化工原理传热复习

传热（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（）。A、高压流体； E、蒸汽； C、易结垢的流体；D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体；答案：A、C、D;E、E、F4、 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、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、管壁热阻； 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：B6、 关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（ ）。A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过；B热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围；C热射线和可见光一样，都服从折射定律；D物体的温度不变，其发射的辐射能也不变；答案：A7、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C,出口温度为50C,冷水进口温度为15C,出口温度为53C,冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的（ ）。A5% B、6% C、7% D、8%答案：A解.由 Qh=WhCph（Ti—T2）Qc=WcCpc（ti—12）Qh—Qc （Ti—T2）-化-ti）（90-50）—（53-15）40-38TOC\o"1-5"\h\z= = = =0.05得 Qh T|-T? 90-50 408、在常压水蒸气冷凝加热空气，空气平均温度为 20C，则壁温约为（ ）A、20C; B、100C; C、60C; D、49.7C。答案：B

9、为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是（A、表面光滑，颜色较浅； E、表面粗糙，颜色较深；C、表面粗糙，颜色较浅； D、表面光滑，颜色较深；答案：A（二） 填空题1对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的 和边界层外的 合并考虑，并命名为给热。答案：热传导；对流传热2、给热是以 和 的差作为传热推动力来考虑问题的。答案：流体的平均温度；壁面温度3、金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ，随其温度的升高而 答案：增大；减小4、对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对流传热的重要途径。答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度5、在’、"、'、Cp这4个物性参数中，若 值大，对流传热系数-就增大；若 值大，对流传热系数:就减小。答案：'、Cp、-；6、黑体的表面温度从300C升至600C,其辐射能力增大到原来的 倍.答案：5.39分析：斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的 4次方成正比，而非摄氏'600+273;温度,即13°°+273丿=5.39。7、流体在圆形直管内作强制湍流流动，若传热推动力增大1倍，则对流传热速率增大—倍。答案：18、 处理量为440kg/h的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后，该溶液在管内生成积垢，使换热器总热阻增加了10%若维持冷、热介质出口温度不变，则该溶剂的处理量变为 。QQ'=1.1QQ'=1.1分析：设qW Q'=K'A.：tQ_440I故Q=1.1 1.1=400kg/h9、在计算换热器的平均传热推动力时，若两端的推动力相差不大于 2倍，则其算术平均值与对数平均值相差不大于 。答案：4%10、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于 的缘故。答案：传热管表面有污垢积存（三）计算题100mm，其导热系100mm，其导热系TOC\o"1-5"\h\z数分别为0.9W/(m・C)及0.7W/(m・C)。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为 700C,外表面温度为130C。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为 40mm、导热系数为0.06W/(m「C)的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为 740C，外表面温度为90C。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为 Q此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为：Q"=h比二700-130_2244W/m2Sbib2~0.10.1~人花0.9 0.7(Q)加保温层后单位面积炉壁的热损失为 二02此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为：=706W/mt1-14 _ =706W/mS2匕.bl.虫 0.1.0.1.0.04為Z2扎 0.90.70.06故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：Q_QL100% 706100%=68.5%Q 2244S1在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390C,保温层外表面温度不大于40C。保温材料的入与t的关系为入=0.1+0.0002t(t的单位为C,入的单位为W/(m•C))o若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。解：此题为圆筒壁热传导问题，已知： 「2=0.07m t2=390C t3=40C先求保温层在平均温度下的导热系数，即?；.=0.10.000239040：=0.143W/(m•C)I2丿(1)保温层温度 将式(4-15)改写为Ir3 2氏2_t3Inr-2 Q/Llna2二°.143390一40 ln0.07lna450得 「3=0.141m故保温层厚度为b=g—「2=0.141—0.07=0.071m=71mm(2)保温层中温度分布 设保温层半径r处的温度为t，代入式(4-15)可得

2二0.143390-1解上式并整理得t=-5011nr—942In0.07In0.07计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。热空气在冷却管管外流过， a=90W/(m2「C)，冷却水在管内流过，a=1000W/(m2•C)。冷却管外径d°=l6mm，壁厚b=1.5mm，管壁的入=40W/(m•C)。试求：总传热系数Ko;管外对流传热系数a2增加一倍，总传热系数有何变化？管内对流传热系数a增加一倍，总传热系数有何变化？解：①由式4-70可知1 do bd1 do bdo * ""r -■1 di ■■■'.dm_1=~16 0.001516~~T100013 40祐90- 80.8W/(mY)0.001230.000040.01111可见管壁热阻很小，通常可以忽略不计。②12Ko 147.4W/m2-C0.00123 -2X90传热系数增加了82.4%。③Ko 1 =85.3W/m2C1160.011112100013传热系数只增加了6%,说明要提高K值，应提高较小的a值。4.有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为 $89mmx3.5mm,流量为2000kg/h的苯在内管中从80C冷却到50C。冷却水在环隙从15C升到35C。苯的对流传热系数a=230W/(m2•K),水的对流传热系数ac=290W/(m2•K)。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。解①苯的平均温度t=8050=65C,比热容Cph=1.86x103J/(kg•K)2苯的流量Wh=2000kg/h，水的平均温度t二1535=25C,比热容Cpc=4.178x103J/(kg・K)。2热量衡算式为Q=WhCph(T|—T2)=WcCpc(t2_'tj) (忽略热损失)热负荷36001.86热负荷36001.86103(80-50)=3.1104W冷却水消耗量3.11043600Wc Q 3 133k8/hcpc(t2-匕)4.178103(35_15)②以内表面积11——=——+Ki:-hdmS为基准的总传热系数为K，碳钢的导热系数犷45W/(m•K)bd冷却水消耗量3.11043600Wc Q 3 133k8/hcpc(t2-匕)4.178103(35_15)②以内表面积11——=——+Ki:-hdmS为基准的总传热系数为K，碳钢的导热系数犷45W/(m•K)bdjdj1 0.00350.082 0.082—-+——=——+ + :cdo230 450.0855 2900.089—3 —5 —3=4.35X10+7.46X10 +3.18X10—3 2=7.54X10m•K/WK=133W/(m2•K),本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。◎=34.215并流操作80 5015 -356515=tm并传热面积S并 —Ki，%并43.11013334.22=6.81m逆流操作8050^-tm逆45 35402传热面积35-45因Atm并£Mm逆,故S并AS逆。③逆流操作 S=6.81m2,氏m1535竺卫=5.83m13340■-■tm®咚-1.17=tm并站卅=34.2C1336.81设冷却水出口温度为t'2，则t'3580 5015t'2=34.2， :t'=33.4C,2t'35水的平均温度t'2=80—33.4=46.6Ct'=(15+46.6)/2=308C,c'pc=4.174X10J(kg•C)冷却水消耗量3.11043600*C'pc(t‘2-t1) 4.174103(46.6-15)一846他巾逆流操作比并流操作可节省冷却水:遁叱100=36.6%133535C变为若使逆流与并流操作时的传热面积相同，则逆流时冷却水出口温度由原来的36.6%。46.6C,36.6%。5在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中，用油加热冷水。油的流量为 2.85kg/s，进口温度为110C;水的流量为 0.667kg/s，进口温度为35C。油和水的平均比热容分别为

C）试求水的出口C）试求水的出口1.9kJ/（kg「C）及4.18kJ/（kg「C）。换热器的总传热系数为 320W/（m•温度及传热量。解：本题用e—NTU法计算。WhCph=2.85X1900=5415W/CWcCp（=0.667