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第四章《传热》练习题

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：C

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 、折射定律；

B、克希霍夫定律； D 、普郎克定律；

答案：B

3、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

4、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、E

5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径

增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是（）。

A、不可行的；

B、可行的；

C、可能行，也可能不行；D视具体情况而定；

答案：A

解：原因是：流量不变

d2u二常数

2

当管径增大时，a. U * I / d ,'

0.8 0.2 1.8 u /d T/d

aC b. d增大时，a增大,

对于该系统K

A 1 me p K A —

ln 口 T -t 2

V = —d u =常数

根据连续性方程，流量不变时， 4 ，所以管径变化，管内流速也发生变化。管间用饱和水蒸气加热, 小，可以忽略不计，总热阻近似等于管内传热热阻，即 K ：

-:

6、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曲＞①；

B ③＞@ '②〉①；

C 、③ '② '① ＞ ④；

D 、②〉③＞@ ＞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

综合以上结果,

1.8

1/ d ，管径增加,

■ A 下降

根据

mC

P

t

2 t

1

KA A t m

KA t m

T -t 2

T -t i In

则 T -t 2 t 2

= 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式: N u = 0.023Re Pr"，即物性一定时，:■

乂 u 0-7 8/d 0-2。

热阻

9、 传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（ ）。

A 、管壁热阻；

B 、污垢热阻；

C 管内对流传热热阻；

D 、管外对流传热热阻；

答案：B

10、 热油和水在一套管换热器中换热， 水由20C 升至75C 。若冷流体为最小值流体，

传热效率0.65，则油的入口温度为（）。

A

104 C;

B 、130

C ； C 、95C ；

D 、85C ；

答

案:

A

75 -20

「-20

分析: ￡

= =0.65

二

T 1

=104C

11、

关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（ ）。

A 、 除真空和大多数固体外，热射线可完全透过；

B 、 热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围;

C 、 热射线和可见光一样，都服从折射定律；

D 物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； 答案：A 12、

关于下面两种说法的正确结论应是（ ）。

1）物体的相应位置确定后，系统的黑度只与表面黑度有关; 2）通过改变表面黑度的方法不能强化或消减辐射过程。 A 、 这两种说法都对； C 、第一种说法对，第二种说法不对； B 、 两种说法都不对； D 、第二种说法对，第一种说法不对；

答案：C

13、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（

）。

答案：B

A

5% 、6% 、7% 、8%答案：A

解:

W h C ph T^ T 2

Q c

W c C pc t< t 2

14、 Q c

90 - 50 - 53 - 15

90 - 50

虹釦0.05

40

某套管换热器由 ? 108X 4mm 和 ? 55x 2.5mm 钢管组成，流体在环隙间流动，其当量直径为（

)mm

A 、53；

、45； C 、 50； D 、 58；

15、有两台同样的管壳式换热器，拟作气体冷却器用。在气、液流量及进口温度一定时，为使气体温度降到最低应采用的流

程为（）

A、气体走管外，气体并联逆流操作；

B、气体走管内，气体并联逆流操作；

C气体走管内，串联逆流操作； D 、气体走管外，串联逆流操作；

答案：D

16、对在蒸汽-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中（）在工程上是可行的：

A、提高空气流速；

B、提高蒸汽流速；

C、采用过热蒸汽以提高蒸汽温度；

D在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液；答案：A

17、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的，错误的是（）

A、通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值；

B、系统中任一点的温度维持恒定；

C总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各层传热面的传热速率之和；

D系统中任一传热面上的热通量在过程中不变；

答案：C

18、在常压水蒸气冷凝加热空气，空气平均温度为20C，则壁温约为（）

A、20C; B 、100C; C 、60C; D 、49.7 C。

答案：B

19、有一套管换热器，长10m,管间用饱和水蒸气作加热剂。一定流量下且做湍流流动的空气由内管流过，温度可升至指定温度。现将空

气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度为原来的（）

A 2 倍；

B 、1.75 倍；

C 、1.15 倍；D、2.30 倍；

答案：C

20、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表面粗糙，颜色较深；

C表面粗糙，颜色较浅；D表面光滑，颜色较深。

答案：A

21气体的导热系数值随温度的变化趋势为（）

A T升高，入增大

B T 升高，入减小

C T升高，入可能增大或减小

D T升高，入不变

答案：A

22、水银、水、软木的导热系数分别为入1、入2、入3其大小顺序为（）

A 入1＞入2＞入3

B 入1＜入2＜入3

C 入1＞入3＞入2 入3＞入1＞入2

23、多层平壁定态热传导时，各层的温度降与各相应层的热阻（）

A成正比B成反比C 没关系D不确定

答案：A

24、对由多层平壁组成的多层平壁稳定热传导而言，若三层的传热推动力厶t1> △ t2> △ t3,则三层平壁的传热阻力R1、R2、R3之间的关系为（）

A R1>R2>R3

B R1

C R1>R3>R2

D R2>R1>R3

答案：A

25、双层平壁稳定热传导，壁厚相同，各层的导热系数分别为入1和入2，其对应的温度差为△ t1和厶t2，若△ t1> △ t2,则入1和入2的关系为（）

A入1<入2 B 入1>入2 C 入仁入2 D无法确定

答案：A

26、由厚度都相同的平壁组成的三层平壁而言，若入1>入2>入3,则热阻R1、R2、R3之间的关系为（）

A R1>R2>R3

B R1

C R1>R3>R2

D R3>R1>R2

答案：B

27、由傅立叶定律，可以定义出导热系数入；由牛顿冷却定律，可以定义出对流传热系数a。对于入和a的下列认识中正确

的是（）

A入和a皆为物质的热物理性质 B 入和a具有相同的因次

C a和入不一样，仅入为物质的热物理性质

D a和入不一样，仅a为物质的热物理性质

答案：C

28、传热中的相似准数有努塞尔准数Nu,雷诺准数Re,普朗特准数Pr。格拉斯霍夫准数Gr,大空间内无相变的自然对流传

热现象可由其中的（）来描述。

A Re、Pr、Gr

B Pr 、Gr、Nu

C Nu、Re Pr D、Nu、Re

答案：B

29、设水在一圆直管内湍流流动，在稳定段处，其对流传热系数为a 1 ；若将水的质量流量加倍，而保持其他条件不变，此

时的对流传热系数a 2与a 1的关系为（）

A a 2= a 1

B a 2=2 a 1

C a 2=2°.8a 1

D a 2=2°.4a 1

答案：C

30、下列准数中反映的物体物性对对流传热影响的是（）

A Nu

B Re

C Pr

D Gr

31、下列准数中反映自然对流对对流传热影响的是（）

A Nu

B Re

C Pr

D Gr

答案：D

32、下列准数中反映流动状态和湍流程度对对流传热影响的是（）

A Nu

B Re

C Pr

D Gr

答案：B

33、对由外管直径为d1,内管直径为d2组成的套管而言，按润湿周边计算而得的当量直径为（）

A （d1+d2）/2

B d1+d2 Cd1-d2 D d2-d1

答案：C

34、换热器中任意截面上的对流传热速率=系数X推动力，其中推动力是指（）

A两流体温度差（T-t ）B 冷流体进、出口温度差（t2-t1 ）

C热流体进、出口温度差（T2-T1 ）

D液体温度和管壁温度差（T-T W或（t w-t ）答案：D

35、液体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数a与雷诺准数Re的n次方成正比，其中n的值为（）

A 0.5

B 0.8

C 1

D 2

答案：B

36、工业生产中，沸腾传热操作应设法保持在（）

A自然对流区 B 泡核沸腾区C 膜状沸腾D 过渡区

答案：B

37、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a 1,水的对流传热系数为a 2，蒸汽冷凝的传热系数为a 3, 则（）

A a 1> a 2> a 3

B a 2> a 3> a 1

C a 3> a 2> a 1

D a 2> a 1> a 3

答案：C

二、填空题

1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的 _____ 和边界层外的__________ 合并考虑,

并命名为给热。

答案：热传导；热对流

2、给热是以________ 和___________ 的差作为传热推动力来考虑问题的。

答案：流体的平均温度；壁面温度

3、流体在垂直管内自上而下流动同时被加热时，其对流传热系数比用普通准数关联式计算的结果要_____________ 。

答案：大

分析：流体被加热时，自然对流的方向是自下而上，恰与流体流动方向相反，引起湍动加剧。

4、金属的导热系数大都随其纯度的增加而___________ ，随其温度的升高而____________ 。

答案：增大；减小

5、在工程计算中，对两侧温度分别为t1,t 2的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法

是 _______ 或_________ 。

-t l 亠 t 2

扎 =

/. 1 :'. 2

2

答案；一 2

；

6、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；减薄滞流内层的厚度 C

p

这4个物性参数中，若 _________ 值大，对流传热系数:就增大；若 ____________ 值大，对流传热系数:

就减小。 答案：匚C p 、- ；

8、黑体的表面温度从 300C 升至600C,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

600 273

9、 流体在圆形直管内作强制湍流流动，若传热推动力增大 1倍，则对流传热速率增大 _倍。

答案：1

10、 由核状沸腾转变为膜状沸腾时的温度差称为 __________ 。这时单位时间、单位面积所传递的热量称为 ______________ 。 答案：临界温度差；临界热负荷

11、 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

__ 2

12、苯在内径为20mnm 勺圆形直管中作湍流流动， 对流传热系数为1270W /( m ? C)。如果流量和物性不变， 改用内径为30mm 2

的圆管，其对流传热系数将变为 __________ w /( m ?c )。 答案：612

7、在’、 300 273

=5.39。

分析：设 KA t m

Q=

K 'At m

Q Q '

1

I

K_

丄

K =1.1 故 Q

Q '

=1.1 440 1.1 =400kg/h

“ j 30 广 ---- ----- I

a = l 20 丿 =0.482

H

2

:=0.482 ： =0.482

1270=612W/（ m ）

13、 工业上常见的载热体加热剂有 ___________ 、 _________ 、热水、联苯混合物，熔盐 （KNO53% NaNO40%, NaNQ7%）等。 答案：饱和蒸汽；烟道气

14、 工业上常见的载热体冷却剂有冷水、 ___________ 、 __________ 等。 答案：空气；冷冻盐水

15、 换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于 ______________ 的缘故。

答案：传热管表面有污垢积存

16、 根据冷热流体的接触情况，两种流体实现热交换的形式有 ______________ 、混合式换热 __________ 和 _________ 三种。 答案：间壁式换热、蓄热式换热

17、 对大空间的自然对流，通常取加热（或冷却）表面的 ______________ 为特征尺寸。 答案：垂直高度

18、 传热的三种基本方式是 __________ 、 __________ 和热辐射。 答案：热传导；对流传热

N =1.86只「/3叩/3（半）1/3（化严

19、 柴油在圆形直管内作强制滞流流动，给热系数可用下式计算：

L

。若流量和物性不

变，将管内径减半后仍为滞流，则管内对流传热系数变为原来的 ______ 倍。

答案：2

分析:

今 Re 。%

：=0.023 d

=0.023

心0

J .8

20、在计算换热器的平均传热推动力时，若两端的推动力相差不大于

于 __________ 。 答案：4% 三、计算题

1、某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为 1.2W/(m ?C ) , 0.16 W/(m 「C )和0。92

W/(m 「C )，耐火砖和绝热转厚度都是 0.5m ，普通砖厚度为 0.25m 。已知炉内壁温为 1000C ，外壁温度为55 C ，设各层砖间

接触良好，求每平方米炉壁散热速率。

［解］Q/S =缶-t 2)八(b i / ^)

= (1000 -55)((0.5/112) (0.5/0.16) (0.25/0.92)］

2

= 247.81w/m

2、在外径100mm 的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为 0.08 W/(m ?C )，已知蒸汽管外壁150 C,要求绝热层外壁

温度在50 C 以下，且每米管长的热损失不应超过

150W/m 试求绝热层厚度。

［解］Q/L =2二'仙-t 2)/Ln(a/r 1)

= 0.16二(150 -50)Ln(r 2 /50) =150 r 2 = 69.9mm

壁厚为： r 2「口 = 69.9「50 二 19.9mm

3、①38x 2.5mm 的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。第一层是 50mm 厚的氧化锌粉，其平均导热系数为 0.07

W/(m -C );第二层是10mm 厚的石棉层，其平均导热系数为 0.15 W/(m ?C )。若管内壁温度为 180C,石棉层外表面温度为

35 C,试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度？ 解：① r o = 16.5mm = 0.0165m

r 1 =19mm = 0.019 m r 2 = r 1+、1 = 0.019 + 0.05 = 0.069 m

分析: 知厂二d

由〉=1.86

d i

1 1/3 1/3

1

d

a 1

1

r-2

1/3

■ - 1 W S / P

二 d 2

4d

i

P 1/3（d i ）1/3^1

严 P

r 匸）（硕）

故〉=2：

2倍，则其算术平均值与对数平均值相差不大

「3 = r 2+、2 = 0.069 + 0.01 = 0.079 m

■0

= 45 W/(m )

??? t 2 = 41.8 C

4、有一外径为150mm 的钢管，为减少热损失，今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料导热系数之比

两

层绝热层厚度相等皆为 30mm 试问应把哪一种材料包在里层时管壁热损失小。设两种情况下两绝热层的总温差不变。

解：若小的■包在里层时： Q =2l ：t/{Ln(r 2 /r 1)/

Ln(r 3/r 2)/ 2}

r 1 =75mm, r 2 =75 30 =105mm,r 3 = 135mm 设冷-1, '2 - 2

Ln(r 2 /r 1) / ■ 1 Ln(r 3 /r 2)/ = 0.462

若大的包在里层是：

Ln(r 2 /r 1) / ■ 2 Ln(r 3/r 2)/■ = 0.420 .小的包在里层时，热损失小。

5、冷冻盐水(25%的氯化钙溶液)从$ 25X 2.5mm 长度为 3m 的管内流过，流速为 0.3m/s ，温度自-5 C 升至15C 。假设管

壁平均温度为20C ，试计算管壁与流体之间的平均对流给热系数。已知定性温度下冷冻盐水的物性数据如下：密度为

1230kg/m 3,粘度为 4x 10-3Pa ? s ，导热系数为 0.57 W/(m ?C )，比热为 2.85kJ/(kg ?C )。壁温下的粘度为 2.5 x 10-3Pa ? s 。 解：d = 0.025 — 0.0025 x 2 = 0.02 m

p“

y

85103 410

,20

人

0.57

r 1

2 3.14 (180 -35)

1 19 1 69 1 79 —ln ln ln - 45 16.5 0.07 19 015 69

=47.1 W/m

Q 2 ：..；：( 12 -1 3)

L ~

1 . r 3

ln

即 47.1 二

2 二(t 2 -35)

1 , 79 In - 0.15 69

L _丄

d 0.02

=150

50

■/ u = 0.3m/s

0.02 0.3 1230

4 10°

= 1845 v 2000

?层流

RePrd i

"845 20

0020

3 =246 >100

= 1.86 1845% 20"3 0.02033 425 °14 0'57002

2

=354.7 W/(m :C )

6、油罐中装有水平蒸汽管以加热管内重油，重油温度为20C，蒸汽管外壁温为120C，在定性温度下重油物性数据如下：

密度为900kg/m3，比热1.88 x 103J/(kg ?C )，导热系数为0.175W/(m ?C )，运动粘度为2 x 10-6 m i/s，体积膨胀系数为3X 10-4 1/ C,管外径为68mm试计算蒸汽对重油的传热速度W/m。

解：G r gL【：t/v2

=3 10* 9.81 0.0683 100/(2 10冷2 =2.313 107

P r二C p」/ =1.88 103 900 2 10^/0.17^19.34

G r P r =4.474 108. A=0.135B=1/3

:「A(G r P r)b/L =265.7w/(m 0 C)

Q/S「：t =265.7 (120 -20) =26570w/m2

7、有一双程列管换热器，煤油走壳程，其温度由230C降至120C,流量为25000kg/h，内有$ 25X 2.5mm的钢管70根，每

根管长6m,管中心距为32mm正方形排列。用圆缺型挡板(切去高度为直径的25%，试求煤油的给热系数。已知定性温度

下煤油的物性数据为： 3 3 -4

比热为 2.6 X 10 J/(kg ? C ),密度为710 kg/m ,粘度为 3.2 X 10 Pa ? s,导热系数为0.131 W/(m ? C )。挡板间距：一丄—，壳体内径L. 。

解：A 二hD(1 -d°/t) =0.24 0.48(1 - 25/32) = 0.0252m2 u =V s / A = 0.0388m/s

d e =4(t2-二d2/4)/二d = 0.027m

R e 二d e"/」- 2325

P r 二C P」/=6.35 ... -0.95

:=0.36R e0.55F T1/3 0.95/d e

= 0.36 0.131 23250.55 6.351/3 0.95/0.027

= 218.3w/(m 0 C)

8、为保证原油管道的输送，在管外设置蒸汽夹。对一段管路来说，设原油的给热系数为420 W/(m -C )，水蒸气冷凝给热系

数为104 W/(m ?C )。管子规格为$ 35 X 2mm钢管。试分别计算K和K),并计算各项热阻占总热阻的分率。

1/ K i =1/冷bd j/，d m df ：0d0 =31/(35 104) 0.002 31/(45 33) 1/420 =0.0025111/[w/(m2°C)]

K i =398.3W/(m2 0 C)

计入污垢热阻尺。=0.8598 10 '

dR/d j =1.7197 10鼻35/31 =1.94 10,

污垢热阻占：(0.8598 1.94) 10鼻/[0.002835 (0.8595 1.94) 10*] =8.9°。原油侧热阻占：0.035/(420

0.031)/0.002835= 94.800

蒸汽侧热组占：1/10000/0.002835 =3.5 00

管壁导热热阻占：0.002 0.035/(45 0.033)/0.002835 = 1.70。

9、某列管换热器，用饱和水蒸汽加热某溶液，溶液在管内呈湍流。已知蒸汽冷凝给热系数为104W/(m「C )，单管程溶液给

热系数为400W/(m「C)，管壁导热及污垢热阻忽略不计，试求传热系数。若把单管程改为双管程，其它条件不变，此时总传热系数又为多少？

解：1)单管程

4 2

1/ K0^1/ ：■ i 1/ ：-^1/10 1/ 400 =0.0026 l /[ w(m C )]

2

K0=384.6 w(m C)

2)改为双管层

管内流速提高一倍，贝y：

1/ K0=1/(2 0.8:■ i) 1/ > 0= 1/10 41/(400 20.8)

K0= 651.1 w/(m2C )

10、一列管换热器，管子规格为$ 25 X 2.5mm,管内流体的对流给热系数为100 W/(m -C )，管外流体的对流给热系数为2000 W/(m -C )，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 ?C /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？

2

解：① R = R 0 = 0.00118m C /W 钢管，=45W/(m C )

K。

d o -d j

In

0.025 - 0.020

do

d j

ln25

=0.022

20

d m

.出

：j d j

R j R。

1 0.0025 0.025 0.025

2000 45 0.022 100 0.02

2 000118

=0.01542 1/(W/m 2C )

管外：

「二

12000

= 3.24% 1K

001542

0.025

100 002 0.01542

0.0025 0.025

=

45 0.022

= 041% 0.01542

2

K 0 = 98.99 W/( m C )

③ W ° =2W °

,

：0

=2

^：-0

2

K 0 =6574 W/( m C )

11、一套管换热器，用热柴油加热原油， 热柴油与原油进口温度分别为

155C 和20C 。已知逆流操作时，柴油出口温度50C,

原油出口 60 C,若采用并流操作，两种油的流量、物性数据、初温和传热系数皆与逆流时相同，试问并流时柴油可冷却到多 少温度？

热阻分配:

2 0.00118 0.01542

= 0.153 =15.3%

② W i =2W j U i -2U i ,

: i

=20

\

1 K

。

1

：

'0

bd °

d °

R i R °

1 2000

°

0025 °025 ?__0025 45 0022

20.8 100 0.02

2 0.00118

=0.01010 m

2

C /W

-81.1%

1

K 0

■0

bd ° d °

d m

: i d

j

R i R 0

1

20.8

2000

0.0025 0.025 0.025 45 0.022

100 0.02

2 0.00118

=0.01521 m

2

C /W

污垢:

管内:

管壁:

解：逆流时：Q h =Q c

WC ph T 二W C C pc ^t ，则gC ph (150-50) =W C C pc (60-20) =(95-30)1n(95/30) =56.4°C Q 二 KS. ：t m ,? K^1.862W,C ph (1)

并流时：Q h -Q c

舛C p,：T 二％C pc ：t ，贝UgC ph (155—T 2)=Wc C pc (t 2 -20)

△t m =[135_(T 2 -t 2)]/ ln135/(T 2 _t 2)

Q =KS.g

⑵

联立方程()(2)解得：T 2 =64.7°C t 2 =54.4°C 即并流时柴油冷却到64.70C

12、一套管换热器，冷、热流体的进口温度分别为

55C 和115C 。并流操作时，冷、热流体的出口温度分别为 75C 和95C 。

试问逆流操作时，冷、热流体的出口温度分别为多少？假定流体物性数据与传热系数均为常量。

解：并流时： Q h

= Q c

W h C ph 二 T = W C C pc 二 t

则 W h C ph( 115 - 95 ) = W C C pc ( 75 - 55 ) ,'P W h C ph = W C C pC

m

工(60

—

20 ) / ln 60 / 20 二 二 36

.41 0

C

Q = KS -：t m

KS 二 0 .

55 W h C ph

逆流时 : W h C ph ( 115 -T 2)

二 W

C C pC ( t 2 -

55

)

115 -T 2'

= t 2

55

匚心t 1 = T 2

1

55

二 t 2

二 115 -T 2

1

-t = ■■: t 2 L t m =

(“1

?，t 2

) / 2 二 30

(T 2 - t 2) / 2 115 - T 2

二 0 . 55 [ 30

(T 2

'-t 2

)/2]

115

- T 2

=t

2 -55

解得 T 2

'

=93 .7 0 C t 2

=76 .3° C

13、在一单管程列管式换热器中，将 2000kg/h 的空气从20C 加热到80C ，空气在钢质列管内作湍流流动，管外用饱和水蒸 汽加热。列管总数为 200根，长度为6m 管子规格为0 38 x 3mm 现因生产要求需要设计一台新换热器，其空气处理量保持

不变，但管数改为 400根，管子规格改为$

19X 1.5mm 操作条件不变，试求此新换热器的管子长度为多少米?

解：据题意Q = Q

Q = KS总匚t

；〉o “ x i - K i = r

比 /比=nd i2/(nd i2)

0.8 . 0.2

：i = u i d i

:i'/：「(U i'/U i)。8(d i/d i')0.2

：；/：「(200 322/(400 162)0.8(32/16)0.2= 2

:/i = 2 K； = 2K i

S总二nL二d i S总二n L二d；

Q二K i S总—=2K i n Lp t m

Q = K i S总t m 二K i nL二d i t m

L' =1/2 (n/n ) ? /d；) L = 3m

14、某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm其导热系数分别为0.9W/ (m「C)及0.7W/ (m-C)。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700C,外表面温度为130C。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm导热系数为0.06W/ (m-C)的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740 C,外表面温度为90 C。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？

解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为Q

怎丿

此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为：

Q “ 二-空「700 -130 =2244 W/m

1 、2

0.9 0.7

加保温层后单位面积炉壁的热损失为Q

此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为：

鮎-14740 - 90

b, . b2 . b3 = 0.1 0.1 0.04

\ 2'30.9 0.7 0.06 故加保温层后热损失比原来减少的百分数为:=706W/m

S 2

2244 一706

100% = 2244 706100% = 68.5%

2244

15、在外径为140mm勺蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为保温材料的入与t的关系为入=0.1+0.0002 t (t的

单位为C,入的单位为W/(m?于450W/m试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：r2=0.07m t2=390C 13=40C 先求保温层在平均温度下的导热系数，即390 C,保温层外表面温度不大于40 C。> )。若要求每米管长的热损失Q/L不大

■ -0.1 0.0002 390 40

2

= 0.143W/ （m「C）

(1)保温层温度将式(4-15 )改写为

In ￡3 -2'f世-t3

匚 _QT L

『「3= 2

二0.

143390 -40『0.07

450

得r3=0.141m

故保温层厚度为b=r 3—r 2=0.141 —0.07=0.071m=71mm

(2)保温层中温度分布设保温层半径r处的温度为t，代入式(4-15 )可得

2 二0.14

3 390 -1 =450

解上式并整理得t=—501l n r —942

计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。

16、热空气在冷却管外流过，a2=90W/(m - C),冷却水在管内流过，a 1=1000W/(n i ?

管壁的入=40W/ ( m-C)。试求：①总传热系数K);

②管外对流传热系数a 2增加一倍，总传热系数有何变化？

③管内对流传热系数a 增加一倍，总传热系数有何变化？

C)。冷却管外径d o=16mm壁厚b=1.5mm,