第一章作业答案.doc

思考题：1、传热的基本方式有哪几种？答：分为三种，热传导，热对流和辐射热传导 热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之相接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。热对流流体中质点发生相对位移而引起的热量传递，称为热对流，对流只能发生在流体中。热辐射辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原因而发出辐射能的过程，称为热辐射。 2、流体换热的基本方式有哪些？答：主要分为三种：直接接触式传热，蓄热式换热和间壁式换热。直接接触式传热 直接接触式传热的特点是冷、热两流体在换热器中以直接混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。 蓄热式换热 蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，达到两流体换热的目的。间壁式换热 间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。3、流体传热的基本准则方程式为努赛尔准则，与哪些无因次方程有关？答：根据量纲分析努赛尔准则数与雷诺数、普兰特数和格拉肖夫数有关4当换热管分别为短管时和螺旋管时，换热系数增加还是减少，为什么？答：对于短管。入口效应，边界层变薄，换热得到强化。换热系数增加。对于螺旋管或者弯管。由于拐弯处截面上二次环流的产生，边界层遭到破坏，因而换热得到强化，需要引入修正系数，换热系数增加。5、当出现大温差加热流体时，分别对于气体和液体，换热系数增加还是减少，为什么？答：当流体与壁面之间的温差出现大温差时，一般对气体超过50，对水超过30 ，对油超过10 超过上述温差时，气体被加热粘度增大，换热能力减小；液体加热时，液体粘度减小，换热能力增大。6、什么是对数平均温差，算术平均温差和积分平均温差，它们之间的联系和区别是什么？答：由于计算结果表达式中包含了对数项，我们称之为对数平均温差，例如我们将顺流和逆流情况下对数平均温差写成如下统一形式平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即积分平均温差的形式。按比热不同分段按温度等分段可得算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当 时，两者的差别小于4；当 时，两者的差别小于2.3。当流体的比热随温度变化不大时，采用对数平均温差。当流体的比热随温度变化较大时（大于2-3倍时），采用对数平均温差计算，误差较大，这时应该采用积分平均温差。7、效能数和单元数的定义?答：实际情况的传热量q总是小于可能的最大传热量qmax，我们将q/qmax定义为换热器的效能，并用 e 表示，即KA/Wmin在一定程度上表征了换热器综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义为传热单元数NTU8、热交换器计算方法的优缺点比较？答：对于设计性热计算，采用平均温差法可以通过的大小判定所拟定的流动方式与逆流之间的差距，有利于流动方式的选择。而在校核性传热计算时，两种方法都要试算。在某些情况下，K是已知数值或可套用经验数据时，采用传热单元数法更加方便假设的出口温度对传热量Q的影响不是直接的，而是通过定性温度，影响总传热系数，从而影响NTU，并最终影响 Q值。而平均温差法的假设温度直接用于计算Q值，显然e-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感，这是该方法的优势。计算题：1、一换热器用100的水蒸汽将一定流量的油从20加热到80。现将油的流量增大一倍，其它条件不变，问油的出口温度变为多少？注：解：根据题意，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，油为热容值小的流体因此根据效能数和单元数的关系可得：现将油的流量增大一倍，其它条件不变，单元数减小为原来的0.5倍，因此可得2、某换热器用100的饱和水蒸汽加热冷水。单台使用时，冷水的进口温度为10，出口温度为30。若保持水流量不变，将此种换热器五台串联使用，水的出口温度变为多少？总换热量提高多少倍？ 解：根据题意，将换热器增加为5台串联使用，将使得传热面积增大为原来的5倍，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，水为热容值小的流体，因此 因此根据效能数和单元数的关系可得：现将传热面积增大为原来的5倍，单元数增大为原来的5倍，根据热平衡式，对于冷水，热容值不变，温差增大的倍数为换热量增加的倍数： 3.一用13水冷却从分馏器得到的80的饱和苯蒸气。水流量为5kg/s，苯汽化潜热为395 kJ/kg，比热为1.758 kJ/kg，传热系数为1140 W/m2。试求使1 kg/s苯蒸气凝结并过冷却到47所需的传热面积(1)顺流；(2)逆流。解：根据题意(1) 顺流时由于有相变传热，因此比热不同，需要分段计算平均传热温差。1)在苯相变冷凝段：根据热平衡式，苯的放热量：在相变段，水吸收热为Qln可得：平均温差为2)在苯冷却段在苯冷却段，水吸收热为Qlq可得：平均温差为总的平均温差为根据传热方程式：可得(2) 逆流时由于有相变传热，因此比热不同，需要分段计算平均传热温差。1)在苯冷却段在苯冷却段，水吸收热为Qlq可得：平均温差为2)在苯相变冷凝段：根据热平衡式，苯的放热量：在相变段，水吸收热为Qln可得：平均温差为总的平均温差为根据传热方程式：可得4.有一蒸汽加热空气的热交换器，它将流量为5kg/s的空气从10加热到60，空气与蒸汽逆流，其比热为1.02KJ/(kg),加热蒸汽系压力为P=0.3Mpa,温度为150的过热蒸汽，在热交换器中被冷却为该压力下90的过冷水，试求其平均温差。（附：饱和压力为0.3MP,饱和蒸汽焓为2725.5KJ/kg，饱和水焓为561.4KJ/kg.150时，水的饱和温度为133，过热蒸汽焓为2768 KJ/kg，90时，过冷水的焓为377 KJ/kg）解：由于蒸汽的冷却存在着相变，因此在整个换热过程中，蒸汽的比热不同，在整个换热过程中的平均温差应该分段计算再求其平均值。将整个换热过程分为三段：过热蒸汽冷却为饱和蒸汽所放出的热量Q1，相变过程的换热量Q2，从饱和水冷却到过冷水所放出的热量Q3Q=M2C2(t-t)=51.0250255KJ/s；根据热平衡蒸汽耗量M1=Q/(i-i)=255/(2768-377) =0.1066kg/s因为在热交换器换热过程中存在着两个冷却过程和一个冷凝过程，因而将之分为三段计算。Q1= M1(i-i)=0.1066(2768-2725.5)=4.531 KJ/s Q2= M1(i-i”)=0.1066(2725.5-561.4)=230.693 KJ/sQ3= M1(i”-i)=0.1066(561.4-377)=19.657 KJ/s因为Q3M2C2(tb-t)，可得tb19.567/(51.02)+10=13.837因为Q2+ Q3M2C2(ta-t),可得ta250.47/(51.02)+10=59t1=(150-60)-(133-59)/ln(150-60)/(133-59)=81.7t2=(133-13.837)-(133-59) /ln(133-13.837)/(133-59