传热计算题
化工原理培训传热练习
一、计算练习题1. 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm ×，流量为2000kg/h 的苯在内管中从80℃冷却到50℃。
冷却水在环隙从15℃升到35℃。
苯的对流传热系数αh =230W/（m 2·K ），水的对流传热系数αc =290W/（m 2·K ）。
忽略污垢热阻。
试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。
解 ①苯的平均温度6525080=+=T ℃，比热容c ph =×103J/（kg ·K ）苯的流量W h =2000kg/h ，水的平均温度2523515=+=t ℃，比热容c pc =×103J/（kg ·K ）。
热量衡算式为)()(1221t t c W T T c W Q pc c ph h -=-= （忽略热损失）热负荷 43101.3)5080(1086.136002000⨯=-⨯⨯⨯=Q W冷却水消耗量 1335)1535(10178.43600101.3)(3412=-⨯⨯⨯⨯=-=t t c Q W pc c kg/h ②以内表面积S i 为基准的总传热系数为K i ，碳钢的导热系数λ=45W/（m ·K ）089.0290082.00855.045082.00035.0230111⨯+⨯⨯+=++=o c i m i h i d d d bd K αλα =×10－3+×10－5+×10－3=×10－3m 2·K/WK i =133W/（m 2·K ），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。
并流操作80 50 2.341565ln 1565=-=并m t ∆℃传热面积 81.62.34133101.34=⨯⨯==并并m i i t K Q S ∆m 2逆流操作 8050 4023545=+=逆m t ∆℃传热面积 83.540133101.34=⨯⨯==逆逆m i i t K S ∆m 2因逆并逆并故i i m m S S t t >∆<∆,。
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。
传热学计算题
1、用简捷方法确定附图中的角系数X 12。
2、一直径为4cm 的小铜球，初始温度为500℃，突然放置于10℃的空气中，假设铜球表面与周围环境的对流换热系数为30W/(m 2.K)，试计算铜球冷却到200℃所需要的时间。
已知铜球的比热c p =0.377KJ/(Kg.K)，ρ=8440Kg/m 3，λ=109W/(m.K)。
3、水以1.5m /s 的速度流过内径为25mm 的加热管。
管的内壁温度保持100℃，水的进口温度为15℃。
若要使水的出口温度达到85℃，求单位管长换热量（不考虑修正）。
已知50℃的水λf =0.648 W/(m.K)，νf =0.566×10-6m 2/s ，Pr =3.54解答1、（1）11,21,222,11==X X A X A ，则5.02/4221,2122,1===R R X A A X ππ （2）同上125.02/44/221,2122,1===R R X A A X ππ 2、首先检验是否可以采用集总参数法。
()M A V h Bi v 1.000183.01093/02.030/<=⨯==λ（其中M=1/3） 可以采用集总参数法，)/1(1014.143/02.0437*******.0430433s V c hA P -⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=ππρ ()τ⨯⨯-=--=---∞∞401014.14ex p 1050010200t t t t 可得：hour s 186.0670==τ3、定性温度50285152=+=+=out in f t t t （℃） 446101074.610556.0025.05.1Re >⨯=⨯⨯==-f f v ud 流动为紊流。
3.278Pr Re 023.04.08.0==f f Nu则单位管长换热量()()28311501007213025.014.3=-⨯⨯⨯=-=f w l t t dh q π（W/m ）。
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。
传热计算
计算题：1》.直径为01. mm ，长度为1m 的电阻丝水平地置于30℃的静止空气中，试问在不计辐射换热的情况下它每米长度上能承受的最大散热量是多少？如果考虑辐射换热，这一最大散热量朝哪个方向变化？该电阻丝的熔点为970℃。
附注：(1)空气在水平圆柱体外自然对流换热的准则式1/61/3m m m 0.360.3630.091 4=++Nu Gr Gr ，613m 10~1.310-=⨯Gr(2)500℃空气的物性参数λ=⋅00574. W /(m K)，ν=⨯-7938106. m /s 21．（18分） 最大散热量为相应于熔点温度下的表面换热量，其时t m =+=()/970302500℃33m 6219.8(97030)0.000 1273500 1.89110(79.3810)--⨯⨯-⨯+==⨯⨯GrNu m =+⨯⨯+⨯⨯--036036318911000914189110316313..(.).(.)//0.360.127 40.011 30.499=++=2o 0.4990.057 4286.4 W/(m K)0.000 1λ⨯===⋅Nu h dc o 3.140.000 11286.4940Φ=π∆=⨯⨯⨯⨯d lh t=846. W/m考虑辐射换热后，在同样壁温下增加了辐射换热量，可承受的热负荷可大大增加。
2》.两个直径为04. m 的平行同轴圆盘相距01. m ，两盘置于墙壁温度T 3300= K 大房间内，一圆盘T 1500= K 、ε106=.，另一圆盘绝热。
若两圆盘的背面均不参与换热，求绝热盘之温度。
已知同轴圆盘之间的角系数X 12062,.=。
解：辐射网络图E b 12 b2J222120.40.1256 m 44π⨯==π==d A A角系数X 12062,.=，X X 13121038,,.=-=21110.65.3 m 0.6--==R A ，R 30→，J E 33=b21211,21112.84m 0.12560.62-===⨯R A X2132311,31120.95m 0.12560.38-====⨯R R A X1121223131223131111//12.933m 12.8420.9520.95---⎛⎫⎛⎫+=+=+= ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭R R R R R R所以4444131122313()5.67(5.0 3.0)169.08 W (//) 5.3112.933σΦ-⨯-===+++T T R R R R421b11 5.67 5.0169.08 5.312645.9 W/m =-Φ=⨯-⨯=J E R1b2b3b212230--+=J E E E R R412b3123b2122312.84 5.67(3.0) 2 645.920.9512.8420.95+⨯⨯+⨯==++R E JR E R R 21 815 W m =2 423 K 所以===T3.》。
热传导和传热的计算练习题
热传导和传热的计算练习题热传导是指物体内部分子间的能量传递过程，而传热是指热量从高温区域传递到低温区域的过程。
掌握热传导和传热的计算方法对于解决实际问题具有重要意义。
下面将通过一些练习题来加深对热传导和传热计算的理解。
1. 练习题 1一个长度为2 m，截面积为0.01 m²的铜棒，两端温度分别为100 ℃和50 ℃。
铜的导热系数为400 W/(m·K)。
求棒子上每单位长度的热流量。
解答：首先通过热传导公式：热流量 = 导热系数 ×截面积 ×温度差 ÷长度我们可以计算出每单位长度的热流量：热流量 = 400 × 0.01 × (100 - 50) ÷ 2 = 100 W/m2. 练习题 2一个半径为0.05 m的球体，表面温度为500 K，球体内部温度为300 K。
假设球体的导热系数为20 W/(m·K)，求球体表面每单位面积的传热量。
解答：我们可以通过球体的表面积来求解每单位面积的传热量：表面积= 4πr²传热量 = 导热系数 ×表面积 ×温度差传热量= 20 × 4π × (0.05)² × (500 - 300) = 100 π W/m²3. 练习题 3一片0.02 m²的玻璃窗户，室内温度为20 ℃，室外温度为10 ℃。
忽略玻璃的导热特性，求窗户每秒传递的热量。
解答：窗户的传热量可以通过传热率公式来计算：传热率 = 1.6 W/(m²·K) （常用值）传热量 = 传热率 ×面积 ×温度差传热量 = 1.6 × 0.02 × (20 - 10) = 0.32 W4. 练习题 4一个铝制容器内装有100 g的水，初始温度为25 ℃。
将容器置于100 ℃的蒸汽中，经过一段时间后，水的温度达到90 ℃。
传热计算题
传热计算题导热系数的测定1.在一内径为0.25cm 的管轴心位置上，穿一直径为 0.005cm 的细导线 ，用以测定气体的导热系数。
当导线以0.5A 的电流时，产生的电压降为0.12V/cm ，测得导线温度为167℃，空心管内壁温度为150℃。
试求充入管内的气体的导热系数试分析仪器精度以外造成结果误差的客观原因。
(浙大95/10) 解：2．有两个铜质薄球壳，内球壳外径为0。
015m ，外球壳内径为 0.1m ，两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。
内球用电加热，输入功率为 50w ，热量稳定地传向外球，然后 散发到周围大气中。
两球壁上都装有热电偶，侧得内球壳的平均温度为120℃，外求壳的平均温度为50℃，周围大气环境温度为20℃；设粉粒料与球壁贴合，试求： （1）待测材料的导热系数（2）外球壁对周围大气的传热系数(石油98/17) 解：球体辐射3．有一面积为10cm 2带有保护套的热电偶插入一输送空气的长管内，用来测量空气的温度。
已知热电偶的温度读数为300℃，输气管的壁温为 200℃，空气对保护套的对流传热系数为60w/m 2.k ，该保护套的黑度为 0.8，试估算由于辐射造成的气体温度测量误差。
并叙述减小)/(04.015016710)0025.0125.0(.1012.05.0)(197.0)0025.0/125.0ln(0025.0125.014.32)/ln(221)/(222121212C m w cm r r r r LLr S cmL IVS b t t Q m m m ︒=-⨯-⨯⨯⨯==-⨯=-====-=-λππλ))50120(0075.005.014.34)0075.005.0(50)(4)(4)1(122112211221=-⨯⨯⨯⨯-⨯=--=--=t t r r r r Q r rr r r t t Q πλλπ)/(1.53)2050(05.014.3450)()()2()/(44.62222C m w t t S Q St t Q C m w b b ︒=-⨯⨯⨯=-=-=︒=αα测量误差的途径。
2012.9传热试题答案1
一、计算题1、一根直径为1mm的铜导线，每米的电阻为{ EMBED Equation.3 |Ω⨯-31022.2。
导线外包有厚度为0.5mm，导热系数为0.15W/(m·K)的绝缘层。
限定绝缘层的最高温度为650C，绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为400C。
试确定该导线的最大允许电流为多少？解：(1)以长度为L的导线为例，导线通电后生成的热量为,其中的一部分热量用于导线的升温，其热量为：一部分热量通过绝热层的导热传到大气中，其热量为：。
根据能量守恒定律知：即(2)当导线达到最高温度时，导线处于稳态导热，，W/m，2、已知室外气温-12℃，室内温度20℃，室内对流换热系数25W/m2K，室外对流换热系数45W/m2K。
砖墙厚240mm，导热系数0.56 W/mK，用苯板保温，苯板后10mm，导热系数0.027 W/mK，保温后的装饰层厚度3mm，导热系数0.93 W/mK。
假设砖墙内含有水分而且当温度低于0℃时就会结冰（结冰前后导热系数假设保持不变）。
如图，试确定外保温和内保温情况下，那种保温方式会出现砖墙内结冰现象？为什么？解：装饰层热阻k/w苯板层热阻k/w砖墙层热阻k/w内侧对流热阻k/w外侧对流热阻k/w不论是内保温还是外保温，热流密度均为W如果内保温，则砖墙外侧温度0C砖墙内侧温度0C如果外保温，则砖墙内侧温度0C砖墙外侧温度0C可见，内保温时，砖墙内的温度从-11.177℃变化到4.689℃，跨越了0℃，因此会出现墙内结冰。
外保温时，墙内温度从2.653℃变化到18.519℃，不会出现结冰现象。
3、热电厂有一水平放置的蒸汽管道，保温层外径为400mm,壁温为50℃，周围空气的温度为20℃。
计算单位蒸汽管道外壁面的对流散热损失。
（35℃的空气物性参数为：；；）形状流态参数C n横圆柱层流过渡湍流0.480.01650.111/40.421/3解：这是一个自然对流换热问题。
特征温度为此时空气得物性参数为：，，（1分）（1分）（2分）查表得（2分）（2分）（2分）4、管内壁温为100℃，水在管内流动，流量为0.5kg/s，水温从15℃升到45℃。
传热学期末考试题及答案
传热学期末考试题及答案一、选择题（每题4分，共20分）1. 热量传递的基本方式有哪几种？A. 热传导B. 热对流C. 热辐射D. A、B、C答案：D2. 以下哪种材料的导热系数最低？A. 铜B. 铝C. 木材D. 玻璃答案：C3. 根据牛顿冷却定律，物体表面温度与周围环境温度之差越大，冷却速率：A. 越快B. 越慢C. 无关D. 先快后慢答案：A4. 以下哪种情况下的热辐射是黑体辐射？A. 表面是完美反射体B. 表面是完美吸收体C. 表面是透明体D. 表面是半透明体答案：B5. 传热的基本方程式是：A. Q = mcΔTB. Q = kA(ΔT/L)C. Q = hA(ΔT)D. Q = mcΔP答案：B二、填空题（每题5分，共20分）1. 在稳态导热中，热流密度与温度梯度的比值称为_______。
答案：导热系数2. 热对流的驱动力是_______。
答案：温度差3. 根据斯特藩-玻尔兹曼定律，黑体辐射的总辐射功率与其绝对温度的四次方成正比，其比例系数为_______。
答案：斯特藩-玻尔兹曼常数4. 热交换器中，流体的流动方式有并流、逆流和_______。
答案：交叉流三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述热传导的基本原理。
答案：热传导是指热量通过物质内部分子、原子或自由电子的碰撞和振动传递的过程，不需要物质的宏观位移。
2. 描述热对流与热传导在传热过程中的主要区别。
答案：热对流是指流体内部温度不同的各部分之间发生相对运动时，热量伴随流体的宏观位移而传递的过程。
热传导则不涉及流体的宏观位移，仅通过分子间的相互作用进行热量传递。
3. 什么是热辐射？它与热传导和热对流有何不同？答案：热辐射是物体因温度而发射电磁波的过程，不需要介质即可传递热量。
与热传导和热对流不同，热辐射可以在真空中进行。
四、计算题（每题15分，共30分）1. 一个长为2米的铜棒，其横截面积为0.01平方米，两端温度分别为100°C和20°C。
传热习题
解(a)总传热系数
以管子内表面积A1为基准
(b)平均温度差
在p=981 kN/m2，水的饱和温度为179℃
℃
(c)计算单位面积传热量
Q/A1=K1Δtm
=242*271=65580W/ m2
(d)管壁温度
T----热流体的平均温度，取进、出口温度的平均值
T=(500+400)/2=450℃
管内壁温度
算式
故可用式(4-21)计算a,本题中空气被加热,k=0.4代入
Nu=0.023Re0.8Pr0.4
=0.023×(22800)0.8×(0.68)0.4
=60.4例4-6一套管换热器，套管为φ89×3.5mm钢管，内管为φ25×2.5mm钢管。环隙中为p=100kPa的饱和水蒸气冷凝，冷却水在内管中渡过，进口温度为15℃，出口为85℃。冷却水流速为0.4m/s，试求管壁对水的对流传热系数。
式中R=(T1-T2)/(t2-t1) = 热流体的温降/冷流体的温升
P=(t2-t1)/ (T1- t1) =冷流体的温升/两流体的最初温差
根据冷、热流体进、出口的温度，依上式求出R和P值后，校正系数εΔt值可根据R和P两参数从相应的图中查得(参见附录)。
对于其它流向情况的换热器，其εΔt值详见有关化工手册或传热学等书籍。
例4-2现有一厚度为240mm的砖壁，内壁温度为600℃，外壁温度为150℃。试求通过每平方米砖壁的热量。已知该温度范围内砖壁的平均导热系数λ=0.6W/m·℃。
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{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℃，平壁导热系数λ=0.815+0.00076t（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）来计算时，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
t m=(t1+t2)/2=(1650+300)/2=975℃
平壁材料的平均导热系数为
Λm=0.815+0.00076X975=1.556 W/(m·℃)
由式2.3-2可求得导热热通量为
q=Λ（t1-t2）/b=1.556(1650-300)=5677 W/(m·℃)
设壁厚x处的温度为t，则由2.3-2得
q=Λ（t1-t2）/x
故
t=t1-qx/Λ=1650-5677·x/1.556=1650-3649x
{例2-2} 燃烧炉的平壁由三种材料构成。
假设某热电厂燃烧炉最内层为耐火砖，厚度为150mm，中间层为绝热层，厚度为290mm，最外层为普通砖，厚度为228mm。
已知炉内、外壁表面的温度分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和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，须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，即又需知道各层的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。
此时需采取试算法，先假设各层的平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下的材料的导热系数（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。
一般经几次试算后，可得到合理的估算值。
下面列出经几次计算后的结果。
耐火砖λ1=1.05 W/(m·℃) 绝热转λ2=0.15 W/(m·℃) 普通砖λ3=0.81 W/(m·℃)
设t2为耐火砖和绝热砖界面温度，t3为绝热砖和普通砖界面温度。
t1=1016℃ t4=34℃
由式2.3-8可知
q=Q/S=(t1-t4)/(b1/λ1+ b2/λ2+b3/λ3)=（t1-t4）/（R1+R2+R3）
=(1016-34)/{(0.15/1.05+0.29/0.15+0.228/0.81)}=982/(0.14 29+1.933+0.2815)=416.5 W/(m·℃)
再由式2.3-3
Δt1=R1q=0.1429×416.5=59.5℃
所以t2=t1-Δt1=1016-59.5=956.5℃
Δt2=R2q=1.933×416.5=805.1℃
所以t3=t2-Δt2=965.5-805.1=151.4℃
Δt3=t3-t4=151.4-34=117.4℃
各层的温度差和热阻的数值如本题附表所示。
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。
{例2-3}在外径为140mm的蒸汽管道外包扎保温材料，以减少热损失。
蒸汽管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。
保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃，λ的单位为W/(m•℃)）。
若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中的温度分布。
解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：r2=0.07m t2=390℃t3=40℃
先求保温层在平均温度下的导热系数，即
λ=0.1+0.0002(390+400)/2=0.143W/( m•℃)
⑴保温层厚度将式2.4-2改写为
Ln(r3/r2)=2πλ(t2-t3)/{(Q/L)}
Lnr3=。