传热练习试题2 化工原理

传热

一、填空

1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（），这是因为（）。

2、某物体（可近似为灰体），在20℃时，其黒度为ε=，则其辐射能力的大小为

（），其吸收率为（）。

3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（），原因是（）。

4、膜系数α越（），液体核状沸腾时，△t越大，α越（）。

5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变），若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（），蒸汽侧的对流传热系数（）。

6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请列举二个可以导致上述现象的原因：①（）②

（）

7、常见的列管换热器折流板型式有（），（）。

在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（），缺点是（）。

8、随着温度的增加，空气的黏度（），空气的导热系数（）。

9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（），因为（）。

10、角系数取决于换热物体的（），（）和（），而与

（）和（）无关。

11、基尔霍夫定律的表达式为（），该定律的前提假设条件是

（）。

12、在空气—水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（），

传热壁面的温度接近于（）的温度。

13、列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（）办法，常用的结构形式有（）。

14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（）。水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（）。

15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（），（）和（），而在工业生产中常在（）阶段操作。

16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为60℃）应走（），水（入口温度为90℃）应走（），主要是为避免（）。

17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。

18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（），冷凝传热量（）。

19、在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程改为双程，则传热温度差（）。

20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（）。

21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称①（），②（）。

22、斯蒂芬—波尔茨曼定律的数学表达式为（），它表示（

）。

23、327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的（）倍。

24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（

）求之。

，沸腾传热系数越（）沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（、25．

）。

26、黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（）倍。

27、在列管换热器中使用饱和水蒸汽加热冷空气时，管壁的温度接近（）侧温度。

二、选择题

1、管壁热阻和污垢热阻可忽略，当传热面两侧的对流传热膜系数相差较大时，总传热系数总是接近于（）。

热阻大的那侧的传热膜系数 B 热阻小的那侧的传热膜系数

C 上述两者的平均值D不一定

2、在两灰体进行辐射传热，两灰体的温度相差50℃。现因某种原因，两者的温度差升高到100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该（）。

增大B变小 C 不变D不确定

3、为减少室外设备的热损失，拟在保温层外包一层金属皮，则选择金属皮时应优先考虑的因素是选用的材料（）。

颜色较深 B 表面粗糟 C 颜色较浅D表面光滑

4、推导过滤方程式的一个最基本的依据是（）。

滤液通过滤饼时呈湍流流动

假定滤饼大小均一

滤液通过滤饼时呈层流流动

假定过滤介质的阻力可忽略不计。

5、某一套管换热器，由管间的饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽的温度为100℃，空气进口温度为20℃，出口温度为80℃，问此套管换热器内管壁温度应是（）。

接近空气温度

接近饱和蒸汽和空气的平均温度

接近饱和蒸汽温度

三、计算题：

1、某一逆流操作套管换热器，冷却水进口温度t1=30℃，出口温度t2=84℃；热流体进口温度T1=180℃, 出口温度T2=120℃.若改为并流操作，其它条件均不变，两流体的出

口温度分别为多少（设平均温度差可用算术平均值）。

2、一套管换热器用133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从33℃加热至73℃，氯苯流量为5500kg/h，现因某种原因，氯苯流量减少到3300 kg/h，但其进出口温度欲维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少，才能满足要求此时饱和蒸汽的冷凝量为原工况的百分之几

（设在两工况下蒸汽冷凝热阻、管壁热阻、垢层热阻及热损失均可忽略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下饱和蒸汽汽化潜热的变化）。

3、在套管换热器中，冷流体以500kg/h流过φ23×2mm的管内，冷流体的比热为1k J/kg℃，进出口温度为20℃和80℃，管壁的导热系数为45w/m℃，加热介质走管外，温度由150℃降为90℃,已知管内传热膜系数为α1=700w/m2℃，总传热系数K0(基于管外表面积)为300w/m℃，热损失

可以忽略不计。求：

管外对流传热膜系数α0；

逆流传热所需管长；

如果加热介质换为140℃的饱和蒸汽，冷凝为饱和液体，蒸汽冷凝传热膜系数

α0=8000 w/m2℃，其它条件不变，所需管长；

D、换热器使用一年后，发现冷流体的出口温度达不到80℃，请说明原因。

4、在一单程的列管换热器中，壳程通入100℃的饱和水蒸汽，将管内湍流的空气从10℃加热至60℃，饱和蒸汽冷凝成同温度下的水。若空气流量和空气的进口温度不变，仅将原换热器改成双

管程。试求：

A、空气的出口温度t2

（忽略管壁热阻及换热器的热损失）、空气冷凝量有何变化B．

例4-1某平壁厚度为，内表面温度t为1650℃，外表面温度t为300℃，平壁材料导热系数21（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：

，则由式可得：t处的温度为x设壁厚

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。由式得：）导热系数按变量计算2（．

或

积分．

得a）（

a当时，，代入式，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t耐火砖和绝热砖间界面温度，t绝热砖和普通砖间界面温度。32，

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。

例4-2 附表

材料温度差热阻

耐火砖

绝热转

普通砖

例4-3在外径为140 mm的蒸气管道外包扎保温材料，一减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表温度不大于40℃。保温材料的(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温度分布。

解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：

，，

先求保温层在平均温度下的导热系数，即：

（1）保温层厚度将式改写为：

得r=3故保温层厚度为：

（2）保温层中温度的分布设保温层半径r处，温度为t，代入式可得：

解上式并整理得：

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。例4-4 某列管换热器由φ25×2。5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气22℃），m管外水侧的α为1000W/（50W/呈逆气流流动。已知管内

侧空气的α为（m℃）,0i··2℃）。试求基于管外表面积的总传热系数K。及按平壁计的总传热系数。m45 W/钢的λ为（·解：参考附录二十二。取空气侧的污垢

热阻，水侧。的污垢热阻由式知：

所以若按平壁计算，由式知：

由以上计算结果表明，在该题条件下，由于管径较小，若按平壁计算K，误差稍大，即为：

例4-5 在上例中，若管壁热阻和污垢热阻可忽略，为了提高总传热系数，在其他条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：（1）将α提高一倍；（2）将α提高一0i倍。试分别计算K值。0解：（1）将α提高一倍i

所以

提高一倍2（）将αo

所以

计算结果表明，K值总是接近热阻大的流体侧的α值，因此欲提高K值，必须对影响K值的各项进行分析，如在本题条件下，应提高空气侧的α，才有效果。例4-6在一单壳程、四管程换热器中，用水冷却热油。用冷水管内流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃。热油在壳方流动，进口温度为120℃，出口温度

为40℃。热油的流量为2℃），试求换热器的m（℃）。若换热器的总传热系数为平均比热为（１.25kg/s,kg.470 W/·传热面积。．

解：换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即：

换热器的传热量为：

型列管换热器的对数平均温度差，先按逆流计算，即：1-4．

温度差校正系数为：

由图查得：

所以

故

2的单程列管换热器中，300℃的某种气体流过壳方并被加在传热外表面积S为300m例4-704kg/h,10平℃的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为430℃。另一种5601×热到均比热均为(kg.℃)。试求总传热系数。假设换热器的热损失为壳方气体传热量的10%。

解：对给定的换热器，其总传热系数可由总传热速率求得，即：

换热器的传热量为：

热气体的出口温度由热量衡算求得，即：

或

解得．

流体的对数平均温度差为：

因

所以

故．

由本例计算结果可以看出，两气体间传热的总传热系数是很低的。

2的逆流套管换热器中，用油加热冷水。油的流量为s、例4-8在一传热面积为的m进口温度为110℃；水的流量为kg/s、进口温度为35℃。油和水的平均比热分别为及(kg.℃)。2℃）。试求水的出口温度及传热量。320W/（m总传热系数为换热器的ZO·解：本题用ε-NTU法计算

故水（冷流体）为最小值流体。

查图得ε=

因冷流体为最小值流体，故由传热效率定义式得：

解得水的出口温度为：

换热器的传热量为：

例4-9在逆流操作的列管换热器中，热气体将s的水从35℃加热到85℃。热气体的温度由200℃2·℃)180W/(m，水和气体的比热分别为和93降到℃。水在管内流动。已知总传热系数为(kg·℃)。若将水的流量减少一半，气体流量和两流体的进口温度不变，试求因水流量减少一半而使传热量减少的百分数。假设流体的物性不变，热损失可忽略不计。

解：此题用ε-NTU法计算。

）由原水流量求换热器的传热面积1（．

其中

所以

）水流量减小后传热量的变化（2

故热气体为最小值流体。

因水的对流传热系数较气体的为大，故水流量减小后对总传热系数的影响不大，两种情况下K视为相同。

查图可得：

因热流体为最小值流体，由热效率定义式知：

此时传热量为：

则因水流量减少一半而使传热量减少百分数为：

3/h的空气进入套管换热器的内管，并被加热到8060m、4-10在200kPa20℃下，流量为℃，例内管的直径为Ф57×,长度为3m。试求管壁对空气的对流传热系数。解：

℃下空气的物理性质如下：50于附录查得．

，，

空气在进口处的速度为：

空气在进口处的密度为：

空气的质量流速为：

所以（湍流）

又因．

故Re和Pr值均在式的应用范围内，可用该式求n=，算α且气体被加热，取o则：计算结果表明，一般气体的对流传热系数都比较低。

例4-11-5℃的冷冻盐水（25êCl溶液）以s的流速流经一套管换热器的内管，已知内管的2内径为21mm、长度为。假设管壁平均温度为65℃，试求盐水的出口温度。

解：假设盐水的平均温度为5℃，从附录查得25êCl℃下物性如下：5溶液在2．，，

判别流型，即：

（滞流）

而

在本题的条件下，管径较小，流体的粘度较大，自然对流影响可忽略，故α可用下式进行计算，即：

盐水的出口温度由下式求得：