，试求管壁温度及热流量。
解：由牛顿冷却公式：()f w t t h q -=得到 500080151.42C 70w f q t t h =+=+= 50000.05 2.51963.50 W qA q dlππΦ===⨯⨯⨯=3．炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250 mm ，热导率分别为0.6 W/(m ⋅K)和0.4 W/(m ⋅K)，炉墙内外壁面温度分别维持700 ︒C 和80 ︒C 不变。
（1）试求通过炉墙的热流密度；（2）如果用热导率为0.076 W/(m ⋅K)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变，试确定该保温层的厚度。
解：多层平壁的导热量计算:122121270080595.2W/m 0.2500.2500.60.4w w t t q δδλλ--==＝＋＋又122212170080595.20.2500.60.076w w t t q δδδλλ--==''＝+＋得到：247.5 mm δ=4． 热电厂有一外径为100 mm 的过热蒸汽管道（钢管），用热导率为04.0=λ W/(m ⋅K)的玻璃绵保温。
传热典型例题
第6章 传热典型例题例1 冷凝冷却器有一逆流操作的热交换器，用15℃的水冷却过热氨蒸汽，氨气温度为 95℃，流率为 200kg/h ，氨气在热交换器中冷却。
冷凝液在饱和温度（30℃）下排出。
在冷却冷凝过程中，热交换器各界面上氨气与水的温度差最小处不允许小于 5℃。
求冷却水用量及水最终出口温度？已知 90℃，30℃氨气的焓分别为 1647,1467KJ/kg,30℃液氨的焓为 323KJ/kg ，水平均比热为 4183J/kg ℃。
()()()()()()()C C W Q t t t t C W Q kw Q s kg W W t t C W C C C t C C C C C PC C PC C C h PC C ︒=⨯+=+=-==-⨯==⨯⨯-⨯=-=-︒︒︒→→︒→→︒︒←︒←︒5.26183.451.16.73156.7332316473600200:/51.1360010183.4)3231467(2003231467:)3030()(25)(15)(95)(30)(30:,:1212122对全系统有液气变为在氨汽冷凝阶段水水过热氨汽饱和氨汽液氨由题意逆流时解中例2一侧恒温的传热过程 在一传热面积为40m 2的单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。
已知冷水的流量为50000 kg/h ，其温度由20℃升高至35℃，水的平均比热容为kJ/(kg·℃)。
常压下苯的沸点为 80.1℃，汽化热为394 kJ/kg 。
设换热器的热损失可忽略，试核算换热器的总传热系数并计算苯物料的处理量。
解：本例题为一侧恒温的传热过程，设苯在常压下的沸点为T s则由得W/(m2·℃）由得kg/h分析：注意本题为将纯苯蒸汽冷凝成饱和液体，故属于一侧恒温的传热过程。
例3 第一类操作型问题在一逆流操作的单壳程、双管程的管壳式换热器中，冷、热流体进行热交换。
已知两流体的进、出口温度分别为T1=200℃、T 2=93℃,t1=35℃、t2=85℃。
热传导和传热的实际应用练习题
热传导和传热的实际应用练习题传热是热力学中一个重要的概念，它描述了热能在物体之间的转移过程。
传热有三种主要的方式：热传导、对流传热和辐射传热。
在日常生活和工程实践中，我们经常遇到与传热相关的问题。
以下是一些实际应用练习题，旨在巩固和深化对热传导和传热的理解。
1. 热传导问题1.1 一块长方形金属板的两侧温度分别为100°C和20°C，板的宽度为0.1m，厚度为0.02m。
已知该金属板的导热系数为50 W/(m·K)，求金属板上某一点的热传导速率。
解答：根据热传导定律，热传导速率Q与导热系数λ、温度差ΔT 以及传热面积A的乘积成正比，即Q = λ·A·ΔT。
由题意可知，ΔT = 100°C - 20°C = 80°C，A = 0.1m × 0.02m = 0.002m²。
代入已知数据，可得热传导速率Q = 50 W/(m·K) × 0.002m² × 80°C = 8 W。
1.2 一根长为1m，直径为0.02m的铜棒的两端分别与100°C和20°C的热源接触，已知铜的导热系数为400 W/(m·K)，求铜棒上某一点的热传导速率。
解答：对于圆柱体，热传导速率的计算式为Q = λ·A·ΔT/Δx，其中A为圆柱体的横截面积，Δx为热传导的距离。
由题意可知，A = πr² = π(0.01m)²，ΔT = 100°C - 20°C = 80°C。
根据题意条件，Δx可以取1m。
代入已知数据，可得热传导速率Q = 400 W/(m·K) × π(0.01m)² × 80°C / 1m = 0.08 π W。
2. 传热方式问题2.1 一瓶装有热茶的杯子放在室内，茶的温度为70°C，室内温度为25°C。
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例题
冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90︒C ，出口温度为50︒C ，冷水进口温度为15︒C ，出口温度为53︒C ，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的 。
A ．5%
B ．6%
C ．7%
D ．8%
在管壳式换热器中，热流体从90︒C 冷却至70︒C ，冷流体从20︒C 加热到60︒C ，如两流体作逆流时的对数平均温差为 ；两流体作并流时的对数平均温差为 。
一立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ25×2.5mm ，管程为1。
现拟选用此换热器冷凝、冷却CS 2饱和蒸气，使之从饱和温度46 ︒C 降至10 ︒C ，走管外，其流量W=0.07kg/s ，其冷凝潜热为356kJ/kg ，比热容为1.05kW/(kg ℃) 。
水走管内，且与CS 2呈逆流流动。
冷却水进出口温度为5 ︒C 和30︒C 。
已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为K 1=200W/(m 2·︒C)和K 2=100 W/(m 2·︒C)。
问此换热器是否合用？
解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：
2007.73025.014.330m L d n A =⨯⨯⨯==π
（2）求所需的传热面积
①冷凝段与冷却段的传热量 kW r W Q 9.2435607.0=⨯=⋅= ()()kW
T T c W Q s P h h 2065104605.107.022=-⨯=-= 总传热量：kW
Q Q Q 5.2765.29.2421=+=+= ②两段的平均温差
冷却水用量
()()s kg t t C Q W c p c /263.053018.45.2712=-⨯=-=
冷却水离开冷凝段的温度 4.718.4263.065.2521=⨯+=+=C p C C W Q t t
冷凝段的平均温差 4.16166.38ln 166.381=-=∆m t
冷却段的平均温差
4.1656
.38ln 5
6.382=-=∆m t ③所需传热面积
冷凝段
23
11184.47.25200109.241m t K Q A m =⨯⨯=∆= 冷却段 2322261.14.161001065.22m
t K Q A m =⨯⨯=∆= 22145.661.184.4m A A A =+=+='
A >'
A ，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。