、名词解释
1、导热 若物体各部分之间不发生相对位移， 仅借分子、 原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的 热量传递称为热传导（导热） 。
2、对流传热 热对流是指流体各部分之间发生相对位移、 冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。 热对流 仅发生在流体之中 , 而且必然伴随有导热现象。 3、辐射传热
任何物体 , 只要其绝对温度不为零度 （0K）, 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量 , 同 时又不断地吸收来自外界物体的辐射能 , 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相 等时 , 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。
4、传热速率 单位时间通过单位传热面积所传递的热量（ W/m2）
5、等温面 温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。等温面不相交。
二、单选择题
1、判断下面的说法哪一种是错误的（
）。
A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；
B在同一温度下，物体吸收率 A与黑度£在数值上相等，因此 A与&的物理意义相同; C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强； D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为 _________________ 。 度增大，其给热系数 A 传导和对流 A 增大
C 只在某范围变大 其黑度为 __________ 。 A D A 大于
C 不能确定是否大于
B 等于 D 小于
B 0.03
C 1
B 传导和辐射
B 减小
D 沸腾传热系数与过热度无关
A C 对流和辐射
C 3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温
4、 在温度 T 时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，
5、 已知当温度为 T 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力， 则铝的黑度 ___________________ 耐火砖的黑度。
6、 多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻 。 A A 成正比 B 成反比 C 没关系 7、 在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确：
甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度； 乙、换热器总传热系数 A 甲乙均对 C 甲对，乙不对
K将接近空气侧的对流给热系数。
B 甲乙均不对 D 乙对，甲不对
8、 列管换热器管程常用流速范围为：一般液体 ________________ ，气体 ______________ 。 A C
A - 3 m/s B 3 - 15 m/s C 5 - 30 m/s
9、 一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍 要达到原来的出口温度 A
A 管内加扰流内件
B 提高壳程数
t ,此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施
_______ 。
10、 碳钢的导热率为 ___________ ;不锈钢的导热率为 _____________ ;铜的导热率为 _____________ ，常压常温空气 的导热率为 __________ ;常温水的导热率为 ______________ 。 A 151W/(m? C ) D 16W/(m? C) 量增加时 ① 传热系数K应 ② 空气出口温度 ③ 壁温 D A 1059
B 1496 C 1585
13、 穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示。试比较第一层的热阻
C, D, B, F, E C 45W/(m? C)
B 370W/(m? C ) E (m?C)
F (m?C)
11、 套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度 气流
A
A增大 增大
减小 减小 略有
C基本不变 C基本不变
定，当空 B
B 减小
增大 C基本不变 12、 一定流量的液体在一 流量与物性都不变，改用一 的直管内作湍流流动，其对流给热系数
25 >2.5m19疋mm的直管，则其
值将变为
=1000W/(m 2 ;C )。如 _________ W/(m 2 C )。
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R1与第二、三层热阻 R2、R3
C A C
的大小 ________________ 。 A R1> (R2+R3)
B R1< (R2+R3)
C R1= (R2+R3)
D 无法比较
14、 ①在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好 ___________________________ 放置；冷却水应走
。
A 水平 B 垂直 C 管内 D 管外 ②已知某平壁外两层不等厚 层的导热率。
A小于 B不能确定是否大于 15、 稳定传热是指 _________ 。
A 传热系统中各点的温度不随位置和时间而变。 B 传热系统中各点的温度仅随位置变，而不随时间变。 C 传热系统中各点的温度不随位置变而随时间变。 D传热系统中各点的温度随位置和时间而变。 16、 棉花保温性能好，主要是因为 ____________ 。
C
C大于 D等于
B
(b1 A C A棉纤维素导热率小； B棉花中含有相当数量的油脂； C棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍； D 棉花白色，因而黑度小。 17、 无相变强制对流 A 纯经验方法 来自 _________ 。 B 纯理论方法 C C 因次分析与实验结合(半理论、半经验方法) D数学模型法 A使值升 .E 因次分析法 的影响是 _______ 使值大大降低 对值无影响 W/m2。 — 300 C，则红砖的发射能力为C W/m2 D 1000 W/m 2 B tm逆=tm并= tm折 D tm并＜tm逆＞tm折 ______ 在工程上可行。 A 18、在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对 口 红砖的黑度为，若温度为 C使值有一定影响19、 20、 C tm并＜tm逆=tm折 W/m2 B 5684 W/m2 tm并＜ tm逆＜ tm折 换热器中冷热流体进出口温度一定时，下面说法中正确的是 21、对在蒸汽与空气间壁换热过程中，为强化传热下列方案中的 A提高空气流速 C采用过热蒸汽以提高蒸汽温度 时导走冷凝液。 B提高蒸汽流速 D在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及 22、在间壁换热器中，当两流体均变温时，采用折流的目的是 _________________ 。 A提咼K C增加传热面积A B 提咼tm D使K和A均增加。 A 23、100C时铜的导热率为 __________ , 18C时钢的导热率近似为 ______________ , 20C时空气的导热率近似为 _______ , 20 C水的导热率近似为 A 45W/(m?K) C 377W/(m?K) 24、在相同温度下，实际物体的吸收率 A A A0 B A A0 B (m?K) D (m?K) A与黑体的吸收率 C A A0 A0的关系是 D不一定 。 。 25、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 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。 26、一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍 要达到原来的出口温度 A A 管内加扰流内件 B 提高壳程数 t ,此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施 27、有一列管换热器，由38根25 2.5mm无缝钢管组成，某有机蒸汽在管外冷凝，管内通冷却水， 水流速0.5m/s，相应的Re=104及对流给热膜系数为 为，贝U _______ 。 A C 。当水流量减为一半时，对流给热膜系数改变 A B (12)0.8 D 不一定 90C降至60C，冷流体温度由20 C升至50 C。 D C 10 C D 40C ()0'8 12 ()0.8 12 28、 两流体在一套管换热器中换热，热流体温度由 若逆流操作， A 70 C tm = _______ 。 B 30C 29、 热传递的基本方式是：( A传导；B传递；C放射；D流动。 )、对流、辐射。 A 30、 物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、 量传递称为（ ）。 原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热 A A热传导；B热传递；C热放射；D热流动。 31、 流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（ A对流； B流动； C传递； D透热。 ） 。 B金属〉液体〉一般固体〉气体； D金属〉液体〉气体〉一般固体。 ）。 A A 32、物质导热系数的顺序是：（ A金属〉一般固体〉液体〉气体； C金属〉气体〉液体〉一般固体； 33、吸收率（ A大于； 34、（ ）1的物体称为黑体。 B小于； C等于； C D近似于。 ）等于1的物体称为白体。 B D折射率。 ）。 A吸收率；B反射率； C透过率； 35、 单原子气体和对称双原子气体均可视为（ A白体；B灰体；C黑体；D透热体。 36、 液体是（ ）。 D D A白体；B灰体；C透热体；D不透热体。 37、 在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内（ A清洗比较方便； B流速较快； C流通面积小； D易于传热。 ），而且管子也便于清洗和检修。 ）。 A 38、 在管壳式换热器中，腐蚀性的流体宜走管内，以免（ A A壳体和管子同时受腐蚀； B流速过快； C流通面积过小； D传热过多。 ），可节省壳程金属消耗量。 39、 在管壳式换热器中，压强高的流体宜走管内，以免（ A壳体受压； B流速过快； C流通面积过小； 40、 在管壳式换热器中，饱和蒸气宜走管间，以便于（ A A及时排除冷凝液； B流速不太快； C流通面积不太小； ）。 A D传热过多。 A ），且蒸气较洁净，它对清洗无要求。 D传热不过多。 41、 在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（ A泄漏机会较少； B流速很快； C流通面积变小； D传热增多。 ）。 A 42、 在管壳式换热器中，被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，（ A以增强冷却效果； B以免流速过快； C以免流通面积过小； D以免传热过多。 43、 在管壳式换热器中，黏度大的液体或流量较小的流体宜走（ 程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低 热系数。 ），因流体在有折流挡板的壳 Re值（Re> 100）下即可达到湍流，以提高对流传 B A管内；B管间；C管径；D管轴。 44、 对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走（ 度与：■一大的流体温度相近，可以减少热应力。 A管内；B管间；C管径；D管轴。 45、 在管壳式换热器中安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的（ ），因壁面温 B 以提高壳程对流传热系数。 A黏度；B密度；C速度; 46、有一套管换热器，环隙中有 应接近（ ）。 A 20 C; B 50 C; C 77.3 C; D高度。 119.6C的蒸气冷凝，管内的空气从 D 119.6 C。 ），使湍动程度加剧， C 20 C被加热到50 C,管壁温度 47、 已知在温度T时耐火砖的发射能力（辐射能力）大于铜的发射能力，则铜的黑度为（ 耐火砖的黑度为（ A ； B ; C ; D ° 48、 两灰体间进行辐射换热，两者间的温度差为 热量与原来的传热量相比，将（ A增大；B减小；C不变；D不一定。 49、 判断下面的说法哪一种是错误的（ ）° A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大； B C ）° A B )° B ), 100 C。若将两灰体的温度各升高 的辐射传100 C,则此时 A 在同一温度下，物体吸收率 A与黑度£在数值上相等，因此 A与&的物理意义相同; 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强； 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。 D 50、 当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（ A 逆流时，Am —定大于并流、错流或折流时的 △m； B 采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量； 采用逆流操作可以减少所需的传热面积； C 温度差校正系数 $△ t的大小反映了流体流向接近逆流的程度。 D 三、 填空题 1、 对流给热的热阻主要在 __________________ ，此处的 _______________ 最大。 滞流内层 热辐射传热引起的 温差 对流给热引起的 2、 热损失是 ________ 损失禾廿 __________ 损失之和。 3、 列管式换热器中，壳程设有折流挡板，当两流体均无相变时，挡板能起强化传热的作用，其原 因是 ② __________________________________________________________________________________ ； ③ __________________________________________________________________________________ ° ① 流速增大，使壳程 增大； ② 流体大部分横穿流过管束，流道短，边界层薄，比顺着管子纵向流动 ③ 流体在折流挡板间穿行时，流向及流速都在不断变化，增加了扰动，强化了传热。 4、 水蒸气冷凝时的 比气体无相变时的 大得多，其原因是气体的 ________________________________ ________________________________ ，而蒸汽冷凝，其凝液的 ____________________________________________ ；且只有 ________________________________ 才有热阻。 导热率小、密度小，整个气体都呈现热阻 5、 在管式间壁换热器中，以外表面为基准的传热系数 应的传热量Q = _____________________ ° 6、 ① 已知传热系数 K=1250kcaL/（m2?h?C），在 SI 制中，K= _________ W/（m2?K）;汽化潜热 r=2200kJ/kg , 在工程单位制中 r = _______________________ kcaL/kg ° ②普兰德准数的定义式是 ________________________________________ ° C ① 增大 1453 525 ② Pr J 7、 在压强恒定的条件下，空气黏度随温度升高而 _____________________________ 。 导热率和密度都比气体大 很薄的液膜 K的计算式为 ________________________ ，与之对 高； 8、 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知 层的热阻 Rl _ R2 _ R3，各层导热速率 Q1 _ Q2 _ Q3。 >， > ； =， = bl b2 b3,导热率1 2 3。在稳定传 热过程中，各 9、 一包有石棉泥保温层的蒸汽管道 ，当石棉泥受潮后，其保温效果应 ___________________________ ，主要原因是 降低 因水的导热率大于保温材料的导热率 ，受潮后，水占据一定的孔隙空间，使保温层 材料导热率增大，保温效果降低。 8、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放 ____________________________ ，这是因为 ____________________________ 不凝气和冷凝水 不凝气构成附加的气膜传热阻力，而冷凝水的积累减小换热面积。 11、①设置隔热挡板是 ____________________ 辐射散热的有效方法。挡板材料的黑度愈低，辐射散热量 ②有一单层平壁如图所示。已知材料的导热率 为常数，从左等温面 X至右等温面t2的稳定 导热热流量为Q，则平壁内的温度分布表达式为 __________________________________________ 。 ①减少 愈低 12、 某物体(可近似为灰体)在 0. 8 ② Q (tl t)x t ti Qx 20C时，其黑度为 尸，其吸收率为 ________________________ 。 13、 浮头式或带膨胀节的换热器适用于 _____________________ 与 ________________ 流体的温差很大的场合。 管程 壳程 _______________________ 、 14、 ①根据有无热补偿或补偿方法不同，列管式热器的一般结构型式有 ② 换热器中，热流体由 200C冷却到140C，冷流体由20C升高到35C，热流体的热容量 流率较小,则传热效 率为 ______________________________________________ 。 ①膨胀节；浮头式；U型管 ②% 15、消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加 _________________________________________ ,采用 _________________ 结构或采用 ____________________ 式结构。 膨胀节 浮头式 U型管 16、如图所示，为尽量减少 A、E两个温度不同的固体表面间的辐射传热，可以采取的措施 在两固体壁面间，平行放置多块黑度较小的遮热板。 17、① 用冷却水将一定量的热流体由 100C冷却到40C，冷却水初温为15C，在设计列管式换热 30 C，方案H是令冷却水终温为 35C，则用 器时，采用两种方案比较。方案I是令冷却水终温为 水量W1_W2,所需传热面积 A1_A2。 ② 如图所示，蒸汽在管束外冷凝，(a)、(b)两种排列方式的其它条件均一样，比较它们的冷凝 给热系数的大小 a _____________________________________________________ b ,因为 Io OOOO o o o o O lo o Io o lo o lo o e 0 o Jo o (L) ① ② 大于， 小于 大于，因为冷凝液从上面各排流到下面各排 ，液膜逐排增厚，沿垂直方向管数愈多，液膜愈厚。 18、 两流体的间壁换热过程中 Q WCp t计算式中，t表示 _____________________________ 。 T1-T2 或 t2-tl 19、 设备保温层外包一层表面 ______________ 、颜色 ______________的金属，可使设备的热损失减少。 光滑 较浅 20、 举出五种间壁式换热器 ________________________ 、 _________________ 、 ________________ 、 _____________ 套管式换热器，列管式换热器，夹套式换热器，板式换热器，螺旋板式换热器，蛇管式换热器，板 翅式换热器等任选五种。 21、 导热率的物理意义是 __________________________________________________________ ，其 SI制的单位为 ________________ ，工程制的单位为 ________________________ 。 单位温度梯度、单位导热面积上所传导的热量 22、 ①定性温度是指 ______________________________ 。 ②沸腾传热可分为三个区域，它们是 _______________________、 _______________ 和 ________________ ，生产中 的沸腾传热过程应维持在 ____________________ 区操作。 ① 确定准数中各物性参数的温度 ② 自然对流区 核状沸腾区 膜状沸腾区 核状沸腾 23、 对多层圆筒壁的热传导，通过各层的传热速率 ___________________ ，热通量 ___________ ，沿圆筒壁的径向温 度分布为 _________________ 线。 相等 不相等 曲线 24、 ① 已知导热率 A=X10-3Cal/(cm?s?C )，此值在SI制中为 ____________________ W/(m?K)。 ② 写出比热Cp的单位，工程制为 ____________________ , SI制为 _________________ 。 ③ 物体的辐射传热速率与其绝对温度的 __________________ 次方成正比。 ① 1 ② kCaL/(kg? C), J/(kg? C) ③四 较大。原因是 25、 在传热实验中，用饱和水蒸气加热空气， 总传热系数K接近于 _______________________ 侧的对流传热系数， 而壁温接近于 ________________________ 侧流体的温度。蒸汽冷凝时的对流给热系数 W/(m? C ) 千卡/小时?米?C 空气 饱和水蒸气 蒸汽冷凝时释放较大冷凝潜热 26、 ① 估计列管式换热器中金属管壁的温度 tw,壳程为的饱和水蒸气冷凝。 A 管程是平均温度为 40 C的空气，tw约为 __________________ ; B 管程是平均温度为 40C的水，水的对流给热系数为 系数 Ki=i600W/（（m 2?C ）） , tw 约为 ________ 。 ②在设计时，欲略为增大一卧式冷凝器的传热面积，从有利于传热角度看，宜采取的措施为 ，因为 ① ② （1） 100 C 增加管长。 （2） 88 C 如果采用增加管数的办法，则沿垂直方向管数也增加，冷凝液从上面各排流 。 2000W/（m2?C ），基于内面积的总传热 到下面各排，液膜逐渐增厚，a降低。 27、 管内湍流传热，流体内温度梯度最大的部分是在 ___________________________ ，原因是 __________________ 滞流底层 滞流底层的传热机理是导热，流体的导热率一般比较低。 28、 在稳态传热中，凡热阻大处其温差也 ______________________ 。滴状冷凝的给热系数 _______________ 膜状冷凝 给热系数。 大 大于 29、 沸腾传热时，在核状沸腾区壁面与沸腾流体的温差愈大，则 越大 30、 对于间壁式换热器：WcCpt tj WhChU T2） KA tm等式成立的条件 ____________ 。 31、下列各种情况下的对流给热系数 空气流速为6m/s时的1 ；空气流速为25m/s时的2 ;水的流速为1.2m/s时的3;水的流 速为2.5m/s时的 4 ； 蒸汽膜状冷凝时的 O 5之间的数值按自大而小的顺序为 __________ > ___________ > ___________ > 32、 不需要任何介质的传热称为（ 辐射 34、 列管式换热器中，流体在（ 管间 ）传33、 在列管式换热器中，流体在管内流动称为流经（ 管程 ）。 35、 能以相同的吸收率且部分地吸收由零到 灰体 ）流动称为流经壳程。 36、 在辐射传热中， 0 37、 在辐射传热中， 0 38、 在辐射传热中， 0 气体的反射率为（ 。 8的所有波长范围的辐射能的物体称为（ ）） ）。 黑体的透过率为（ 。 39、 灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的（ 黑度 ）40、 在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则传热管的壁温接近（ 饱 灰体的透过率为（ 。 和蒸气 ）。 ）的温度。 41、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则总传热系数K接近（ 空气 42、 在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则空气应走（ 管内 43、 在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则饱和蒸气应走（ 管间？ 44、判断下列物性数值大小 金属 __________ 液 ____________ 气 ）的对流传热系数。 ）。 ）。 。 四、判断题 （每题1 分） 1、 在辐射传热中，黑体的反射率为 1。 （X） （X ） （V ） （X） （X ） （X ） （X ） （X ） （X ） （V ） 2、 对流传热包括强制湍流传热和强制层流传热。 3、 滴状冷凝比膜状冷凝效果好。 4、 圆筒壁热传导是传热速率与热通量相等 5、 一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为固体〉气体〉液体。 6、 夏季人们穿深色衣服不会感觉太热。 7、 对流传热仅发生在流体中。 8、 流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在流动边界层。 9、 一套管换热器逆流操作与并流操作一样。 10、 虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是透热体。 五、问答题 1、在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，传热管的壁温接近哪一种流体的温度？ （3分） 答：壁温接近饱和蒸气的温度。 为什么? 因为 T TW tw t ,饱和蒸气的 0>>空气的 ,则丄 i << — 所以，T TW vv tw t ,传热管的壁温接近饱和蒸气（大）的温度。 0 2、 为什么内部孔隙多的材料保温效果好 ？ （ 3分） 因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，对导热不利，从而起到了保温的作用。 3、 在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度 由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内， 以提高传热效果。 4、 在传热实验中，试分析说明饱和水蒸气与管壁间的对流给给热系数 测试的基本参量有哪些？ （a如何确定的？并指出相应 （ 4分） ？ （3分） 可 提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度， 答: Q Ao(Ts tw) WcCp(t2 t1) WcCp& tj (Ts tw)Ao 即需测参数：空气流量 Wc ；空气进、出口温度（tl、t 2）；饱和蒸汽压力，然后查出饱和蒸 汽温度Ts ；管壁温（t w） 5、 在蒸汽冷凝时，其冷凝液为层流流动，若要提高蒸汽冷凝的给热系数，可考虑采取哪些措施？ （4分） 答：措施一：让液膜和蒸汽同向流动，则磨擦力使液膜流动加速，厚度减薄，从而使增大； 措施二：若为单根管，将垂直放置改为水平放置。若为管束，则需减小垂直列上的管数，或 把管子排列旋转一定的角度； 措施三：及时排除不凝气体。 6、 ①作图定性示出沸腾传热系数 答：①如图 ②隔板将管子分成若干组，构成多程换热器 水蒸气冷凝。今欲实测此换热器传热系数 ① 需要测取哪些数据？说出所用仪表。 ② 根据测得的数据列出计算 K值的有关公式及计算方法。 答：① 需要测水的进、出口温度 t1和t2，可使用温度计测量 测量，需要测水的流量，可使用转子流量计测量。 ② Q 换热器面积 （4分） 濡要的加热蒸汽温度，可使用热电偶 ，增大流速，以提高管程 。 K，试问 7、 现场有一列管式加热器，管程有QdSmm钢管n根，每根长L米，内通水。壳程为压力等于 PPa（绝） 的饱和 随相应的传热温差 At （壁面和沸腾液体之间）的变化关系。 （ 4分） ② 列管换热器封头装置隔板的作用是什么？ W水 C p水 2 1 (t t) Ao n d0L 平均推动力 t t m t1 t2 t2 In(匕 2 T t1 t1 T t2 基于外表面的总传热系数 Q A0 m t 7水 C p7K t2 ( t1 ) n d°L tm 五、计算题 1、某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成， 的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为 温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为 不变。计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？ 解：设单位面积炉壁的热损失为 两层的厚度均为100 mm,其导热系数分别为 40 mm,导热系数为 W/ （m ：C）的保 740C ,外表面温度为90 C。设两层材料的导热系数 （ 10分） W/（m ;C）及W/（m・C）。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为 700 C ,外表面温度为130 C。 为减少燃烧炉 q （q ），加保温层前，是双层平壁的热传导 t1 t3 qi d b2 2240w/m2 0.1 0.1 0.9 0.7 （4分） 加保温层后, 是三层平壁的热传导 2 盯 ti t4 b2 b3 740 90 0.l 004 0.9 0.7 0.06 q1 q2 qi 2 707w/m （4分） 热损失减少的百分数 2240 707 2240 68.4% （2 分） 2、外径为426 mm的蒸气管道，其外包扎一层厚度为 426 mm的保温层，保温材料的导热系数可取 为W/（m ;C ）。若蒸汽管道的外表面温度为 177C，保温层的外表面温度为 38C ,求每米管长的热 损失。（10分） 解：由已知 匕=2 = 0.213 每米管长的热损失 m , r3 = Q + = 0.639 m （177 （ 5 分） 38）乙丄 炒 2 489w/m （ 5分） L r3 ln — r2 , 0.639 ln 0.213 40W/（m2?C ）,蒸汽冷凝 ，应从何着手解决？试用 （15分） 3、在一套管换热器中，用水蒸气加热空气，已知空气侧的对流给热系数为 侧的对流给热系数为 5000W/ （m2?C ），现欲提高此传热过程的总传热系数 具体数据说明理由。（注：管壁热阻及污垢热阻可忽略 解： ，空气湍流） 当忽略管壁及污垢热阻时 1 1 K 1 1 1 1 5000 40 （4分） 2 K 39.7 W/（m2?C） 由于1 >> 2，故应设法增大 2之值 在管程允许的压力降范围内增大空气的流量 ，设将空气流量提高倍，则 0.8 0.8 2 2.4 1 1 2 2.4 40 1 80 W/ 2 C） K 1 1 2 78.7 W/（m2 C） （5分） 5000 80 若将 K K 78.7 39.7 1.98 1增大一倍 1 10000 W/（m? C ） （3 分） K 39.8 W/（m? C） K K 39.8 39.7 1.98 （3分） 4、某厂精馏塔顶，采用列管式冷凝器，共有 血5 >2.5mm的管子60根，管长为2m,蒸汽走管间，冷却水 走管内，水的流速为 1m/s。进、出口温度分别为 20C和60C ,在定性温度下水的物性数据 为：p=992.2kg/m3 ?=（m C）厅> Pr= ① 求管内水的对流给热系数 ②如使总管数减为 （15 分） 解：Re 50根，水量和水的物性视为不变，此时管内水的对流给热系数又为多大 du 0.02 1 992.2 6.56 10 L 4 3.025 104 1000 0.6 Pr 160 d %02 100 50 0.8 n （3分） •••可采用下式计算对流给热系数 流体被加热 n= • Nu 158.5 Nu 0.023Re Pr 2 Nu d 0.6338 当管子根数减少时，流速变大 （2分） （2分） 158.5 5024 W/(m2：C) u ()u ( nn 60 50 ) 1 1.2m/s （4 0 8 2 分） 分别测得对 流 5、一套管换热器，由柳8 X3mm和他5 ><2.5mm的钢管组成，两种流体在内管和环隙流过， 给热系数为 1和2，若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。 求将内管改（f32X2.5mm后,管内对流给热系数有何变化 解：原内管外径d1 25mm 新内管外径 d1 32mm 5024 1.2 . 5813W/(m C) ？（假设流动状态皆为湍流）（10分） 内径 d2 内径 d2 25-2.5 2 20mm 32- 2.5 2 27mm 设 改用 心2 X冈管后，内管对流给热系数 1 (5分) d 二谬尸・ 0 583 1.8 (5分) 133 C的饱和水蒸汽将管内的氯苯从 33 C加热到73 C，氯苯流量为5500Kg/h。 6、一套管换热器用 现因某种原因，氯苯流量减少到 3300Kg/h，但其进出口温度维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应 （设两种工况下的蒸汽冷凝热 为多少才能满足要求？此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？ 分） 解：嘶八 t. KS tm(1) 阻，管壁热阻，垢层热阻及热损失均可略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下蒸汽汽化潜热 的变化） （15 WcCpc t2 t1 K S t m(2) (3分) lnT K T ti 1 得:2 5500 t2 (5分) 3300 T T t2 ti 1.76 (3分) Wh /Wh K tm K tm 0.6 (4分) 243C和128C;终温分别为 换热器的热损失 7、重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为 温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化， 可以忽略。 解：以下标“表'示并流的情况。由传热速率和热量衡算式知： 167C和157 C。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温 度差及它们的终 Q Ko tm WhCph(Ti Q Q K 0 tm K 0 tm T2) WcCpc(t2 Ti Ti T2 T2 t2 t2 ti ti ti) (a) (3 分) 两式相除，得: 将和比定律应用于下式，得: 即：t2 0.38 243 T2 i28 (c) tm tm (Ti (Ti T2) T2) (t2 ti ) (Ti (Ti T2) (t2 t2) (T2 ti) ti) (243 i67) t2 (i57 ti i28) 47 t2 t (t2 ti ) tm (243 i28) (i67 i57) Iii5 n In i0 43 C （4分） 所以 t2 t2 ti 47 t2 i ti 43 In - ti t2 47 i.093 ti 43 t2 ti ei.093 2.98 (3分) 或t2 2.98 T2 i28 243 (b) 由式a得： 243 i67 243 T2 i57 t2 i28 i28 联立式b和c解得： t2 161.3 C T2 155.4 C tm t2 g (243 161.3) (155.4 128) % 讥 -~~t^ In — t1 1.093 . (5分) 8、一套管式换热器管内流体的对流传热系数 i = 20 W/ （ m2 C），管间流体的对流传热系数 。= 350 W/（ m2 C）。若将管内和管间两种流体的对流传热系数分别提高一倍，总传热系数 应增加多少？（管壁热阻及污垢热阻可忽略不计，管壁厚度按薄壁管处理） 解：原流动情况 1 - : - 1 - K分别相 （10分） m2., 亠 （2分） K G： i Ctjj 20 '350 2 K= W/ m C r （1）管内对流传热系数增加一倍 1 - 1 + 1 - 0.O27S57 :,=2 - = 2 10= 40 W/ m 2 C K= W/ m 2 C m2 C /W K. <1 350 ()/ = % （2）管外对流传热系数增加一倍 1 - 1 + 1 - 0.05143? （4分） iY0 = 2ct0 = 2 >350 = 700 W/ m 2 C m2 C /W K = W/ m2 C K.加 700 ()/ = % 9、在列管式换热器中用水冷却油， 管外油侧对流传热系数 。为 （4分） 水在管内流动。已知管内水侧对流传热系数 i 为 349 W/(m2 C), 258 W/ （ m2 ：C）。换热器在使用一段时间后，管壁面两侧均有污垢形 成，水 侧的污垢热阻 Rsi为（m2 C） /W，油侧的污垢热阻 RSO为（m2 C） /W。若此换热器可按 薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。 求：（1）产生污垢后热阻增加的百分数； （2）总传热系数K。 解：（1）产生污垢前的热阻 （10分） 丄一中一 —'■■- 产生污垢后的热阻 （m2 C） /W (4分) 2_+0.00026+^ + 0™. 0.007177 ()/ = % (2)总传热系数 (4分) (m2 C) /W K.=——! ----- = 139 O.C07177 W/ (m2 C) (2分) 10、在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为 为150C和100C。现因生产任务要求油的出口温度降至 15C和40C ,油的进、出口温度分别 80C ,设油和水的流量、进口温度及物性 换热器的热损失 均不变，若原换热器的管长为 1m,求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求。 可忽略。 (15分) 解：原平均温度差 1 150-15 135 C t2 100-40 60 C (3分) 135 60 ln(135 92.5 C 60) T2)WcCpct tj 由热量衡算 Q WhCph(T1 WhCph t2 t1 40 15 (4分) WCCpc T1 T2 150 100 当油的温度降至80C时，由热量衡算得 或 t2 15 WcCpc 150 80 0.5 解得t2 50 C (3分) 新的平均温度差， t1 = 150-15 = 135 C , tm 135 30 ln135 t2 = 80-50 = 30 C 69.8 C 30 100) 80) KS tm Kn KS tm Kn dL 92.5 dL 69.8 由传热速率方程可分别得 原换热器 新换热器 WhCph(150 WhCph(150 70 92.5 L 11、一单程列管式换热器 50 69.8 1 1.855m 1.855 1 0.855m ①25 X 2.5 mr的钢管束组成。 (5分) 苯在换热器的管内流动 ，流量为 1.25 kg/s，由80 C冷却到 ,由直径为 热器的传热面积。苯的平均比热为 解：由总传热速率方程式 式中 Q 30C,冷却水在管间和苯呈逆流流动 已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为和 换 ，进口水温为20C，出口不超过50C。 kW/ (m 2C)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求 KO SO tm T2)= >X103X (80 - 30) = kW I .：' I .： 0.2J xS.02 HL WhC ph (T1 (3分) ' kW/(m^C ) ■ I I.. 0.045 <0.0225 1.7 At In竺 如 111 ----- Q 30-20 2 •••.； m \"K Al 0.472 xlE.2 4 S 12、在一传热外表面积 S0为300 m2的单程列管换热器中，300C的某气体流过壳方被加热到 L —一：：■■ ■- SO-JO …-c (5分) (2分) 420 C。 另一种560 C的气体作为加热介质。两气体逆流流动，流量均为 。 解：换热器的传热量 Q WcCpc(t t(10i)(kg C)。求总传热系数 K。。 2分) 0 10000 kg/h，平均比热为 kJ/ =(10000/3600) X1050 x(420 - 300) = >105 W 热气体出口温度 Q WhCph(Ti T2) X105 = (10000/3600) X1050 > (560 -T 2) 解得 流体的平均温度差 T2 = 440 C J6C-420 • % 44C - 300 (4分) , c v 2 (3分) W/(m 2 C ) (3分) 110C饱和水蒸气加热管 S At* 300 x!40 / ' ) 13、某套管换热器内管为 (^30 X3mm铜管，外管为()48 X3钢管长2m,管间通 内空气，使空气温度由20C加热至80 C，已知空气流量为50kg/h,周围环境温度为20C，试求: (1)空气侧⑵套管裸露时的蒸汽用量(kg/h)。空气比热可取C p =(kg k) 换热器外侧壳壁对周围空气的对流给热系数 o 9.4 0.052(t tw) W/(m2 C) 式中:tw --换热器外壳温度，C t --周围空气的温度，c 饱和蒸汽汽化热可取 r =kg (15 分) (1) Q tm i diL tm 0.024 2 54.6 C 0.151m2 (3分) 80 9 \"(°30) 20 837^ 101.6W/(m2 K) 0151 54.6 (2分) ⑵tw T 110 C ° 9.4 0.052(t tw) 9.4 0.052 (110 20) 14.1 W/(m2 K) 蒸汽放热 Q Q Q 382.7 837.5 1220W w Q 1200 3600 小、 八 蒸汽用量 W (5 分) 3 2kg/ h 14 、有一单壳程双管程列管换热器，管外用 120 °C饱和蒸汽加热，干空气以 12m/s的流速在管内 流动，管径为 0 38 X 2.5mm总管数为200根，已知空气进口温度为 26 C,要求出口温度为 86 C, 试求：该换热器的管长应为多少？ （不计出口温度变化对物性影响，忽略热损失、污垢热阻及管壁 热阻）。 已知定性温度下空气的物性数据为 Cp = kJ/(kg K) , =1.07 kg/m3, =。 解：因为管外蒸汽冷凝的 1 d1 2 d2 d2 Q KA tm 2 n d1 = cP, = (m K), Pr (15 分) 1比管内空气的 2大得多，且管壁及污垢热阻可略去，有 d2 d1 （2分） d1l tm 2 n d?l tm （2分） 2n d2 tm 注意：上式中的 n为列管换热器总管数。 Vs2 = 0.785d；( n/2)u= 级 200/2) 1X = 1.026 m3/s n/2,不能用总管数 n。 Cp2（t2 tj X04 > 104为湍流 = XX<103>（86-26）= （2分） 注意：求Vs2时必须用每管程的管数，对双管程即 Q = ms2Cp2（t2 Re = d2U 切 =Vs2 1X W (3分) 0.033 12 1.07 0.0199 10 0.8 0.4 d2 tm = R P 0.033 80 26 XX104) XW/(m2 k) InTs t1 Ts t2 ln^^ 120 86 =59 C (4分) 所以I 2 n d 2 tm 6.62 104 50 200 3.14 0.033 59 1.08m (2分) 15、用一套管换热器将 2000kg/h的甲苯饱和蒸气（110oC）冷凝为饱和液体，甲苯的气化热为 50mm）作强制湍流流动，其传 363KJ/kg。冷却水于16 °C及5000kg/h的流量进入套管内管（内径 热膜系数为1740w/（m2 K）。水的比热可取为（kg °C），假设甲苯侧热阻和管壁热阻远小于水侧热阻。 （20 分） （1） 求冷却水的出口温度及套管管长。 （2） 由于气候变化，冷却水的进口温度升高到 忽略物性参数的变化。 （3） 冷却水温度升高后，有人建议将冷却水流率加倍，问此时的热负荷、冷却水出口温度与末升 高时相比如25 °C，试计算换热器的热负荷变化（以 %表示）。 何，计算出热负荷增加或减少的百分数？ (1) Q 2000 363 1000 5 Wh r WcCp(t2 t1 ) 3600 2.01 10 w t2 Wh「 2000 363 1000 16 oWcCp 5000 4.19 1000 50.65 C 2 K i 1740 w/(m oC) t1 110 16 94 oC tm (t1 (94 59. 76.8 oC KA tm i dL tm KA tm 2.01 105 9.6 m i d tm 1740 0.05 76.8 dL 3.14 0.05 9.6 1.5m 2 t2 56.1 升温后 t1 t1 110 25 85 oC t2 t2 110 56.1 53.9 oC 2.01 105 1.81 105 Q 5 9.9% 2.01 10 0.8 20.8 1.74 Q K A tm 2WCp(t2 25) 根据给出数据算得： t2 52.8oC Q K A tm 3027.6 1.5 71.1 3.23 105w (2分) （3分） （1分） （3分） （3分） （2 分）(2 分) t2 42.3 oC t1 tl 110 25 85 °C t2 110 42.3 76.4 67.7 °C t2 < 2 C 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容