化工原理第四章题库与解答

（一）选择题1、关于传热系数K下述说法中错误的是（）A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值；B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异；C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D、要提高K值，应从降低最大热阻着手；答案C2、揭示了物体辐射能力与吸效率之间关系的定律是（）。A、斯蒂芬波尔兹曼定律；C、折射；B、克希霍夫；D、普郎克；答案B3、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。、高压流体；、蒸汽；、易结垢的流体；、腐蚀性流体；、粘度大的流体；、被冷却的流体；答案、；、4、影响对流传热系数的因素有。A、产生对流的原因；B、流体的流动状况；C、流体的物性；D、流体有无相变；E、壁面的几何因素；答案A、B、C、D、E5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是A、不可行的；B、可行的；C、可能行，也可能不行；D、视具体情况而定；答案A解原因是流量不变2DU常数当管径增大时，A/L，08218/DBD增大时，增大，综合以上结果，18A，管径增加，A下降根据21PMCTKMT对于该系统21LNTT即12LNPCATT则T本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式0823REPRNUN，即物性一定时，082/UD。根据连续性方程，流量不变时，24VDU常数，所以管径变化，管内流速也发生变化。管间用饱和水蒸气加热，热阻小，可以忽略不计，总热阻近似等于管内传热热阻，即K6、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（）。A、；B、；C、；D、；冷流体热流体水气体水沸腾水蒸气冷凝水水水轻油答案D7、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法加热器应置于该空间的上部；冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（）。A、这两种说法都对；C、第一种说法对，第二种说法错；B、这两种说法都不对；D、第二种说法对，第一种说法错；答案B8、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。A、；C、；B、；D、；空气流速为30M/S时的A；水的流速为15M/S时的A；蒸汽滴状冷凝时的A；水沸腾时的A；答案C9、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。A、管避热阻；B、污垢热阻；C、管内对流传热热阻；D、管外对流传热热阻；答案B10、在冷凝器中用水冷凝苯蒸汽，水走管程，其雷诺数4102ER,此时对流传热系数为。若将水的流量减半，其对流传热系数（）。A、1/280；B、A，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。3、将流量为2200KG/H的空气在蒸汽预热器内从20加热到80。空气在管内作湍流流动，116的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加20，而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才能完成新的生产任务请作出定量计算（要求换热器的根数不作变化）。分析由传热基本方程MQKAT着眼考虑空气流量增加20而进出口温度不变，即Q增加20。因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数,所以总传热系数K接近空气的CS2CS2CS2水水冷却段冷凝段K1K2对流传热系数。空气流量增加后，总传热系数增大，但其增大的幅度不能满足热负荷增大的要求，故可以改变的只有TM及A。解空气蒸汽，又管壁较薄可忽略其热阻空气K40824084/3PRRE023RPDWSD空气在物性不变的前提下810CA空气AMMTDLNTAKQ由题意，N为常数将（A）式代入802TWA（B）（A）、（B）二式中1C、均为比例系数。设“1”，“2”分别代表工况改变前后的情况，由（B）式121212802808080MATDLTWQ已知112B比较（A）、（B）二式得将已知数据代入增加冷凝量为即蒸气冷凝量增加了64。此例可以帮助我们加深对控制热阻的理解。由于原来的冷却水出口温度已经很低，冷却水流量加倍后，平均温差即传热推动力增加很少，这可由2T与的比较看出。但因蒸气冷凝给热系数远大于冷却水的对流传热系数，所以管内对流传热热阻就成为整个冷凝过程的控制热阻。冷却水流量加倍后，管内对流传210LNTAKKTTM21012LN064579034803LN2TC164130212TWQCP热系数增大到原来的082174倍，控制热阻相应降低，导致总传热系数几乎以与管内对流传热系数相同的幅度增大，结果使冷凝液大量增加，由此可见，降低控制热阻，是增大传热速率的一个重要途径。4、废热锅炉由25MM25MM的锅炉钢管组成。管外为水沸腾，绝对压强为28MPA，管内走合成转化气，温度由550降至450。已知转化气一侧，21/50MW）水侧20/1MW）。若忽略污垢热阻，求换热管的壁温WT及T。解方法一（1）先求总传热系数（以管子内表面为基准）KI242W/M2（2）平均温度差28MPA下水的饱和温度为230。（3）热通量（4）管壁温度1）先着眼于管内的对流传热。由牛顿冷却定律又2395016IWQT再眼于管外的对流传热12330TW方法二1先求传热过程的总热阻及分热阻（基于内表面）0849502512251032DBRKRIMII000413/W2再求管壁温度在连续传热过程中，温降与热阻成正比。故RTTW1T3已知T2300CT2450500TWT1T3950435041308952512251OIMIIIDBKC73MT2KW/M6MIIITAQQ2/72OIOOTDKWIITC4TWT3TTR2350504182两种解法结果相同分析由于管内外水沸腾传热系数较大，管内合成转化气对流传热系数相对要小得多,所以壁温接近水的温度。又因为管壁的热阻较小，所以温降也小，也就是说管壁两侧温度比较接近。两种方法略作比较可以发现，第二种方法更简捷、直观。壁温的估算对工程技术人员十分重要。无论选择换热器类型还是选定换热器都需要知道壁温，一些对流传热系数的计算也需要知道壁温。5、在列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走完程，空气走管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将1空气的压强加倍；2传热管的数目加倍试估算/TM将如何变化解（1）蒸汽空气K空气由QKATM得Q/AT空气REDGU由上可知，当压强加倍后，管内空气的，U将有所改变，具体说增大U减少，但质量流速GU不变。即REDG不变。又RPC不变不变Q/TM亦不变化（2）传热管数目加倍。传热管数目加倍，则传热面积A加倍；但流通面积增大1倍后，流速相应减少1倍，管内对流传热系数减至原来57408。倍。12/1212TQM）（）（6、平均温度为270的机油从一108MM6MM的钢管中流过。已知油对管壁的对流传热系数为340W/M2，大气温度为12。试求1每米管长的热损失；2若管外包以导热系数为0045W/M，厚度为20MM的玻璃棉作保护层，此时的热损失又为多少假设管壁及污垢热阻可以忽略不计，外壁对空气的对流辐射联合传热系数可用AT8005TW来计算。其中TW表示壁温，；T的单位为W/M2。解（1）设油和空气的温度分别为T1、T2。从热油和空气的传热来看QKAT1T2欲求Q必先知K，而K又与T有关。由T的计算式可以看出，求解TW是关键。但从外壁对周围环境的联合传热方程QTTATWT分析，要想求得TW又须知QT。如此应采取试差法求解。设未保温时管外壁温度为265则T8005265213W/M2每米钢管的外表面积ADL314010810339M2散热量QTTATWT2130339265121827W校核壁温由QKAT1T2其中32140TK00499（M2）/WK20W/M2又Q200339270121753W稳定传热时，QT应等于Q；现QTQ，说明假设的壁温偏高。重设TW250T8005250205W/M2KQT20500339250121654W校核壁温50134K00517M2/WK193W/M2KQ1930339250121688WQTQ,说明所设壁温合理。故每米钢管的损失约为21681671W。2设保温后外壁温度为50T800550105W/M2此时每米管长的外表面积AT010800410465M2散热量QT10504655012186W校核壁温由于增加了保温层的热阻B，总热阻04521341KT0543M2/WK184W/M2传热面积取保温层内、外表面积的平均值A4650390402M2QKAT1T2184040227012190WQQT，说明所设壁温合理。故保温后每米钢管热损失仅有219086188W，为不保温时的1678113。分析比较保温前后可以看出保温前总热阻为00517M2/W，保温后总热阻为0543M2/W，大了一个数量级；保温前钢管外壁温度为250，保温后保温层表面温度降至50，下降了200。本例提示我们高温设备经保温可极大限度地减少热损失，因此是十分必要的。7、用传热面积1A2M的蛇管加热器加热容器中的某油品，拟将油温从01TC升至CT802。已知加热器的总传热系数/202CMWK，油品质量KGM5，比热容/KGJCP。容器外表面散热面积1S,空气温度2T,空气与器壁的对流传热系数/02C，加热蒸汽的压强为KPA。试求（1）所需加热时间；（2）油品能否升至C90。不考虑管壁热阻及油与壁面的对流传热热阻。分析显然，这也是个不定态的问题。蒸气通过蛇管加热器使油品不断升温，当油品温度超过容器外空气温度后在自身升温的同时又不断向器外空气散热。器内器外传热推动力都随时间不断变化。但不管情况如何改变，热平衡关系却总是成立的。因此，求解本题的关键在于找出其间这样一个平衡关系蒸气的加热速率等于油品的吸热速率与容器向外散热速率之和。又油温升高的过程即为器壁向环境散热量不断增加的过程，直至这两个过程速率相等。此时的油品温度即为其可能达到的最高温度。解油品从C20升至8所需时间查表得，250KPA时蒸气的饱和温度TA127蛇管加热器的传热速率TKQH1式中T任一瞬间油品温度，油品的吸热速率DTMCP器壁的散热速率A2由热平衡关系ACH故TDTTTKAPS2将已知条件代入20110512703TDTT整理TD98634积分020896LN34QHS1782油品可能升至的最高温度令加热器的传热量与器壁的散热量相等即TATTK21代入数据0120解之T8699,所以此蒸汽能满足传热要求。19、有一套管式换热器，甲流体（走管间）和乙流体（走管间）在其中逆流换热。生产要求将流量为810HKG/的甲流体（KGKCALCP/80）从120冷却至70，管壁的对流膜系数MKCAL210，并可视作不变。乙流体由20被加热至50。35的水的粘度为072P，已知内管内径为00508M，乙流体的平均流速为015SM/，管内壁对乙流体的对流传热膜系数HL22/67，内管两端压强差为P。如果管壁及污垢热阻不计，流体的物性常数及摩擦力系数均可视为常数。求当此换热器内管两端压强差经调节增至3P时，完成这一传热过程所需的传热面积。解当内管压强差为P时，2UDL内管压强差为3时，SMUU/26015243720958DRE湍流当内管压强差为3/SP时，管内流动也肯定为湍流则HMKCALU280802/97415267LK21/又由原工况1221TCWTPP可得057080PHKCALCWP/2热流体的流量，进出口温度不变（生产要求）121TTP085067802T解得32T平均温差6520731LNLN121TTM则由MPKACW21P可得8A760A20、有一换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为25和70，热流体进出口温度分别为150和100。若在两种流体流量和进出口温度均不变的条件下，将并流操作改为逆流操作，试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化（定量说明）计算时可视为CP和K常