化工原理测考试试题

1、化工原理测考试试题第四章传热主讲教师童汉清1/17化工原理测考试试题1概述一、传热操作的目的1、加热或冷却2、热量回收3、保温，减少热量或冷量的损失二、传热过程中冷热流体的接触方式1、直接接触式传热2、间壁式传热3、蓄热式传热三、传热的基本方式1、热传导静止物质内的一种传热方式，没有物质的宏观位移。2、对流传热流体中质点发生相对位移而引起的热量交换。3、辐射传热热能以电磁波的形式在空间传递。特点：1）绝对零度以上的任何物质均能发生热辐射。2）热辐射不仅是能量的转移，而且发生了能量形式的变化，不需任何物质做传热媒介。本章的学习任务：热量由热流体通过壁面传给冷流体的一系列计算。2/17化工原理测考

2、试试题n0n2、热传导热传导的必要条件：温度差；传热媒介。温度差是传热过程的推动力。一、温度场和温度梯度1、温度场三维温度场：tfx,y,z,一维温度场：tfx,一维稳定温度场：tfx2、等温面温度场内，温度相同的点组成的面为等温面。不同的等温面不会相交。3、温度梯度两等温面间的温度差与其间的垂直距离之比的极限。ttlimn温度梯度的方向以温度增加的方向为正，与传热方向相反。二、傅立叶定律通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比。dQdAtn温度梯度的方向：低温面向高温面传热的方向：高温面向低温面3/17化工原理测考试试题QAtb对于一维稳定的热传导过程，则有：t推动力b阻力A三、导热系

3、数物理意义：温度梯度为1oC/m；导热面积为1m2的情况下，单位时间内传递的热量。标志着物质的导热能力。单位：W/moC导热系数的影响因素：1、物质的种类导热材料（大多数金属）；隔热材料（0.22W/moC）2、物质的状态固体较大；气体较小。3、物质的湿度湿材料较大；干材料较小。4、物质的温度四、平面壁的稳定热传导1、单层平壁的稳定热传导假设：1）平壁材料均匀。2）导热系数不随温度而变。3）平壁内温度只沿垂直于壁面的方向发生变化。4）平壁面积与侧面积相比为无穷大。（侧面散热为零）4/17化工原理测考试试题ttt推动力Q12bR阻力A2、多层平壁的稳定热传导Qt1t4bbb213AAA123总推

4、动力总阻力3、推动力和阻力的加和性RQ总QQQt11231t2R2t3R3ttt12RRR1233t:t:tR:R:R123123例：穿过三层等厚的平壁的稳定导热过程，如图，已知t1=200oC，t2=150oC，t3=120oC，t4=100oC，由图判断导热系数最大的一层为（）。A：第一层B：第二层C：第三层D：不能判断5/17化工原理测考试试题五、圆筒壁的稳定热传导特点：1、温度沿圆筒的径向而变化，等温面为一系列同心的圆筒壁面。2、导热面积因直径不同而不同。3、总传热速率不变，传热通量沿径向变化。则传热速率的计算式为：dtdtQA2rldrdrdtdr2lrQdr2ldtrQr2r1t2

5、t1Qttlnrlnr212l12Qtt1rrrbtttt121212ln2212lrrr2rl1212lmrln2r11rrrbQttttttln2211212122lr2rl2rlA121m2rlln22rl1m2A对数平均半径rrr1rln2r1；对数平均面积AmAA21ln2A1同理，多层圆筒壁的稳定热传导的计算式为：6/17化工原理测考试试题bQb1Am11tt142Am22b3Am33P2126内；Rb内2rlm内内R外b外2rlm外外b外4rlm内外，则R总b若内外内2rlm内内b外4rlm内外b内2rl2m内小b外4rlm外小2b4rlm外小若内外，则R总b内2rlm内内b外4

6、rlm内外b内2rlm内小b4rm外外l2小5b8rlm外小3对流给热一、概述1、对流传热与对流给热对流传热：流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流给热：流体流过固体传热面时，与该面发生的热传导、流体质点间的热传导以及对流传热共同的传热作用。7/17化工原理测考试试题2、自然对流与强制对流自然对流：传热过程中因冷热流体密度不同而产生环流引起的热交换。强制对流：流体在外力作用下产生宏观运动而引起的热交换。二、对流给热过程的计算1、牛顿冷却定律流体被加热：QATtW流体被冷却：QATTw0.0232）0.7Cp式中：为对流给热系数，单位：W/m2oC2、对流给热系数的计算1）无相变低粘度流体在

7、圆形直管内作强制湍流时的du0.8Cpbd流体被加热：b=0.4；流体被冷却：b=0.3应用范围：1）Re100001603）ld504）2水8/17化工原理测考试试题例：某列管换热器由38根252.5mm的无缝钢管组成，苯在管内流动，由20oC被加热到80oC。苯的流量为8.32kg/s，外壳通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的对流给热系数。若苯的流量提高一倍，给热系数有何变化？4传热过程的计算一、热量衡算方程式对于无相变的传热过程：热流体的放热量=W1Cp1（T1T2）冷流体的吸热量=W2Cp2（t2t1）若不计热损失，则有：热流体的放热量=冷流体的吸热量9/17Q总化工原理测考试试题=W1

8、Cp1（T1T2）=W2Cp2（t2t1）二、传热速率方程式Q热T1TWQ壁T1WAtb1wAmQ热Q壁Q热Q总Q热tW2t1A2b1Q总TT1TtttWwWW1A1Am2A2Q总Tt1b1AAA11m22对于平面壁：传热面积A1AmA2A设K111b12则有QKATtKAt平面壁传热速率方程式对于圆筒壁：传热面积以圆管外表面为基准进行计算。设KA外1A内内1b1AAm外外10/17化工原理测考试试题则有QKATtKAt外外圆筒壁传热速率方程式三、总传热系数K1、总传热系数K的物理意义：温度差为1oC时，单位时间内通过单位面积的传热量。单位：W/m2oC2、总传热系数K的来源1）选用实际生产的

9、经验数据。2）实验测定。3）K值的计算。3、提高K值的途径减小热阻；增大流体对流给热系数。例：10;1000则K121111211110100010将提高10倍，则K111111102101000012将1提高10倍，则K111121111001000100当1和2相差较大时，K值取决于较小的对流给热系数，所以，要提高总传热系数值，关键在于从热阻较大的一侧入手，设法增加较小的对流给热系数。11/17化工原理测考试试题四、平均温度差的计算1、恒温差传热壁面两侧进行热交换的冷热流体，其温度不随时间及位置而变化。2、变温差传热采用对数平均值计算平均温度差（传热平均推动力）。1）并流冷热流体流动方向相

10、同。tTt并流平均温度差tm并ttTtTt1211221lnln11tTt2222）逆流冷热流体流动方向相反。tTt逆流平均温度差tm逆ttTtTt1212211lnln12tTt2213）错流冷热流体流动方向垂直。12/17化工原理测考试试题4）折流并流和逆流共存的传热流程。5）错流和折流的平均温度差安德华（Underwood）鲍曼（Bowman）图算法：先按逆流操作算出对数平均温度差，再由曲线图差出校正系数。tmttm/曲线图横坐标P冷流体的温升tt2冷热流体的最初温差Tt111曲线图纵坐标R热流体的温降TT12冷流体的温升tt213、对数平均值与算术平均值tt1tln1t22tt1226

11、.9572例：86868ln628.5743280680680ln64、逆流推动力与并流推动力逆流：245oC175oC160oC120oC13/17化工原理测考试试题tm逆245160175120245160ln175120855568.9oC85ln55并流：245oC175oC120oC160oCtm并245120175160245120ln1751601251051.9oC125ln10例1：在一传热外表面积为300m2的单程列管换热器中，300oC的某气体通过壳方被加热到430oC，另一种560oC的气体作为加热介质。两气体逆流流动，流量均为10000kg/h，平均比热均为1.05k

12、j/kgoC。若换热器的热损失为壳方气体传热量的10%，试求总传热系数K。例2：每小时500的常压苯蒸汽用直立列管换热器加以冷凝，并冷却到30oC。冷却介质为20oC的冷水，冷水的出口温度不超过45oC，冷热流体呈逆流流动。已知苯蒸汽的冷凝温度为80oC，汽化潜热为390kj/kg，平均比热为1.86kj/kgoC，并估算出冷凝段的传热系数为500w/m2oC，冷却段的传热系数为100w/m2oC。试求所需传热面积及冷却水用量。若采用并流操作，所需的冷却水用量为多少？14/17化工原理测考试试题5有相变的流体传热过程一、蒸汽冷凝给热1、蒸汽冷凝给热的特点1）饱和蒸汽与过热蒸汽饱和蒸汽与冷壁面接

13、触后，立即发生相变，放出潜热。过热蒸汽与冷壁面接触后，放出显热，温度下降到饱和温度后才发生相变，放出潜热。2）蒸汽冷凝给热的热阻与推动力饱和蒸汽冷凝给热：蒸汽主体无热阻，热阻集中在冷凝液膜上。过热蒸汽冷凝给热：蒸汽主体有温差（过热温度与饱和温度），则蒸汽主体有热阻。所以过热蒸汽冷凝给热系数比饱和蒸汽冷凝给热系数小得多。2、分类1）膜状冷凝：冷凝液能润湿壁面，并形成完整冷凝液膜沿壁面向下流动。2）滴状冷凝：冷凝液不能完全润湿壁面，在壁面形成液滴。3、冷凝给热系数的影响因素1）不凝性气体的影响产生气膜，增加热阻，减小给热系数。2）蒸汽流速及流向的影响15/17化工原理测考试试题3）流体物性的影响,R等物理性质影响冷凝给热系数。4）冷凝液膜两侧的温度差温度差越大，冷凝液量越多，热阻越大，给热系数越小。5）冷凝