冷凝过程模拟与仿真练习题集

冷凝过程模拟与仿真练习题集一、单选题（共10题，每题3分）1.冷凝过程的主要传热方式是？A.对流换热B.传导换热C.辐射换热D.上述都是2.蒸汽冷凝传热系数随蒸汽干度的变化趋势是？A.干度增加，传热系数增加B.干度增加，传热系数减小C.干度对传热系数无影响D.传热系数始终恒定3.简单蒸汽冷凝器的传热系数主要受哪些因素影响？（多选）A.蒸汽压力B.冷却水温度C.污垢热阻D.蒸汽流量4.膜状冷凝与滴状冷凝相比，哪种传热效率更高？A.膜状冷凝B.滴状冷凝C.相同D.取决于具体工况5.冷凝水过冷度是指？A.蒸汽温度高于冷凝温度B.冷凝水温度低于饱和温度C.蒸汽温度低于冷凝温度D.冷凝水温度高于饱和温度6.影响冷凝传热的污垢热阻主要来源于？A.冷凝水膜B.冷却水侧膜层C.材料本身导热性D.冷凝器结构设计7.冷凝器设计时，提高冷却水流速的主要目的是？A.增加传热面积B.减小污垢热阻C.降低设备成本D.减小压降损失8.竖管膜状冷凝器中，蒸汽沿管壁流动的驱动力是？A.重力B.蒸汽压力C.冷凝水表面张力D.冷却水温差9.冷凝器出口蒸汽干度低于设计值的主要原因是？A.蒸汽流量过大B.冷却水温度过低C.冷凝器面积不足D.蒸汽过热度高10.影响冷凝传热过程的非定常因素包括？A.蒸汽流量波动B.冷却水温度变化C.蒸汽压力波动D.以上都是二、多选题（共5题，每题4分）1.冷凝传热过程的强化措施包括？（多选）A.增加传热管表面积B.使用多孔材料C.减小冷却水流速D.提高蒸汽过热度2.影响冷凝水过冷度的因素有哪些？（多选）A.冷凝器结构B.冷却水出口温度C.蒸汽干度D.污垢热阻3.膜状冷凝的传热特性与哪些因素有关？（多选）A.冷凝水表面张力B.蒸汽流速C.管壁材料导热性D.冷凝水膜厚度4.冷凝器设计中需要考虑的约束条件包括？（多选）A.蒸汽温度限制B.冷却水压降限制C.设备成本D.冷凝水回收要求5.影响冷凝传热的物性参数包括？（多选）A.蒸汽比热容B.冷凝水导热系数C.蒸汽表面张力D.冷却水粘度三、判断题（共10题，每题2分）1.冷凝传热过程中，蒸汽干度越高，传热系数越大。（√）2.滴状冷凝的传热系数一定高于膜状冷凝。（×）3.冷凝水过冷度越大，冷凝传热越高效。（×）4.冷却水流速增加会显著提高传热系数。（√）5.蒸汽压力越高，冷凝传热越容易。（√）6.污垢热阻对冷凝传热的影响通常不可忽略。（√）7.竖管膜状冷凝器中，蒸汽流动主要靠重力驱动。（×）8.冷凝器出口蒸汽干度越低越好。（×）9.冷凝传热过程属于稳态传热过程。（×）10.提高蒸汽过热度可以强化冷凝传热。（×）四、简答题（共5题，每题6分）1.简述影响冷凝传热系数的主要因素及其作用机制。2.解释什么是冷凝水过冷度及其对传热的影响。3.对比膜状冷凝和滴状冷凝的传热特性差异。4.说明冷凝器设计中如何平衡传热效率与压降损失。5.分析污垢热阻对冷凝传热过程的影响及控制措施。五、计算题（共5题，每题10分）1.某竖管膜状冷凝器，管径为25mm，管长2m，蒸汽压力为0.3MPa（饱和温度为143.6°C），冷却水进/出口温度分别为30°C/35°C。假设冷凝水膜厚度为0.1mm，表面张力为0.06N/m，导热系数为0.68W/(m·K)，冷却水膜层热阻可忽略。求：-蒸汽冷凝潜热-冷凝水平均温度-传热系数（假设不考虑污垢热阻）-所需传热管面积2.已知某冷凝器传热系数为5000W/(m²·K)，传热面积为20m²，蒸汽冷凝潜热为2257kJ/kg，冷却水流量为5kg/s。求：-冷凝水过冷度-冷却水进/出口温度差-若冷却水流量增加20%，传热系数不变，新的传热速率是多少？3.某冷凝器采用多孔材料强化传热，传热系数为普通光滑管的3倍。若普通管传热系数为4000W/(m²·K)，冷凝面积相同，蒸汽冷凝潜热为相同值。求：-强化后的传热速率对比-压降增加比例（假设流动阻力与传热系数成正比）-能否定量说明强化效果的经济性？4.某冷凝器存在污垢热阻，测得传热系数为3000W/(m²·K)，不考虑污垢时理论传热系数为5000W/(m²·K)。求：-污垢热阻值-若传热面积增加50%，新的传热系数是多少？-污垢导致的传热损失百分比5.设计一个竖管膜状冷凝器，处理100t/h的蒸汽（压力0.6MPa，干度0.95），冷却水进/出口温度分别为32°C/37°C。要求传热系数不小于4000W/(m²·K)，管径25mm，管长3m。求：-所需传热管数量-冷凝水过冷度-若蒸汽干度降低至0.9，传热系数如何变化？（假设其他条件不变）答案与解析一、单选题答案1.D2.B3.A、B、C4.B5.B6.A7.B8.A9.C10.D二、多选题答案1.A、B2.A、B、C3.A、B、D4.A、B、C5.A、B、C、D三、判断题答案1.√2.×3.×4.√5.√6.√7.×8.×9.×10.×四、简答题解析1.影响因素及作用机制-蒸汽物性：蒸汽导热系数、粘度、表面张力影响膜层稳定性；干度越高，传热系数越大。-冷凝水膜：膜厚度越小，传热系数越大；受重力、表面张力、流动阻力影响。-冷却水：流速越高，对流换热系数越大，但压降增加；进出口温差影响传热驱动力。-结构因素：管径、管长、翅片设计等影响表面积和流动状态。-污垢：形成热阻层，显著降低传热系数，需定期清洗。2.冷凝水过冷度解析过冷度指冷凝水实际温度低于同压下饱和温度的差值。过冷会减小膜层厚度，理论上提高传热，但过大会增加流动阻力；合理控制可优化传热效率。3.膜状/滴状冷凝对比-滴状冷凝：冷凝水呈液滴状滚落，膜层薄，传热系数高（可达膜状3-5倍）。-膜状冷凝：冷凝水形成连续膜，受表面张力束缚，传热系数较低。滴状冷凝需特定材料（如亲水表面处理），膜状冷凝更易实现但效率较低。4.传热与压降平衡-强化传热：增加表面粗糙度、翅片化、多孔材料等。-控制压降：优化流速（如采用多流程）、增大管径、降低进出口温差。实际设计需通过计算确定最优参数组合，如压降每增加10%，传热系数可能下降20%。5.污垢影响及控制污垢导致传热系数下降（如垢层热阻可达0.05-0.1m²·K/W）。控制措施包括：-材料选择（如不锈钢易抗腐蚀）；-流速设计（避免滞流）；-定期清洗（根据水质确定周期）；-添加阻垢剂（化学方法）。五、计算题解析1.竖管膜状冷凝器计算-蒸汽潜热：2257kJ/kg（查表）；-冷凝水平均温度：34.5°C（(30+35)/2）；-传热系数：$$h=\frac{λ·ρ·g·μ}{μ·(t_s-t_m)}=\frac{2257×1000×9.8×0.001}{0.1×(143.6-34.5)}=3.6×10^4W/(m²·K)$$-所需面积：$$A=\frac{Q}{hΔt}=\frac{100×2257×1000}{3.6×10^4×13.1}=4.2m²$$2.冷凝水过冷度计算-传热速率：$$Q=5000×20×(35-30)=1×10^6W$$-冷凝量：$$G=\frac{Q}{λ}=\frac{1×10^6}{2257×1000}=0.444kg/s$$-过冷度：$$Δt=\frac{Q}{G·c_p}=\frac{1×10^6}{0.444×4200}=5.3°C$$-流量增加20%后：传热速率不变，过冷度增大至约6.1°C。3.多孔材料强化分析-强化后传热速率：$$Q'=3×4000×20=2.4×10^5W$$-压降增加：$$ΔP'=3×ΔP=3×(ρ×v²/2)$$-经济性：需对比设备成本、压降损失、运行费用，通常需综合评价。4.污垢热阻计算-污垢热阻：$$R_f=\frac{1/h-1/h_0}{A}=\frac{1/3000-1/5000}{20}=0.00033m²·K/W$$-面积增加50%后：$$h_{new}=3000×(1+50%)=4500W/(m²·K)$$-损失百分比：$$\frac{(5000-3000)-(4500-3000)}{5000}=20%$$5.冷凝器设计计算-所需面积：$$A=\frac{100×2257×1000}{4000×(37-32)}=31.4m²$$-管数：$