传热练习题2_化工原理(25页).doc

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1、-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=0.8，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、膜系数越（ ），液体核状沸腾时，t越大，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：（

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

3、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

4、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（ ），（ ）。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。25、 沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（ ），沸腾传热系数越（ ）。26、黑体的表面温度提高一倍，则黑

5、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

6、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）

7、。 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232mm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1=700w

8、/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0；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0=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t2B、空气冷凝量有何变化? （忽略管壁热阻及换热器的热损失）例4-1某平壁厚度为0.37m，内表面

9、温度t1为1650，外表面温度t2为300，平壁材料导热系数（式中t的单位为，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：设壁厚x处的温度为t，则由式可得：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。（2）导热系数按变量计算 由式得：或积分得（a）当时，代入式a，可得：整理上式得：解得：上式即为当随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，

10、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，但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值），再利

11、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t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3绝热砖和普通砖间界面温度。，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59.50.1429绝热转805.11.933普通砖117.40.2815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

12、。保温材料的 (t的单位为。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r3=0.141m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252。5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆气流流动。已知管内侧空气的i为50W/（m2）,管外水侧的0为1000W/（m2

13、），钢的为45 W/（m2）。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。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i提高一倍；（2）将0提高 一倍。试分别计算K0值。解：（1）将i提高一倍所以（2） 将o提高一倍所以计算结果表明，K值总是接近热阻大的流体侧的值，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

14、下，应提高 空气侧的，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.25kg/s,平均比热为1.9kJ/（kg.）。若换热器的总传热系数为470 W/（m2），试求换热器的传热面积。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：1-4型列管换热器的对数平均温度差，先按逆流计算，即：温度差校正系数为：由图查得：所以故例4-7在传热外表面积S0为300m2的单程列管换热器中，300的某种气体流过壳方并被加热到430。另一种560的气体作为加热介质，两气体

15、逆流流动，流量均为1104kg/h,平均比热均为1.05kJ/(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。例4-8在一传热面积为15.8的m2的逆流套管换热器中，用油加热冷水。油的流量为2.85kg/s、进口温度为110；水的流量为0.667 kg/s、进口温度为35。油和水的平均比热分别为1.9及4.18kJ/(kg.)。换热器的ZO总传热系数为320W/（m

16、2）。试求水的出口温度及传热量。解：本题用-NTU法计算故水（冷流体）为最小值流体。查图得 =0.73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2.5kg/s的水从35加热到85。热气体的温度由200降到93。水在管内流动。已知总传热系数为180W/(m2)，水和气体的比热分别为4.18和1.09kJ/(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-NTU法计算。（1）由原水流量求换热器的传热面积其中所以

17、（2）水流量减小后传热量的变化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：例4-10在200kPa、20下，流量为60m3/h的空气进入套管换热器的内管，并被加热到80，内管的直径为573.5mm,长度为3m。试求管壁对空气的对流传热系数。解：于附录查得50下空气的物理性质如下：，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，可用该式求算o且气体被加热，取

18、n=0.4，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（25%CaCl2溶液）以0.3m/s的流速流经一套管换热器的内管，已知内管的内径为21mm、长度为3.0m。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25%CaCl2溶液在5下物性如下：，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，故可用下式进行计算，即：盐水的出口温度由下式求得：即解得原假设的盐水平均温度与计算结果比较接近，不再重复试算。例4-12在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10加热到50。预热器由一束长为1

19、.5m、直径为891.5mm的错列直立钢管组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15排，每排管子数目相同。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。试求管壁对空气的平均对流传热系数。解：于附录查得空气在30时的物性如下：， 所以空气流过10排错列管束的平均对流传热系数可由下式求得：空气流过15排管束时，由表查得系数为1.02，则：表 式的修正系数排数12345678910121518253575错列0.480.750.830.890.920.950.970.980.991.01.011.021.031.041.051.06直列0.640.800.830.900.920.940.960.980.99

20、1.0 例4-13在一室温为20的大房间中，安有直径为0.1m、水平部分长度为10m、垂直部分高度为1.0m之蒸汽管道，若管道外壁平均温度为120，试求该管道因自然对流的散热量。解：大空间自然对流的可由式计算，即：，该温度下空气的有关物性由附录查得：，（1）水平管道的散热量Q1其中所以由表查得：，所以表 式中的c和n值加热表面形状特征尺寸（GrPr）范围cn水平圆管外径do1041090.531/410910120.131/3垂直管或板高度L1041090.591/410910120.101/3（2）垂直管道的散热量由表查得：，所以蒸汽管道总散热量为：例4-14饱和温度为100的水蒸气，在外径

21、为0.04m、长度为2m的单根直立圆管外表面上冷凝。管外壁温度为9。试求每小时的蒸气冷凝量。又若管子水平放置，蒸气冷凝量为多少？解：由附录查得在100下饱和水蒸气的冷凝潜热约为2258kJ/kg。由附录查得在97下水的物性为：，（1）单根圆管垂直放置时 先假定冷凝液膜呈滞流，由式知：由对流传热速率方程计算传热速率，即：故 蒸气冷凝量为：核算流型：（滞流）（2）管子水平放置时 若管子水平放置时，由式知：故所以核算流型：（滞流）例4-15甲苯在卧式再沸器的管间沸腾。再沸器规格：传热面积So为50.7m2；管束内径为0.35m，由直径为192mm、长为5m的管子所组成。操作条件为：再沸器的传热速率为

22、9.20105W；压强为200kPa（绝压）。已知操作压强下甲苯沸点为135、气化潜热为347kJ/kg。甲苯的临界压强为4218.3kPa。试求甲苯的沸腾传热系数。解：甲苯沸腾传热系数可由下式计算，即：其中又所以校核临界热负荷qc：即且（在0.010.9范围内）例4-16在列管换热器中，两流体进行换热。若已知管内、外流体的平均温度分别为170和135；管内、外流体的对流传热系数分别为12000W/(m2)及1100 W/(m2)，管内、外侧污垢热阻分别为0.0002及0.0005 m2/W。试估算管壁平均温度。假设管壁热传导热阻可忽略。解：管壁的平均温度可由下式计算，即： 或解得：计算结果表

23、明，管壁温度接近于热阻小的那一侧流体的流体温度。例4-17车间内有一高和宽各为3m的铸铁炉门，其温度为227，室内温度为27。为减少热损失，在炉门前50mm处放置一块尺寸和炉门相同的而黑度为0.11的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。解：（1）放置铝板前因辐射损失的热量 由下式知：取铸铁的黑度本题属于很大物体2包住物体1的情况，故所以（2）放置铝板后因辐射损失的热量 以下标1、2和I分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的温度为TiK，则铝板向房间辐射的热量为：式中所以（a）炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热，故放置铝板后因辐射损失的热量为：式中，所以（b）当传热达到稳定时

24、，即解得将Ti值代入式b，得：放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为：由以上计算结果可见，设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法，而且挡板材料的黑度愈低， 挡板的层数愈多，则热损失愈少。例4-18平壁设备外表面上包扎有保温层，设备内流体平均温度为154，保温层外表面温度为40，保温材料的导热系数为0.098W/(m)，设备周围环境温度为20。试求保温层厚度。假设传热总热阻集中在保温层内，其它热阻可忽略。解：由下式知，平壁保温层外辐射-对流联合传热系数为：单位平壁面积的散热量为：因传热总热阻集中在保温层内，则：所以保温层厚度为：例4-19 105的400kg甲苯盛在安装有蛇管的容器内。蛇管的外表面积

25、为3.2m2，管内通有13的冷水。基于管外表面结的总传热系数为225 W/(m)。经过若干时间测得甲苯被冷却到25，而相应的水出口温度为18。操作过程中甲苯和水的平均比热分别为1.8kJ/(kg)和4.19 kJ/(kg)。试求水的流量W2和冷却时间。假设换热器的热损失可以忽略。解：（1）水的流量W2 冷却过程结束瞬间的热衡算及传热速率方程为：整理上式得：（2）冷却时间 设定某时刻，甲苯温度为T，水的出口温度为t，经d后，甲苯温度变化dT，则d时间内的热衡算式为：整理上式得：（a）积分上式即可求出时间，但需要找出某瞬间T和t的关系。列任一瞬间的热衡算及传热速率方程，得：故或整理上式，得：（b）将式b代入式a，并积分得：-第 27 页-