第四章思考题和习题.doc

第四章传热一、思考题1、传热有哪三种方式？各有什么特点？答：热传导、热对流、辐射传热。热传导：又称导热，由于物体内部或两个直接接触的物体之间存在着温度差异时，物体中温度较高的部分的分子因振动而与相邻的分子碰撞，并将能量的一部分传给后者，在热传导中，没有物质的宏观位移。热对流：主要是由于流体质点的位移和混合，将热能由一处传至另一处，对流传热往往伴有热传导。热辐射：是一种通过电磁波传递能量的过程，只要你绝对温度不为零度，就会以电磁波的形式向外辐射热量，且不依靠任何介质。2、导热和对流传热各发生在什么场合？答：导热发生在物体内部或两个物体直接接触，且存在温度差异的场合；对流传热通常发生在流体质点有位移和混合的场合，工程上主要是流体和固定壁面之间的传热。3、在间壁式传热过程中，热量通过几种传热方式从热流体传向冷流体？答：冷流体靠对流传热将热量传给管壁，在管壁中靠热传导将热量从一侧传至另一侧，再靠对流传热将热量从管壁传给冷流体。因此，三种传热方式均存在。4、当你站在火炉面前取暖时，你会感到暖和，热量是如何传递给你的。答：是以热辐射的形式传导的，火炉的热量转换为电磁波向空气中传播，当传导至人体身上被人体吸收后，又重新转换为热能。5、传热基本方程式Q=kAtm，表明什么含义？如何表达传热的推动力和阻力？答：单位时间内的传热量Q，即传热速率与传热面积A和两流体的温度差tm及总传热系数正正比。传热基本方程可演变为Q=tm/(1/kA)，其中tm为推动力，1/kA为传热阻力.6、传热过程的热负荷和传热速率各表示什么含义？两者有什么关系。答：热负荷是指生产上要求流体温度变化而吸收或放出的热量。传热速率是指单位时间内通过传热面得热量，其单位是W。传热速率=热负荷/时间7、写出傅立叶定律的表达式。并说明各项的单位。答：傅立叶定律：q=A/（t1-t2）。热通量q的单位是W/m2，热导率的单位是J/(smK)，壁厚单位是m，两壁面温度t1、t2单位是K。8、用导热知识说明：北方两层窗保暖；暖水瓶装水不满易保温。答：由于两层窗中间的空气层传热系数非常小，且两层窗增加了传热厚度，根据傅立叶定律可知q值要比一层窗时小的多；暖水瓶装水越满，与瓶壁直接接触的面积越大，热传导面积也越大，根据傅立叶定律，这将导致q值也相应增大。9、在多层平壁和多层圆筒壁的导热过程中，各层热阻、推动力和总推动力与总热阻、推动力之间有什么关系？答：多层平壁及多层圆筒壁导热的总热阻等于各层导热热阻之和，其导热过程的总推动力为总温差。10、为什么生产中用的隔热材料必须采取防潮措施？答：由于水的导热系数=0.58W/mK，远大于空气，故材料含水率增加后其导热系数将明显增加，若受冻（冰=2.33W/mK，）则导热能力更大，受潮后将严重影响隔热材料的保温性能。11、单层平壁和单层圆筒壁的导热有什么不同？单层圆筒壁的导热热阻如何表示？导热推动力为t1-t2，其中t1、t2各指何处温度？答：单层圆筒壁的导热与单层平壁导热的不同之处在于圆筒壁的传热面积不是常量，随半径而变；同时温度也随半径而变。单层圆筒壁的热阻=A均（r外-r内）/，t1、t2分别为圆筒的内外壁温度。12、影响给热系数的诸多因素主要影响对流传热过程中的什么问题？答：流体流动状况13、为什么说污垢的存在加大了传热热阻？答：因为总的传热热阻R=R内+ R导+R外+R垢内+R垢外，而一般污垢层虽然很薄，但其热阻确很大，因此污垢的存在加大了总的传热热阻。14、在计算传热系数k时，什么情况下可以忽略管壁的热阻？什么情况下可以将圆筒壁按平壁处理？答：一般管壁为金属材料构成时，对传热不起控制作用，可以忽略管壁的热阻。对于管壁较薄，直径较大（即d外/d内2时）可按平壁处理。15、设备的热损失的大小与哪些因素有关？有人说“保温层厚度越大，对保温绝热越有利。”你怎么看待这种说法？答：设备的热损失由壁面以对流和热辐射两种形式散失，热损失的大小与壁面面积，壁面与周围介质的温差，周围介质的导热系数及对辐射热的吸收能力等有关。有人说“保温层厚度越大，对保温绝热越有利。”这句话是不准确的，从热损失角度来看，增加保温层厚度有利，但增加保温层厚度会使保温工程投入增大，而且热损失并不是随保温层厚度的增加而按比例的减小。16、当间壁两侧流体均无相变时，试写出计算冷热流体有效平均温度差的普遍公式，并说明为什么工程上的换热器不都采用逆流的原因。答：当t大/t小2时，tm=（t大+t小）/2当t大/t小2时，tm=（t大-t小）/ln（t大/t小）.如果在流体的温度有所限制，例如冷流体的加热温度不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，此时适宜采用并流操作。17、当流体换热过程中无相变时，如果想提高给热系数，可以采取哪些措施？答：、增加流体速度改变流动条件，使之形成湍流在流体有相交的换热器中，应采用一些积极的措施，尽量减少冷凝液膜的厚度采用热导率较大的液体作为加热剂或冷却剂。18、强化传热的途径有哪些，可采取什么措施？答：1.增大传热面积A，设法增加单位体积内的传热面积，例如用螺纹管代替光滑管，或在圆管上加翅片。2、提高冷热流体间的平均温差，提高热载体温度或降低冷流体温度，此外尽量采用逆流操作3、提高传热系数K。、增加流体速度改变流动条件，使之形成湍流在流体有相交的换热器中，应采用一些积极的措施，尽量减少冷凝液膜的厚度采用热导率较大的液体作为加热剂或冷却剂。19、用列管换热器预热原油走管内、加热蒸汽走管外，使用一段时间后，发现传热效果不好，请找出原因，并采取相应的措施。答：为增强换热效果，宜将原油改为走管外，因为原油的粘度较大，在管内为滞流状态，改在管外时，利用折流挡板的作用使之倾向于湍流，以提高对流传热系数。20、有一使用不久的金属管换热器，发现传热效果不好，请问有什么措施可以提高？答：若开始使用效果尚可，使用一段后效果变差，预计是由于金属管换热器管壁污垢热阻所致，可定期检查除垢；同时在工艺条件允许的情况下，提高易结垢流体的流速，减少结垢的产生。21、在列管换热器中，用饱和水蒸汽走管外加热管内的空气。试问：传热系数接近于哪种流体的对流传热系数？壁温接近于哪种流体的温度？答：因为空气的给热系数比蒸汽的小，故总传热系数接近于空气的对流传热系数。同时因蒸汽的给热系数大，故壁温接近于蒸汽的温度。22、在列管换热器中，欲加大管方和壳方的流速，可采用什么措施？会产生什么影响？答：管外加设挡板或管内增加流体的转折次数，均可提高流体的流速。但流速的提高，流体阻力也相应的增加。23、间壁式换热器有哪些种类？试比较其优点和使用场合。答：管式换热器、板式换热器、翅片式换热器。管式换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备，主要优点是结构简单，制造材料范围较广，操作弹性较大。板式换热器优点是结垢紧凑，单位体积设备提供的换热面积大，总传热系数高，缺点是处理量不太大，操作压强较低，一般低于1.5MPa。翅片换热器结构紧凑，总传热系数高，传热效果好，且适应性强、操作范围广，缺点是设备流道小，故易堵塞，而且增大压强降，同时要求介质对铝不发生腐蚀。24、固定管板式列管换热器在结构上有什么特点？为什么要采用温差补偿装置？目前工程上采用了哪些热补偿措施？答：其特点是两端管板和课题连接成一体。由于冷热流体温度不同，外壳和管子的温度必有差异，这种差异使外壳和管子的热膨胀不同，情况严重时可损坏设备，因此要设备温差补偿装置。采用的措施有：浮头补偿、补偿圈补偿、U形管补偿。25、什么是热负荷？试说热负荷与传热速率之间的关系。答：见第6题。26、在列管换热器中，采用多管程的目的是什么？怎样 来确定其管程数？答：为了提高管内流体的流速，增大传热系数。管程数m可按下式计算，即：m=u/u，u-管程内流体的适宜流速，u-管程内流体的实际流速。27、什么叫着加热剂和冷却剂？工程上常用来做加热剂和冷却剂的物质有哪些？答：物料在换热器内被加热或冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热量，此种流体称为热载体，其中起加热作用的载热体称为加热剂；起冷却作用的载热体称为冷却剂。常用加热剂有：饱和水蒸汽、热水、矿物油、有机载热体、熔盐、烟道气、电加热。常用冷却剂：水、冷冻盐水、空气等28、说明化工生产中节能（热）工作的重要性，并指出目前工程上采用了哪些措施？答：近10多年来，随着资源紧张，能源价格不断上涨，回收废热和节省能源已经成为降低生产成本的重要措施之一。利用提高传热设备的制作技术，在保证传热效果良好的情况下，使所需设备结构紧凑，降低设备费用；高温或冷温的设备管道的隔热，减少热量散失；充分回收利用工艺介质的废热等。29、保温材料应具备哪些条件?答：（1）、具有较小的热导率，一般0.23W/(mk)（2） 、孔隙率大，单位体积的质量小（3）、温度变更或机械振动不易损坏（4）、价格低廉，易于获得30、列管换热器有哪些热补偿办法？答：浮头补偿、补偿圈补偿、U形管补偿。31、日常见到的流体输送流体的管道如何进行热补偿？你见过几种？答：主要是利用管道弯曲管段的弹性变形或在管道上设置补偿器。32、如何选用列管换热器？答：、根据操作条件和流体的性质选择换热器的结构形式、确定流体在换热器内的流入空间（管间或管外）、计算热负荷、一般