化工原理第三版传热习题

1、传热一、填空(1) 在传热实验中用饱与水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于侧得对流传热系数,而壁温接近于 侧流体得温度值。(2) 热传导得基本定律就是_。间壁换热器中总传热系数K得数值接近于热阻 (大、小)一侧得 值。间壁换热器管壁温度tw接近于 值大、小)一侧得流体温度。 由多层等厚平壁构成得导热壁面中，所用材料得导热系数愈小，则该壁面得热阻愈 (大、小),其两侧得温差愈(大、小)。(3) 由多层等厚平壁构成得导热壁面中，所用材料得导热系数愈大，则该壁面得热阻愈_, 其两侧得温差愈 。(4) 在无相变得对流传热过程中,热阻主要集中在,减少热阻得最有效扌昔施就是。(5) 消除列管式换热器温差应力

2、常用得方法有三种,即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构；翅片管换热器安装翅片得目得就是增加面积，增强流体得湍动程度以提高传热系数。(6) 厚度不同得三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知bib2b3,导热系数1 2 100）下即可达到湍流,以提高对流传热系数。19. 在设计换热器时 , 如何安排流量较小得流体得流径 （ 管内或就是管间 ） ？简述 理由。走管间 , 因流体在有折流挡板得壳程流动时 , 由于流速与流向得不断改 变,在低Re值（Re 100）下即可达到湍流,以提高对流传热系数。20. 在列管换热器中 , 拟用饱与蒸气加热空气 , 传热管得壁温接近哪一种流体得温 度？壁温接近

3、饱与蒸气得温度。21. 在列管换热器中，拟用饱与蒸气加热空气，总传热系数K接近哪一种流体得对 流传热系数？总传热系数K接近空气得对流传热系数。22. 在列管换热器中 , 拟用饱与蒸气加热空气 , 如何确定两流体在换热器中得流 径？为什么？空气走管内 , 饱与蒸气走管间 , 以便于冷凝液得排放。23. 污油与汽油换热 , 如何安排两流体得流径 ? 为什么 ?污油走管内 , 汽油走管间 , 便于清洗。24. 为什么内部孔隙多得材料保温效果好 ?因为大量得孔隙中包含着导热系数非常小得气体 ,对导热不利 ,从而起 到了保温得作用。25. 一钢板得黑度为 0、78, 其反射率为多少 ?反射率为 0、22

4、。26. 在强化传热得过程中 , 为什么要想办法提高流体得湍动程度 ?由于对流传热得热阻主要集中在层流底层内, 提高流体得湍动程度能减薄层流底层得厚度 , 可以提高传热效果。27. 在夏季人们为什么爱穿浅色衣服 ?由于在阳光下浅色得衣服反射率较大 , 吸收得热量少 , 使人们不至于感 觉太热。28. 换热器得壳程为什么要安装挡板 ?可以提高壳程流体得湍动程度 , 增强传热效果。29. 虽然大气层包围着地球 , 但阳光仍能照射到地球表面 , 因为空气就是透热体。 此话对吗？为什么？不对, 只有单原子气体与对称双原子气体就是透热体 ,而空气中得二氧 化碳与水蒸气都可以部分地吸收太阳发射得辐射能。3

5、0. 间壁式换热器与混合式换热器得区别就是什么？间壁式换热器就是由固体壁面将冷、热两种流体分开 , 通过固体壁面传 热, 而混合式换热器中则就是将冷、热两种流体直接接触、混合换热。四、计算1、一卧式列管冷凝器,钢质换热管长为3m,直径为25x 2mm水以0、7m/s得 流速在管内流过,并从17C被加热到37C。流量为1、25kg/s、温度为72C烃得 饱与蒸气在管外冷凝成同温度得液体。烃蒸气得冷凝潜热为 315kJ/kg。已测得： 蒸气冷凝传热系数o=8OOW/(mC ),管内侧热阻为外侧得40%,污垢热阻又为管 内侧热阻得 70%,试核算：(1) 换热器每程提供得传热面积 (外表面为基准 )

6、;(2) 换 热管得总根数 ;(3) 换热器得管程数。 计算时可忽略管壁热阻及热损失 ,水得比热 为 4、18kJ/(kg C )解： (1) 换热器每程提供得传热面积 (外表面为基准 ),S1;由题意知,水以0、7m/s得流速在管内流过，欲求S,需先知道每程得管子数， 每程得管子数等于所需冷却水得总流量与单管内水得流量之比。两流体交换得热量为又,则单管内水得流量为：每程所需管子数为：取每程管子数为20,则每程所能提供得传热外表面积为:(2) 换热管得总根数；由所需得总传热面积可求取换热管得总根数由题给数据，则任务所需得传热外表面积为换热管总根数为：取(2) 换热器得管程数。由题意管程数为：2

7、在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气,两流体得进口温度分别为 20C与 110C。在换热器使用得初期，冷却水及空气得出口温度分别为45C与40C,使用 一年后，由于污垢热阻得影响，在冷热流体得流量与进口温度不变得情况下，冷却 水出口温度降至38C ,试求:(1)空气出口温度为多少？ (2)总传热系数为原来得 多少倍？(3)若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体得出口温度各为多少？(水 变化？变为多少？解：使用初期110C40,45 r -20(1) 空气出口温度题意可得:使用初期 使用一年后两式相比(2)/(1),得贝U：=59、6C(2) 总传热系数方程式/(1)式,得：

8、(3) 冷热流体得出口温度一年后(3) 方程式/(3),得：空气)(4)冷却水流量加大后C110C38(1)(2)故,换热器得传热速率有何使用一年后C C -20 C整理前半式得方程又因 , 故 由等比定理 则整理得 ,(6)联立(5) 与(6), 可得 : ,(4) 冷却水流量加大后 , 换热器得传热速率有何变化？变为多少？ 则3有一蒸汽加热器，热方：为饱与蒸汽冷凝，T=100 C ;冷方：为生垢液体升温，。(1) 在测试中 ,维持以上温度条件不变 ,发现蒸汽凝液流量 ,在清洗前后之比为 1：2 。 问 ：a 那些就是控制热阻？管程宜走那一方流体？简述理由 ;b 清洗前 , 污垢热阻约为该时

9、总热阻得多少分数？(2) 在操作中 , 若要求改为维持该加热器得热负荷不变。问： 随着污垢得增加 ,调节饱与蒸汽得温度与生垢液体得流量 , 就是否都能达到要求？简述理由 ( 定 性分析 ) 。注： 冷方流型为湍流、面积基准与物性变化可不考虑以及清洗后得垢阻为零。解：(1) a 垢层就是主要控制热阻 ,其次就是垢层对液体得给热过程 ,因传热过 程得传热量取决于热阻大得一方。管程宜走生垢液体 ,便于清洗,便于增大流速 , 可能减少垢层沉积在管子表面上 ,饱与蒸汽宜在管间 (壳程)走,因流速对饱与蒸 汽冷凝给热系数几乎无影响 , 而饱与蒸汽冷凝得表面又不要求清洗 , 且在壳程流 动易于及时排除冷凝水

10、与不凝性气体。b 维持不变时 ：清洗前传热量(1)清洗后传热量(2)(1) 式与(2) 式比较得：清洗前后总热阻得差值就是污垢热阻所以 %(2) 在操作中 , 调节生垢液体流量 , 企图减少垢层厚度来增加换热量 , 就是不能满 足得 , 因为生垢液体以为湍流 , 再增加流量时 , 所增加得换热量决不能与所需 要得热量相当 , 这时会使出口温度下降。只有调节饱与蒸汽得温度来增加 , 使 其满足热负荷得要求。假设垢层热阻得增加 , 使其换热量减少一半 ,( 换热量再减少即不能操作 ), 这 时蒸汽得温度提高到160C即可满足要求。假设垢层得生成 , 其传热面积得变化忽略不计 , 而传热系数下降一半

11、 , 则推动 力 增加一倍 , 这样即可满足其换热器得热负荷不变。4、有一换热器，管内通90C得热流体，膜系数为1100,管外有某种液体沸腾，沸点 为50C ,膜系数为5800。试求以下两种情况下得壁温:(1)管壁清洁无垢；(2)外 侧有污垢产生 , 污垢热阻为 0、 005解： 忽略管壁热阻 , 并假设壁温为(1) 当壁很薄时 , 根据壁两侧得对流传热方程式可得 ：则2) 同理则由此可知，壁温总就是比较接近热阻小得那一侧流体得温度。5、流量为2000kg/h得某气体在列管式换热器得管程流过,温度由150C降至80C ;壳程冷却用水,进口温度为15C ,出口温度为65C ,与气体作逆流流动,两

12、 者均处于湍流。已知气体侧得对流传热膜系数远小于冷却水侧得对流传热膜系数 管壁热阻、污垢热阻与热损失均可忽略不计,气体平均比热为1、02kJ/kgC ,水得比热为4、17kJ/kg C ,不计温度变化对比热得影响,试求:(1)冷却水用 量;(2)如冷却水进口温度上升为20C ,仍用原设备达到相同得气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？(3)此时得出口水温将为多少？(4)此时得冷却水用量为多少？解:(1)冷却水用量； 如冷却水进口温度上升为20C ,仍用原设备达到相同得气体冷却程度，此时对 数平均温差为多少？原情况新情况(1)(2)因J J换热器与气体得情况未变则J故则 ,( 350K350KA

13、290K295K 290K则又(3)因物性参数不变，则：(1)/(2),并将各参数带入,可得:9现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从420K降到370K,水进口温度为 285K,出口温度为310&设油与水得流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增 加一倍(其它尺寸不变)，求油及水得出口温度。解：420K370K310K285K对体系进行热量恒算，所以，冷却器长度增加一倍后，420KT t2285K假设： 则所以，(3)(1)=(3)1、95=(2)=(4)3、9=解 与(6)方程,得:T 2 =341、74K2(5)t 2 =324、13K NaOH水溶液由 20E预热到60。加热剂为127

14、C得饱与蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换 热器,其规格为 25X 2mm长度为3m;总管数72根。试问库存得换热器能否满足 传热任务？操作条件下，NaOH溶液得物性参数为钢得导热系数污垢热阻总与解:对库存换热器进行传热能力核算其中tm(T ti) (Tt2)t2 t1T InTt2InUT t260 20127 20 In127 6085.4 C蒸汽冷凝宜走壳程,NaOH水溶液走管程。 求管内NaOHK溶液一侧得Redu0.021 0.67 1100410300 101.5 10 3Cp3.77 1031.5103Pr9.750.58L3143 60d0.021、0 8 一 、0 40.580 80 410.023-(Re) (Pr)0.023(10300) .(9.75) .d0.02122560w/m C换热器得传热速率该换热器得热负荷Ql WcCpc(t2 t1) 30 1100 3.77 (60 20) 1382kwL c pc2 u 3600因为所以库存得换热器能够完成传热任务。另一种解法：由传热方程式求得完成传热任务所需要得传热面积为：同上,换热器得热负荷故该库存换热器所提供得传热面积得传热面积为：因为所以 库存得换热器能够完成传热任务。12热气体在套管换热器中用冷水冷