化工原理-传热复习题及化工原理答案 第四章 传热

PAGEPAGE58一、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；C2、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；B、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；A、C、D；B、E、F3、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；A、B、C、D、E4、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、②>④>③>①；B、③>④>②>①；C、③>②>①>④；D、②>③>④>①；冷流体热流体①水气体②水沸腾水蒸气冷凝③水水水轻油D5、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、③>④>①>②；B、④>③>②>①；C、③>④>②>①；D、③>②>④>①；①空气流速为30m/S时的a；②水的流速为1.5m/s时的a；③蒸汽滴状冷凝时的a；④水沸腾时的a；C6、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；B7、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；A8、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53A、5%；B、6%；C、7%；D、8%；A9、某套管换热器由Ø108×4mm和Ø55×2.5mm钢管组成，流体在环隙间流动，其当量直径为（）mm。A、53；B、45；C、50；D、58；B10、对在蒸汽-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中（）在工程上是可行的：A、提高空气流速；B、提高蒸汽流速；C、采用过热蒸汽以提高蒸汽温度；D、在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液A11、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的，错误的是（）A、通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值；B、系统中任一点的温度维持恒定；C、总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各层传热面的传热速率之和；D、系统中任一传热面上的热通量在过程中不变；C12、在常压水蒸气冷凝加热空气，空气平均温度为20℃，则壁温约为（A、20℃；B、100℃；C、60℃；DB13、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；B、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。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、流体在垂直管内自上而下流动同时被加热时，其对流传热系数比用普通准数关联式计算的结果要。答案：大4、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5、在工程计算中，对两侧温度分别为t1,t2的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是或。答案；；6.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7、在λ、μ、ρ、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:λ、ρ、cp；μ8、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：19、由核状沸腾转变为膜状沸腾时的温度差称为。这时单位时间、单位面积所传递的热量称为。答案：临界温度差；临界热负荷10、工业上常见的载热体加热剂有、、热水、联苯混合物，熔盐(KNO353%，NaNO240%,NaNO37%)等。答案：饱和蒸汽；烟道气11、工业上常见的载热体冷却剂有冷水、、等。答案：空气；冷冻盐水12、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13、根据冷热流体的接触情况，两种流体实现热交换的形式有、混合式换热和三种。答案：间壁式换热、蓄热式换热三、计算题1、某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16W/(m·℃)和0.92W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为552、在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08W/(m·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过3、Φ38×2.5mm的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。第一层是50mm厚的氧化锌粉，其平均导热系数为0.07W/(m·℃)；第二层是10mm厚的石棉层，其平均导热系数为0.15W/(m·℃)。若管内壁温度为180℃，石棉层外表面温度为354、有一外径为150mm的钢管，为减少热损失，今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料导热系数之比λ2/λ1=2，两层绝热层厚度相等皆为30mm。试问应把哪一种材料包在里层时管壁热损失小。设两种情况下两绝热层的总温差不变。5、为保证原油管道的输送，在管外设置蒸汽夹。对一段管路来说，设原油的给热系数为420W/(m·℃)，水蒸气冷凝给热系数为104W/(m·℃)。管子规格为φ35×2mm钢管。试分别计算Ki和K0，并计算各项热阻占总热阻的分率。6、一套管换热器，用热柴油加热原油，热柴油与原油进口温度分别为155℃和20℃。已知逆流操作时，柴油出口温度50℃7、一套管换热器，冷、热流体的进口温度分别为55℃和115℃。并流操作时，冷、热流体的出口温度分别为75℃8、某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。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·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃第四章传热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为0.16W/(m·℃)、厚度为300mm的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。解计算加热器平壁外表面温度，习题4-1附图习题4-1附图【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm厚的软木做成的。软木的热导率λ=0.043W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。解已知，则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m2，材料的厚度为0.02m。现测得电流表的读数为2.8A，伏特计的读数为140V，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。解根据已知做图热传导的热量习题4-3习题4-3附图【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。(1)根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm，试确定绝热砖层的厚度。(2)若普通砖层厚度为240mm，试计算普通砖层外表面温度。解(1)确定绝热层的厚度温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q。习题4-4附图绝热砖层厚度习题4-4附图每块绝热砖的厚度为，取两块绝热砖的厚度为。(2)计算普通砖层的外侧壁温先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度小于130℃，符合要求。通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温。【4-5】有直径为的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm的水垢，水垢的热导率λ=1.163W/(m·℃)。试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍[黄铜的热导率λ=110W/(m·℃)]。解因，因算术平均半径计算导热面积。管长用L表示。黄铜管的热阻为水垢的热阻为习题4-5习题4-5附图倍【4-6】某工厂用的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm的矿渣棉，其热导率为；第二层为厚30mm的石棉灰，其热导率为。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m。试求该管路的散热量。解【4-7】水蒸气管路外径为108mm，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度的变化关系为。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过。试确定所需保温层厚度。解保温层厚度以b表示已知解得保温层厚度为保温层厚度应不小于13.3mm对流传热【4-8】冷却水在，长为2m的钢管中以的流速通过。水温由15℃升至25℃解水的平均温度查得20℃时水的密度，黏度，热导率λ=59.9×10-2W/(m·℃)，普朗特数。雷诺数湍流对流传热系数的计算，水被加热，Pr的指数=4367W/(m2·℃)【4-9】空气以的流速通过的钢管，管长。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为，钢管内壁的平均温度为多少。解已知(1)对流传热系数计算空气的平均温度查得空气在时的物性数据，，空气被加热，Pr的指数雷诺数湍流对流传热系数(2)空气流速增加一倍，对流传热系数为(3)若空气从管壁得到的热量为，计算钢管内壁平均温度用式计算钢管内壁的平均温度。已知空气进出口平均温度在第(1)项中已计算出对流传热系数钢管内表面积为钢管内壁平均温度【4-10】温度为10℃、压力为101.3kPa的空气，以的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。列管式换热器的外壳内径为190mm，其中装有37根的钢管，钢管长度为2m。试求钢管外表面对空气的对流传热系数。解已知空气压力，温度，空气的平均温度查得空气在20℃的物性数据为：密度，比热容，热导率，黏度，普朗特数，空气被加热，Pr的指数空气流动的截面积湿润周边当量直径已知空气的流速雷诺数湍流对流传热系数【4-11】有一套管式换热器，内管为，外管为的钢管，内管的传热管长为2m。质量流量为的甲苯在环隙中流动，进口温度为72℃，出口温度为38℃。试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。解甲苯的温度，平均温度甲苯在55℃的物性数据有：密度，比热容，热导率λ=0.128W/(m·℃)，黏度甲苯的质量流量体积流量甲苯在环隙中的流速计算套管的内管外径，外管内径，流速甲苯对内管外表面的对流传热系数计算套管环隙的当量直径湍流甲苯被冷却【4-12】甲苯在一蛇管冷却器中由70℃冷却到30℃，蛇管由的钢管3根并联而成，蛇管的圈径为0.6m。若甲苯的体积流量为，试求甲苯对钢管内表面的对流传热系数。解甲苯的温度平均温度甲苯在50℃时的物性数据为：密度，黏度，热导率，比热容甲苯在3根并联蛇管中的流速计算体积流量，蛇管内径，流速雷诺数湍流普朗特数弯管效应校正系数对流传热系数计算甲苯被冷却W/(m2·℃)【4-13】质量流量为1650kg/h的硝酸，在管径为、长为3m的水平管中流过。管外为300kPa（绝对压力）的饱和水蒸气冷凝，使硝酸得到的热量。试求水蒸气在水平管外冷凝时的对流传热系数。解在计算水蒸气在水平管外冷凝的对流传热系数时，需要知道管外表面温度。如何假设?水蒸气冷凝的值一般为按题意，饱和水蒸气冷凝传给硝酸的热量为取，估算壁温度300kPa（绝对压力）时，水蒸气的饱和温度。用式估算壁温度先假设℃定性温度为膜温冷凝水膜的物性参数℃时水的比汽化热水蒸气在水平管外冷凝的值计算用式计算Q值此Q值大于硝酸吸收的热量，说明假设的偏小。重新用估算。假设膜温与前面计算的膜温基本一样，故冷凝水膜的物性数据也一样，只是计算式中的不同。值计算用验算壁温与前面假设的相同。【4-14】水在大容器内沸腾，如果绝对压力保持在，加热面温度保持130℃，试计算加热面上的热流密度。解水沸腾的对流传热系数计算加热面上的热流密度两流体间传热过程的计算【4-15】载热体的流量为，试计算下列各过程中载热体放出或吸收的热量。(1)100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水；(2)苯胺由383K降温至283K；(3)比热容为的水溶液从290K加热到370K；(4)常压下20℃的空气加热到；(5)绝对压力为250kPa的饱和水蒸气，冷凝冷却成40℃的水。解(1)水蒸气冷凝比汽化热放热量(2)苯胺平均温度比热容放热量(3)水溶液比热容吸热量(4)空气加热平均温度比热容吸热量(5)饱和水蒸气，饱和温度，比汽化热，冷凝水从降至℃，平均温度比热容放热量【4-16】用冷却水使流量为的硝基苯从355K冷却到300K，冷却水由15℃升到35℃，试求冷却水用量。若将冷却水的流量增加到，试求冷却水的出口温度。解硝基苯流量，平均温度比热容硝基苯的放热量(1)冷却水用量计算平均温度比热容，密度(2)用水量时，求？用水量增大，水出口温度应降低。先假设水的比热容及密度不变。从上面的计算式可知成反比，故假设水的平均温度查得水的比热容，密度计算与假设相符。【4-17】在一换热器中，用水使苯从80℃冷却到50℃，水从15℃升到35℃。试分别计算并流操作及逆流操作时的平均温度差。解(1)并流操作苯水(2)逆流操作苯水【4-18】在1壳程2管程列管式换热器中用水冷却油，冷却水走管内，进口温度为，出口温度为50℃。油进口温度为120℃，出口温度为60℃。试计算两种流体的传热平均温度差。解属于折流查得温差校正系数【4-19】用绝对压力为300kPa的饱和水蒸气将体积流量为的苯胺从80℃加热到100℃。苯胺在平均温度下的密度为，比热容为。试计算：(1)水蒸气用量；(2)当总传热系数为时所需传热面积。解(1)水的比汽化热，苯胺体积流量，苯胺吸收的热量为水蒸气用量(2)计算传热面积A已知，水蒸气的。水蒸气133.3℃133.3℃苯胺【4-20】有一套管式换热器，内管为的钢管，内管中有质量流量为的热水，从90℃冷却到60℃。环隙中冷却水从20℃升到50℃。总传热系数。试求：(1)冷却水用量；(2)并流流动时的平均温度差及所需传热面积；(3)逆流流动时的平均温度差及所需传热面积。解(1)冷却水用量计算热水平均温度冷水平均温度热量衡算(2)并流热水冷水传热面积(3)逆流热水传热面积【4-21】有1壳程2管程列管式换热器，用293K的冷水30t/h使流量为20t/h的乙二醇从353K冷却到313K，设总传热系数为，试计算所需传热面积。解乙二醇的平均温度，比热容习题4-21附图习题4-21附图从水的物理性质数据表上可知，水在范围内，比热容。假设，计算冷水出口温度。冷水的平均温度接近30℃，所假设的可以。逆流平均温度差计算折流的平均温度差计算传热面积【4-22】有一外径为l00mm的水蒸气管，水蒸气温度为160℃。为了减少热量损失，在管外包覆厚度各为25mm的A、B两层绝热材料保温层，A与B的热导率分别为与。试计算哪一种材料放在内层好。周围空气温度为20℃，保温层外表面对周围空气的对流（包括热辐射）传热系数。保温层内表面温度在两种情况下都等于水蒸气温度。解(1)A在内层，B在外层。以保温层外表面积为基准的总传热系数为习题4-2习题4-22附图热量损失单位长度的热损失为(2)B在内层，A在外层，总传热系数为计算结果表明，热导率小的绝热材料放在内层，热损失小。【4-23】测定套管式换热器的总传热系数。数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为5000kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃。水在环隙流动，进口温度为15℃，出口温度为30℃。水与甲苯逆流流动，传热面积为。问所测得的总传热系数为多大？解甲苯，,热负荷【4-24】在一套管换热器中，内管中流体的对流传热系数，内管外侧流体的对流传热系数。已知两种流体均在湍流条件下进行换热。试回答下列两个问题：(1)假设内管中流体流速增加一倍；(2)假设内管外侧流体流速增加两倍。其他条件不变，试问总传热系数增加多少？以百分数表示。管壁热阻及污垢热阻可不计。解已知(1)内管中流体流速增加一倍，增加37%(2)增加27.6%增大小者，对增大K有利。【4-25】有一套管式换热器，内管为，外管为。内管中有流量为的苯被加热，进口温度为50℃，出口温度为80℃。套管的环隙中有绝对压力为200kPa的饱和水蒸气冷凝放热，冷凝的对流传热系数为。已知内管的内表面污垢热阻为，管壁热阻及管外侧污垢热阻均不计。试计算：(1)加热水蒸气用量；(2)管壁对苯的对流传热系数；(3)完成上述处理量所需套管的有效长度；(4)由于某种原因，加热水蒸气的绝对压力降至140kPa。这时，苯出口温度有何变化？应为多少度（设苯的对流传热系数值不变，平均温度差可用算术平均值计算）。解苯平均温度，热负荷(1)水蒸气用量(2)苯的对流传热系数湍流苯被加热(3)管长以管内表面积A1为基准(4)水蒸气绝对压力时，苯的出口温度。时，【4-26】在一套管换热器中，用绝对压力为200kPa的饱和水蒸气使流量为的氯化苯从30℃加热到70℃，氯化苯在内管中流动。因某种原因，氯化苯的流量减小到，但进、出口温度欲保持不变。为此，想把水蒸气压力降低一些，试问水蒸气的绝对压力应降到多少（两种情况下，管内氯化苯均为湍流流动，并且其对流传热系数比水蒸气冷凝的对流传热系数小很多。因此，水蒸气冷凝的热阻及管壁热阻均可忽略不计）？解水蒸气绝对压力氯化苯的流量热负荷成正比，氯化苯的对流传热系数的关系为氯化苯的流量减小到，总传热系数水蒸气温度压力【4-27】欲将体积流量为（标准状况）的常压空气，用绝对压力为200kPa的饱和水蒸气加热，空气从10℃加热到90℃。现有一列管式换热器，其规格如下：钢管直径，管长1.6m，管数271根。如用此换热器，使空气在管内流动，水蒸气在管外冷凝，试验算此换热器面积是否够用？水蒸气冷凝时的对流传热系数可取为。解空气的平均温度空气的物性参数，空气流量热负荷水蒸气平均温度差空气流速湍流已有换热器的传热面积为够用【4-28】有一钢制套管式换热器，质量流量为的苯在内管中，从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙中从15℃升到35℃。已知苯对管壁的对流传热系数为，管壁对水的对流传热系数为。计算总传热系数时，忽略管壁热阻，按平壁计算。试回答下列问题：(1)计算冷却水消耗量；(2)计算并流流动时所需传热面积；(3)如改变为逆流流动，其他条件相同，所需传热面积将有何变化？解总传热系数K的计算已知苯热负荷(1)冷却水消耗量(2)并流的传热面积A(3)逆流时的传热面积A逆流与并流比较，由于逆流的温度差较大，所以传热面积小了一些。【4-29】在一传热面积为20m2的列管式换热器中，壳程用110℃的饱和水蒸汽冷凝以加热管程中的某溶液。溶液的处理量为2.5104kg/h，比热容为4kJ/(kgK)。换热器初始使用时可将溶液由20℃加热至80℃。（1）该换热器使用一段时间后，由于溶液结垢，其出口温度只能达到75解：原工况条件下的对数平均温差：℃此操作条件下的总传热系数：W/(m2K)使用一年后，溶液出口温度下降至75℃总传热系数W/(m2K)污垢热阻m2K/W在不变动设备的条件下，可通过提高加热蒸汽的温度使溶液出口温度仍然维持在80此时传热温差为℃即由此解得℃【4-30】有一单管程的列管式换热器，其规格如下：管径为，管长为3m，管数为37根。今拟采用此换热器冷凝并冷却的饱和蒸气，自饱和温度46℃冷却到10℃。在管外冷凝，其流量为，比汽化热为。冷却水在管内，进口温度为5℃，出口温度为32℃。逆流流动。已知的冷凝和冷却时的总传热系数分别为和（以内表面积为基准）。试问此换热器是否合适