化工原理传热部分模拟试题及答案
化工原理传热部分模拟试题及答案
一填空
(1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热
系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。
(2) 热传导的基本定律是傅立叶定厂。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻小
(大、小)一侧的：?值。间壁换热器管壁温度t w接近于:値大(大、小)一侧的流体温度。由
多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大(大、小)，其两侧的温差愈大(大、小)。
(3) 由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈
小_，其两侧的温差愈小。
(4) 在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内(或热边界层内) ________ ，减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。
(5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，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的目的是增加面积，增强流体的湍动程
度以提高传热系数。
⑹厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b i>b2>b3，导热系数
在稳定传热过程中，各层的热阻R > R 2 > R 3,各层导热速率Q = Q 2 = Q 3。
(7) 物体辐射能力的大小与黑度成正比，还与温度的四次方成正比。
(8) 写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。
(9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。实际操作应控制在泡核沸腾。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增
加而增加。
(10) 传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。热传导的基本定律是一傅立叶定律-
a
其表达式为___dQ= - ds 一 ___。
cn
(11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的
1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48倍。(设条件改变后仍在湍流范围)
(12) 导热系数的单位为W/ ( m「C) _____ ，对流传热系数的单位为W/ ( m「C) ，总传热系数的单位为w/ ( m?C)___________ 。
二、选择
1已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度—D—耐火砖
的黑度。
A 大于
B 等于C不能确定 D 小于
2某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气(空气在管内作湍流流动)，使空气温
度由20C升至80C，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则
此时的传热温差应为原来的A倍。
A 1.149
B 1.74
C 2
D 不定
3 一定流量的液体在一25 x 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数:i=1000W/m i - C；如流量与物性都不变，改用一19x 2mm的直管，则其：?将变为 D 。
A 1259
B 1496
C 1585
D 1678
4对流传热系数关联式中普兰特准数是表示_C ____ 的准数。
A对流传热B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响
3'。
) o (T -T o )
q o
2 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 的流速在管内
流过，并从17C 被加热到37C 。流量为1.25kg/s 、温度为72C 烃的饱和蒸气在管外冷凝成 同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为 315kJ/kg 。已测得：蒸气冷凝传热系数:0=800W/(m 2
-°C ), 管内侧热阻为
外侧的 40%污垢热阻又为管内侧热阻的 的传热面积(外表面为基准)；(2)换热管的总根数； 管壁热阻及热损失，水的比热为
4.18kJ/(kg -C )]
解： (1)换热器每程提供的传热面积(外表面为基准)
由题意知，水以 0.7m/s 的流速在管内流过，欲求
5在蒸气一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的— B —在工程上可行。
A 提高蒸气流速
B 提高空气流速
C 采用过热蒸气以提高蒸气温度
D 在蒸气一
侧管壁加装翅片，增加冷凝面积
6在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为 50C ，现因某种原因，两者的温度各升高
100C ，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该—
A 减小
B 增大
C 不变
7在单效蒸发器中，将某水溶液从 14%连续浓缩至30% , 度为96.2C,有效传热温差为 11.2C,二次蒸气的温度为 D C 。 11.2
原料液沸点进料，加热蒸汽的温
75.4 C,则溶液的沸点升高为 B 20.8 A
8为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用— A 并流加料 、计算
B 逆流加料
C 85
C 平流加料
9.6 B —流程。
D 双效三体并流加料
1试推导出表示具有内部热源的实心球体的温度分布公式。 已知：R o ______ 球体半径，m ； T o
球体表面的恒定温度，C ； q o
3
每单位球体体积在单位时间内所产生热量，
J/(m h)；
球体材料的导热系数， J /(m h C)。
解:
球体积
V 二r 3,
球表面积
3
根据傅立叶热传导公式:
4 r 3
3
q o
「A 生一o 4十史
dr
dr
所以
rdr
St q o
积分上式得:
r
rdr
- 3 ^"o T o
-—T dt q 。
1(R o 2
2
-r
70%试核算：(1 )换热器每程提供
(3)换热器的管程数。[计算时可忽略 ,S ；
S,需先知道每程的管子数，每程的
管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。
两流体交换的热量为：
Q =Whh =1.25 315 = 394kw
又
Q =W c C pc (t 2 -tj ， C pc 二 4.18kJ / kg C ，
2
S 一 d o ln^i =0.025 20 3 - 4.71m
(2)换热管的总根数；
由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。
则任务所需的传热外表面积为:
(2)换热器的管程数。
Q C pc (t 2
-t l )
394 4.18 (37 -17 )
^4.713 kg / s
单管内水的流量为: W c1
d 2u = 0.785 0.0212 0.7 1000 = 0.2423kg / s
4
每程所需管子数为: nr% =4.713=19.5
W c1 0.2423
取每程管子数为20，
则每程所能提供的传热外表面积为:
由题给数据,
1 1
0.4
0.7 0.4 ) 800
800
't m
"迸2
(72一17)一(72 -37)= 44.25 c
l4
t 2
In 72」7 72-37
换热管总根数为:
S o
S o Q Ko￡
-二d 。In
S o
394 2
18.7m
0.4762 44.25
18.7 = 79.4
■ d o l ■: 0.025 3
K
Q = K o S o t m 二 476.2W /m 2 C
0.4
1
0.7 0.4 1 )
?o
?o
由题意管程数为:
N t
—4 n i
3在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为 20 C 和110C 。在 换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45C 和40C ，使用一年后，由于污垢 热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至 38C ，试 求：（1）空气出口温度为多少？（ 2）总传热系数为原来的多少倍？（ 倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（ 却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 解： 使用初期 3）若使冷却水加大 :?水>>:?空气） ⑷冷 使用一年后 110 C 40 110
45 C --------20 38 （1）空气出口温度T 2 题意可得：使用初期 Q =W c C pc (t 2 7) =W h C ph (T 1 -T 2)
= KS t m (1) 使用一年后 Q =2W c C pc (t 2 —t 1)
=W h C ph (T —T 2)= KSt m (2)
两式相比（2）/（ 1），得 (110- = (38-20)/ 10_40厂 (
45_20)
则：T 2 =59.6 C
（2）总传热系数K7K 65 '
In
20
,T 1 _t 2
In
T 2 7
(110 -38) -(59.2 -20)
72 - 39.6 ln!^8
59.6-20 -54.2 C
.72 In
39.6
方程⑵式/（1）式，得: (38 -20) (45 -20)
54.2 38.2
故
-0.50%
（3）冷热流体的出口温度 t 2 及 T 2
一年后 Q'W c C pc (t 2 7) =W h C ph (T 1
-T 2)= K St m
(3) Q^2W c C pc (t 2 —t 1)=W h C ph (T 1 —T 2)= K S t m
(4)
方程（4）式/ （ 3），得:
110-丁2 2(t 2 —20) K 1 (110 — t 2)-(T 2-20)
110-59.6 一 38-20 _ ~K 542
110-t ? In
T 2 - 20
In 归仝 T/-20
54.2
热方：为饱和蒸汽冷凝，T=100 C ；冷方：为生垢液体升温，b =20 C ,
t 2 = 60 C 。
（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，污垢热阻约为该时总热阻的多少分数？ （2）
在操作中，若要求改为维持该加热器的热负荷不变。
问：随着污垢的增加，调节饱和
蒸汽的温度和生垢液体的流量，是否都能达到要求？简述理由（定性分析） 。
注：冷方流型为湍流、面积基准和物性变化可不考虑以及清洗后的垢阻为零。
解：（1） a 垢层是主要控制热阻，其次是垢层对液体的给热过程，因传热过程的传热量取 决于热阻大的一方。 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，饱和蒸汽宜在管间（壳程）走，因流速对饱和蒸汽冷凝给热系数几乎无影响，而 饱和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗，且在壳程流动易于及时排除冷凝水和不凝性气体。 b 维持A ：tm 不变时：
整理前半式的方程 t 2 =39.6 -0.179T 2
(5)
又因 二水
■- 1
由等比定理
(110—T 2) -(t 2 -20)
110-59.6 -9
(110_t 2 ) _仃2 - 20)
54.2
In 归 T 2 -20
整理得,
t 2 =153-丁2
(6)
联立（5 ）和（6），可得:
t 2 =29.4 C ，
T 2 =57.5 C
（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少?
(110 - 29.4) - (57.5 - 20) ：
m 一 110-29.4
In 57.5-20
80.6 -37.5
,80.6 In
37.5
-56.3 C
Q
Q
= 56.354.2 =1.°4
4有一蒸汽加热器,
清洗前传热量Q =W h = KA 心(1)
(1)式与(2)式比较得：
K J 2K
所以
-R s 迷=0.5=50%
R 总1K
(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，是不能满足的，因为 生垢液体
以为湍流，再增加流量时，所增加的换热量决不能与所需要的热量相当，这时 会使出口温度下降。只有调节饱和蒸汽的温度来增加 .-■：t m ，使其满足热负荷的要求。
假设垢层热阻的增加，使其换热量减少一半， (换热量再减少即不能操作)，这时蒸汽的
温度提高到160 C 即可满足要求。
假设垢层的生成，其传热面积的变化忽略不计，而传热系数下降一半，则推动力
160 —20 +160 —60
■■■：t m 120增加一倍，这样即可满足其换热器的热负荷不变。
2
5有一换热器，管内通90C 的热流体，膜系数：1为1100w/m 2 C ,管外有某种液体沸腾, 沸点为50C ，膜系数：?2为5800 w/m - C 。试求以下两种情况下的壁温:
(1)当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得:
T w =56.4 C
(2)同理
T w _t 1
R 0
：
2
90讥
1 1100
T w = 84 C
由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。 6流量为2000kg/h 的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由
150 C 降至80C ；壳程冷
却用水，进口温度为 15C ，出口温度为65 C,与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知
清洗后传热量
Q =2W h 二 KA t m
(2)
清洗前后总热阻的差值是污垢热阻
R s
R s
丄
K"
1 2K
1 2K
垢；(2)外侧有污垢产生，污垢热阻为
2
0.005 m 2
C /w
解：忽略管壁热阻，并假设壁温为
T
w
(1)管壁清洁无
:'1
T w -t 1
90-T w 1 1100
_ T w _ 50 -1
5800 T -T w
1
T w - 50 1
0.0 0 5
5 8 0 0
气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数， 管壁热阻、污垢热阻和热损失
均可忽略不计，气体平均比热为 1.02kJ/kg ?水的比热为4.17kJ/kg ?不计温度变化对比
热的影响，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
相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？( 3)此时的出口水温将为多少？ (
4)此
时的冷却水用量为多少？ 解：(1)冷却水用量；
Q =W c C pc (t 2 - tj = W h C ph (T ! -丁2) Q 4.17(65 -15) = 2000 1.02(150 - 80) W c =685kg/h
(2)如冷却水进口温度上升为 20C ，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均
温差为多少？
原情况
Q
=W c C pc (t 2 -切=W h C ph 仃1 -丁2)= KS i ：tm =；；i S i ：tm
(1)
新情况 Q'=W c C pc (t ；—t ；)=W h C ph (T 1 —T 2)= KS Q t m =o ：S S t m
(2)
因 -：：水宀空气，K ；空气, 换热器与气体的情况未变，
则
Q=Q" Ct. =0..'
S" = S i , 故
也tm =^t m
心=(150 -65)
(8
°-15
)=75C 2
对
(150-1； ) +(80-20)
210 -t ；
2 - 2
(?￡氏2 <2,则厶t m 用算术平均值合适)
Q 』W 4.17 (60 -20)=2000 1.02 (150 -80)
故
W c = 856kg/h
7在套管换热器中用
120 C 的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为
4000kg/h ，比热容为1.9kJ/(kg -C )，温度从30 C 升至60 C 。蒸汽冷凝传热系数为 1 x
104W/(nf)，换热管内侧污垢热阻为
4x 10_4nf 「C /W ,忽略管壁热阻、换热管外侧污垢
热阻及热损失。换热管为 54 x 2mm 的钢管，有效长度为12m=试求：(1)饱和蒸汽流量(其 冷凝潜热为2204kJ/kg ); (2)管内苯的对流传热系数 a ; (3)当苯的流量增加50%但其他 条件维持不变时，苯的出口温度为若干？ ( 4)若想维持苯的出口温度仍为
60 C 应采取哪些
措施？作出定量计算。 解：(1 )饱和蒸汽流量；
则
t 2 = 60 C ,
对新情况下的热量进行衡算,
Q 二W h r 二W c C pc(t2-匕)=4000 1.9 (60 - 30)=2.28 1 05kJ/h
5
Q 2.25灯05
W h
103.4kg /h
r 2204
(2)管内苯的对流传热系数
:-i ；
Q =叫。沁2 -切=K o S o.：t m =K °S o (T —GYT'2)
(4) 若想维持苯的出口温度仍为 60C 应采取哪些措
施？作出定量计算。
(a ) 将管子加长，
由(1)式得
ln 哙^0.4055 二竺 120-60
W c C pc S o 二 °.
4055
「5
4000
「9
1000
= 2.4m 2
L = S 。/(二 d 。)= 2.4/(0.054二)=14.15m
4
T -t 2
整理得
In — T — 12
^V c C pc
(1)
S o -二d ° L =0.054 12 二=2.036m 2
T
丄小聾0 = 0.4055
-t 2
120-60
K o
_ 0.4055 4000 1.9
3600 2.036
2
= 0.4205kw/(m C)
K o
丄
R si 生-d :o
d i : i d i (2)
1
一十4汇10鼻
54
420.5 10000
50 54
+ ----
:「50
:-i =585w/(m 2 C)
(3) 苯的流量增加50%苯的出口温度为若干
二=(1.5)0"二=(1.5)0.8 585 = 809.1w/( m 2 C)
将其代入(2)式得
K o =535.7w/(m 2 C)
代入(1)式得
535.7 2°36 3600
'.3444
120-t 2
4000 1.5 1.9 1000
解得 t 2 二 56.2 C 3600 535.7
(b) 提高加热蒸气压强(温度)
,T -30 535.7 2.036 3600
In
T -604000 1.5 1.9 1000
解得「= 1 3 3C
8 一废热锅炉，由’25X 2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227C，管内走合成转化
2 2
气，温度由575C下降到472 C。已知转化气一侧:i=300W/m - K,水侧：o=10000W/m ? K,钢的
导热系数为45W/m?K,若忽略污垢热阻，试求：
(1)以内壁面为基准的总传热系数K;
⑵单位面积上的热负荷q(W/mf);
(3) 管内壁温度T W及管外壁温度T i；
(4) 试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达500 C左右仍可使用钢管做换热管。
解：(1) K
1 1 b d i d i
= T T
K i :- i ■ dm :- 0d0
_ 丄0.002 0.021 0.021
-300 45 0.023 10000 0.025
所以K^ 289.2W/m2K
(2) q
Q = K i S0t m
=289.2 (575 -227)-(472 -227)
,575-227
ln
472 - 227
= 289.2 293.5
2 2
=84880.2W/m2 =84.9kW/m2
575 472 _
_ T W
2
因为_T W -T T i -227
1 b 1
:i S i■ Sm ：0S0
(3) 管内T W及管外壁温度T i
575 472 〒
2_T W T W T i T j - 227
1一0.002- 1
300 2145 2310000 25
由上述方程可解
出
T W = 237.8 匸, T = 234.2 9
(4 )由计算结果可知，钢管的内外壁温度接近水侧沸腾的温度，即接近于热阻小的一侧流
体的温度。尽管废热锅炉中转化气温度高达500 C左右，而钢管的温度小于238 C,故仍可在此高温下使用钢管做换热管。
9水以一定流速在直管中作湍流流动，若管壁温度不变为350K，水的进出口温度分别为290K及295K，若水的流速增加一倍，则水的出口温度变为多大？
解：求听=2，t2 = ？
以知t w =350K , 匕=290K , t2= 2 9K ,水湍流流动，需对水侧作
热量恒算可求t2。一般情况，水的进出口温差小于10C，那么温度对物性参数影响较小，因此可以认为水的物性参数保持不变。
由题意知,
流速改变前: Q 二W c C pc(t2 -tj 二W c C pc(295 - 290) = : S￡流速改变后: Q〉2W c C pc(t2 —tj =2W4C pc(t2 -290)「S￡(1)
(2)
流速改变前
350K ——> 350K
流速改变后350K 一a 350K
290K 295K 290K t2
(350 -290) (350 -295)
57.5 C
(350 -290) (350 -t2) 410 -t2
人d?uP 08 C p?04
「°.02咄(").(—).
(3)
因物性参数不变, 则：
a,U、0.8 小0.8
()=2 =1.74 a u
(1) / ( 2),并将各参数带入，可得：
(4)
5 _57.5
2(t2 -290「74410
“2
2
t2〉294.4K
10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310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍(其它尺寸不变)，求油及水的出口温度。
310K
对体系进行热量恒算,
W °C p°(420 -370) =W w C pw (310-285) = KS t m
冷却器长度增加一倍后,
W °C po (420-T 2)=W w C pw& -285) =2KS￡
t i =420 -324.13 = 95.87 t = 341.74 - 285 = 56.74
￡「进2<2，则厶t m 用算术平均值合适。
11某工厂有一台列管式换热器， 每小时将一定量的气体从 80C 冷到60 C,冷却水温度由20 C 升到30C ，气体在管内流过，冷却水在管外与气体成逆流。经核算，该换热器的传热系数
K =40w/（m - C ）,现生产需要气体出口温度更低， 有人提出将一结构及大小与已用一台
完全一样的换热器并联使用， 气体量与原一台时相同， 只是分成相等的两股送入， 冷却水进 出每个换热器的温度仍与原来的一样。试计算：
（1）此时气体的出口温度为多少？（ 2）两
解:
420K 370K (420—301)+(370 — 285)
_ 9/?5
285K
所以,
W o
KS ：t m
KS 97.5 --- x ------ W w
C po (420-370)
= 1.95 空 C po 50 C (1)
po
=3.9空
C pw (310-285) C
(2)
pw
假设:
420K -
t2 ■*
* T 2 -285K
’
A t ：十 A t 2 135+T 2
—12
￡ 二
所以,
W 。二
2KSt m C po (420-T 2)
KS
C
po
(135 T 2 -t 2) (420 匕) (3)
（1）=（ 3）
(2) = (4)
解（5）和（6） 2KS t m
KS (350 T 2 -12) C
pw (t
2
-285)
1.95=(135 I"
420-T 2
3.9=(135 Z)
t 2 -285
方程，得:
C
pw
(t 2 -285)
(4)
(5)
(6)
T 2 =341.74K
t 2 =324.13K
W g = 0.5W g
80-T 2
(2)两台相同换热器串联使用时
解: 一台换热器情况：
所以 Q = KS 」t m =40 S 45 = 1800S
又因
W g C pg (T 1 -T 2)二 W g C pg (80-60) =20W g C pg
气体放出的热量与冷却水得到的热量相等，所以:
1800S =2CW g C pg
W g C pg 90
(1)
(1)两台相同换热器并联使用
t
_
(T
1
- t 2
) -
(T
2
- t 1
)
(80 -30) (T 2 - 20) 30 T 2
由于管间为水，管内为气体,
：
w ：
g
故有 K 「g 气膜控制
所以
：g = AW ；8 =K
=40 ：A(W g /2)0'8
0.8
AW
g
=K
40
K A(W g /2)0.8
(0.5)0.8 K
K '=40 (0.5)°J23
Q = K S t m =23 2S
30 T 2
= 23S(30 T 2) =W g C pg (80-T 2)
联立 1) W g C pg
式和(2)
23(30 T 2)
式解得:
T 2 =57.6 C
台换热器应如何安排才能把气体冷却到更低的温度？
设：气体处理量与冷却水进出口温度都不变， 忽略管壁与冷却水热阻， 气体温度改变引
起的物性改变也忽略不计。
(「t) -⑴-t 」
(80 -30) (60 -20) _ 45
过m 」"-仃2」1)(80 -30) 口 -20
)
30
工
Q '；y K S 〔 ：t m =40 2S 3^T
^40S(30 T 2) = W g C pg (80 —T 2)
解：对库存换热器进行传热能力核算
Q = ?S o t m
60 -20
小
85.4 C ,T -t 1 , 127-20
ln - In
T -t 2 127-60
蒸汽冷凝宜走壳程，NaOHK 溶液走管程。
求管内NaOHK 溶液一侧的 肯
u =
2
= 0.67m/s
3600 0.785 0.021
72/2
S 80 -T 2
W g C pg 40(30 T 2)
(3)
联立（1）式和（3 ）式解得:
T 2 =46.15 C
因此两台串联使用可使气体出口温度降低到更低。 12某车间需要安装一台换热器，
60。加热剂为127 C 的饱和蒸汽。 2mm 长度为3m 总管数72根。
将流量为30n i /h 、浓度为10%的NaOH K 溶液由20 C 预热到
该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为 0 25 X
试问库存的换热器能否满足传热任务？ 操作条件下，NaOH
溶液的物性参数为
?
二 1100kg / m 3; = 0.58w/ m C;C p = 3.77kJ / kg C;
= 1.5mPa s;蒸汽冷凝膜系数＞2=1 104w/ m 2 C
钢的导热系数 =46.5w/ m C
污垢热阻总和
、、R = 0.0003m 2 C/w
其中
S 。二 n 二d °(L-0.1) -72 3.14 0..025 (3 - 0.1) =16.4 (T 7)-(T J)
4
T -t 2
°.°
21
O'
67 1100
=10300 104
另一种解法:
由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为:
S o
Sm
同上，换热器的热负荷
Q L =1382kw
K 。=1097w/m 2 C ，?:t m =85.4 C
故
S 。
1382
14.75m 2
1097 疋 85.4
该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为：
S 。二 n 二d o (L-0.1) =72 3.14 0..025 (3-0.1) =16.4
因为
S o S o
所以库存的换热器能够完成传热任务。
13热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为 25mm 2.5mm 钢管，导热系数
■ =45W/m K 。冷水在管内湍流流动，给热系数
=2000W/m 2 X ，热气在环隙中
2
湍流流动，给热系数 >2 =50W/m K 。不计垢层热阻，试求：
Cp J
377
103
「
5 10
^七75
0.58
= 143 ：
60
：1 =0.023 —(Re)0.8(Pr)0.4 =0.023
(10300)°.8
(9.75)0.4
d
0.021
2
=2560 w/m C
K o
1 _d^ . bd o
-：s -5 d i ■ d i
1
0.025
+
10000 2560 0.021
0.002 0.025 1 -
-0.0003 =
46.5 0.023
1097
K o =1097w/m 2 C
换热器的传热速率 Q =K o S 。：t m =1097 16.4 85.4 = 1536kw
该换热器的热负荷
30 x 1100
Q
L
叫―心
30
^ 3.77 (60 一
20)
「
382kw
因为 Q Q L
所以库存的换热器能够完成传热任务。
1.5 10’
(1 )管壁热阻占总热阻的百分数；
(2) 内管中冷水流速提高一倍，总传热系数 (3) 内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数
解：
(1)
1 d 2
K
r
丄整止|輕.丄尸
2000
0.02
2 45 0.02 50
2
= 48.3W/m K
= 6.2 10^m 2 K /W
.管壁热阻分率为
6.2 10
3 10’ =0.3%
0.021
.冷=20.8： 1 =20.8 2000 = 3.48 1O ‘W/m 2 K
” 1 0.025 二 1
2
K '=[
3
6.2 10 ]=49.0W/m K 3.48X0 0.02
50
增加
= 49 一
48.3
=1.3%
K
48.3
(3) . ： 2 =20'^^ = 20'8 50 = 87.1W/m 2 K
K ，. 」
0025
6.2 10* 丄]=82.1W/m 2 K 2000
0.02 87.1
增加
82^48^^69.6% K
48.3
由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高
K 值，强化传热，应在:-小处着
手。
15 68mm 4mm 的无缝钢管，内通过表压为 0.2Mpa 的饱和蒸汽。管外包 30mm 厚的保 温层■ =0.080W/(m K)，该管设置于温度1外=20 C 的大气中，已知管内壁与蒸汽的给 热系数-5000W/(m 2 K)，保温层外表面与大气的给热系数 -10W/(m 2 K)。求
蒸汽流经每米管长的冷凝量 W 及保温层外表面的温度 t W
K ■有何变化？ K “有何变
总热阻
—=0.02 m 2 /W K
管壁热阻
虫肚座In0025
2 d 1 2 45 0.02
解：每米管长的冷凝量 W
= 0.068 - 2 0.004 = 0.06m ， d ° = 0.068m d ? = 0.068 ■ 2 0.03 = 0.128m
不计管壁热阻
2 d o
丄整.*1/丄「
5000 0.06
2 0.08 0.068 10
2
=i.65W/（m K ）
Q =K 2A 2（T - t 外）=K 2二d 2L （T - t 外）
查 0.2MPa （表）下，饱和蒸汽 T =133.3 C ，r = 2168.1kJ / kg
Q L =&二d 2（T-t 外）= 1.65 3.14 0.128 （133.3 -20） =75.1W/m
Q L 75.1 」
W
3 =3.47 10 kg / m s = 0.125kg / m hr
r
2168.仆10
K
2
（T
7外）=：2（t W -上外）
t W = K 2 （T -t 外）t 外 = 1.65 （133.3-20） 20 =38.7 C
a 2 10
16 一内径d^0.34m 的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度t^38 C ，外壁外面用100 C 热水加热。钢壳的导热系数’=45 W /(m 2 C)，热水对外壁的给热系数
> -500W/(m 2 C)，试计算钢壳厚度：是多少mm 时传热速率Q max 达最大值？最大传热 速率是多少？ 解：对于所传热量有
也t
1 A m
其中，=t = 100 -38 = 62 C ,
= r - r 1， A^4rr 1 （推导而得）
化工原理传热部分模拟试题及答案
化工原理传热部分模拟试题及答案 一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热 系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是傅立叶定厂。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻小 (大、小)一侧的：?值。间壁换热器管壁温度t w接近于:値大(大、小)一侧的流体温度。由 多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大(大、小)，其两侧的温差愈大(大、小)。 (3) 由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小_，其两侧的温差愈小。 (4) 在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内(或热边界层内) ________ ，减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，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的目的是增加面积，增强流体的湍动程 度以提高传热系数。 ⑹厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b i>b2>b3，导热系数 在稳定传热过程中，各层的热阻R > R 2 > R 3,各层导热速率Q = Q 2 = Q 3。 (7) 物体辐射能力的大小与黑度成正比，还与温度的四次方成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。实际操作应控制在泡核沸腾。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增 加而增加。 (10) 传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。热传导的基本定律是一傅立叶定律- a 其表达式为___dQ= - ds 一 ___。 cn (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48倍。(设条件改变后仍在湍流范围) (12) 导热系数的单位为W/ ( m「C) _____ ，对流传热系数的单位为W/ ( m「C) ，总传热系数的单位为w/ ( m?C)___________ 。 二、选择 1已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度—D—耐火砖 的黑度。 A 大于 B 等于C不能确定 D 小于 2某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气(空气在管内作湍流流动)，使空气温 度由20C升至80C，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则 此时的传热温差应为原来的A倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一25 x 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数:i=1000W/m i - C；如流量与物性都不变，改用一19x 2mm的直管，则其：?将变为 D 。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4对流传热系数关联式中普兰特准数是表示_C ____ 的准数。
化工原理传热习题及答案汇总
化工原理习题及答案 第五章传热 姓名____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 2.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, λ=0.25w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1000w 3.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃, 而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数λ=0.35w.m.K,则其厚度不低于_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 91mm 4.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s,此时传热系数α=_____________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=3.81(kw.m.K) 5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为_____________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为1.2m.s,此时传热系数α=________________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=5.26(kw.m.K) 6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。 ***答案*** q=αA△t w.m.K 7.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 27.9K 8.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 41.6K 9.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________. ***答案*** 热传导热对流热辐射 10.（6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α.αλ的关系为_________.当间壁管规格为φ108×4mm,导热系数为45(w. m.K)时,管内外两侧给热系数分别为8000 (w.m.K)和1200(w.m.K)时,总传热系数K__________. ***答案*** 1/K=1/α+bd/λd+1d/αd 946(w.m.K) 11.（4分）某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度为80℃和50℃,冷流体的
《化工原理》(上)模拟试卷
《化工原理》（上册）模拟试卷 一、判断题（对的打√，错的打×，每题1分，共15分） 1. 因次分析的目的在于用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化。 2. 边长为0.5m的正方形通风管道，其当量直径为0.5m。 3. 根据流体力学原理设计的流量计中，孔板流量计是恒压差流量计。 4. 当计算流体由粗管进入细管的局部阻力损失时，公式中的流速应该取粗管中 的流速。 5. 离心泵的轴功率随流量的增大而增大。 6. 当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生气缚现象。 7. 对于低阻输送管路，并联优于串联组合。 8. 为了获得较高的能量利用率，离心泵总是采用后弯叶片。 9. 间歇过滤机一个操作周期的时间就是指过滤时间。 10. 过滤介质应具备的一个特性是多孔性。 11. 过滤常数K与过滤压力无关。 12. 滴状冷凝的给热系数比膜状冷凝的给热系数大，所以工业冷凝器的设计都按 滴状冷凝考虑。 13. 多层平壁定态导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差也最小。 14. 对于温度不宜超过某一值的热敏性流体，在与其他流体换热过程中宜采用逆 流操作。 15. 实际物体的辐射能力总是小于黑体的辐射能力。 二、选择题（每题1个正确答案，每题2分，共20分）
1. 当不可压缩流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径 缩小的地方，其静压力（）。 A. 不变 B. 增大 C. 减小 D. 不确定 2. 水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温度升高 时，Re值将（）。 A.变小 B.变大 C.不变 D.不确定 3. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差计中 的汞面将（）。 A. 左低右高 B. 等高 C. 左高右低 D. 无法确定 4. 离心泵铭牌上标出的流量和压头数值是（）。 A. 最高效率点对应值 B. 操作点对应值 C. 最大流量下对应值 D. 计算值 5. 操作中的离心泵，将水由水池送往敞口高位槽。若管路条件不变，水面下降（泵能正常工作）时，泵的压头、泵出口处压力表读数和泵入口处真空表读数将分别（）。 A. 变大，变小，变大 B. 变小，变大，变小 C. 不变，变大，变小 D. 不变，变小，变大 6. 在重力场中，固粒的自由沉降速度与下列因素无关（） A.粒子几何形状 B.粒子几何尺寸 C.粒子及流体密度 D.流体的流速 7. 当其他条件都保持不变时，提高回转真空过滤机的转速，则过滤机的生产能 力（）。 A.提高 B.降低 C.不变 D.不一定 8. 当间壁两侧流体的对流传热系数存在下列关系α1＜＜α2，则要提高总传热系 数K应采取的有效措施为（）。 A.提高α1 B.提高α2 C.提高α1，降低α2 D.不确定 9. 根据因次分析法，对于强制对流传热，其准数关联式可简化为（） A. Nu＝f（Re，Pr，Gr） B. Nu＝f（Re，Gr） C. Nu＝f（Pr，Re） D. Nu=f（Pr，Gr）
化工原理传热题库
第四章《传热》练习题 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：C 2、揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（）。 A、斯蒂芬-波尔兹曼定律；C、折射定律； B、克希霍夫定律；D、普郎克定律； 答案：B 3、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； 答案：A、C、D；B、E、F 4、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、E 5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是( )。 A、不可行的； B、可行的； C、可能行，也可能不行； D、视具体情况而定； 答案：A 解：原因是：流量不变 2 d u=常数 当管径增大时，a. 2 / u l d ∝ ， 0.80.2 1.8 /1/ u d d α∝=
b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据 ()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 121ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则 12ln T t T t -↓-∴2t ↓ ? 本题在于灵活应用管强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。 根据连续性方程，流量不变时，24V d u π ==常数，所以管径变化，管流速也发生变化。管间用饱和水蒸气加热，热阻小， 可以忽略不计，总热阻近似等于管传热热阻，即K α≈ 6、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 ④ 水 轻油 答案：D 7、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法： ①加热器应置于该空间的上部；②冷凝器应置于该空间的下部； 正确的结论应该是（ ）。 A 、这两种说法都对； C 、第一种说法对，第二种说法错； B 、这两种说法都不对； D 、第二种说法对，第一种说法错； 答案：B
化工原理--传热习题及答案
传热习题及答案 一、选择题： 1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）C 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； 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程 的有（ ）。Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、Ｆ 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； 3、影响对流传热系数的因素有( )。A 、B 、C 、D 、E 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； 4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热 至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措 施是：A A 、不可行的； B 、可行的； C 、可能行，也可能不行； D 、视具 体情况而定； 解：原因是：流量不变 2d u =常数 当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u d d α∝= b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴ 21 12ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 12 1 ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓
化工原理模拟试题(一)
化工原理模拟试题（一） 一、选择题(20分，每小题2分) 1 离心泵的调节阀开大时， A吸入管路阻力损失不变 B 泵出口的压力减小 C 泵入口的真空度减小 D 泵工作点的扬程升高 2在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数λ数值 A与光滑管一样 B 只取决于Re C 取决于相对粗糙度 D 与粗 3已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，则??? A t1 传热 概念： 1、传热的三种基本方式 2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热 计算公式 （1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8） （2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。（3）实验测K (例4－9) （4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10） 二实验题（10） 1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？ 2.蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？ 3.为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的 和S？为什么？ 换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？ 4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。（1分） 当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用逆流操作。（1分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。（1分）采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。（1分） 2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。（3分） 一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。 （3分）5．灰体的定义及特点 6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、 仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？ 三计算题（60分） 3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为 1.5kg/s，由80o C 被冷却至30o C。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温 三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452× 一、化工原理传热部分模拟试题及答案 一、填空题 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 , 其表达式为???dQ= -ds λn t ?????。 (3) 间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W 接近于α值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。 (4)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。 (5)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞流层内（或热边界层内） ，减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b 1>b 2>b 3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 > R 2 > R 3，各层导热速率Q 1 = Q 2 = Q 3。 (7) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。 (8) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48 倍。（设条件改变后仍在湍流范围） (9) 导热系数的单位为 W/（m ·℃） ，对流传热系数的单位为 W/（m 2 ·℃） ，总传热系数的单位为 W/（m 2 ·℃） 。 二、选择 1 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的 A 倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 2 一定流量的液体在一φ25×2.5mm 的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi =1000W/m 2 ·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm 的直管，则其α将变为 D 。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 3 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。 A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 化工原理课后习题答案第4章传热习题解答 习 题 1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ， λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3 δ＝12cm ，q ＝ 1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1 δ＝？2 δ＝？ 解： ∵δλT q ?= ∴1 δ＝m q T T 22.01200 900 11003.12 1 1 =-? =- λ 又∵3 3 224 23 4 33 2 3 22 λδλδδλδλ+-= -=-=T T T T T T q ∴W K m q T T /579.093 .012 .0120050900233422 2?=--=--= λδλ δ 得：∴m 10.018.0579.0579.022 =?==λδ 习 题1附图 习题2附图 2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δ λ δλ3 13 2 3 T T T T q -=-= ∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3） T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C 传热 一、填空 1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（），这是因为（）。 2、某物体（可近似为灰体），在20℃时，其黒度为ε=0.8，则其辐射能力的大小为 （），其吸收率为（）。 3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（），原因是（）。 4、膜系数α越（），液体核状沸腾时，△t越大，α越（）。 5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变），若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（），蒸汽侧的对流传热系数（）。 6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请列举二个可以导致上述现象的原因：①（）②（） 7、常见的列管换热器折流板型式有（），（）。 在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（），缺点是（）。 8、随着温度的增加，空气的黏度（），空气的导热系数（）。 9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（），因为（）。 10、角系数取决于换热物体的（），（）和（），而与（）和（）无关。 11、基尔霍夫定律的表达式为（），该定律的前提假设条件是（）。 12、在空气—水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（）， 传热壁面的温度接近于（）的温度。 13、列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（）办法，常用的结构形式有（）。 14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（）。水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（）。 15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（），（）和（），而在工业生产中常在（）阶段操作。 16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为60℃）应走（），水（入口温度为90℃）应走（），主要是为避免（）。 17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。 18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（），冷凝传热量（）。 19、在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程改为双程，则传热温度差（）。 20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（）。 21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称①（），②（）。 22、斯蒂芬—波尔茨曼定律的数学表达式为（），它表示（ ）。 23、327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的（）倍。 24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（ ）求之。 25、沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（），沸腾传热系数越（ 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； C 2、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、F 3、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、E 4、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 ④水轻油 D 5、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； C 6、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； B 7、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； A 8、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C，出口温度为50?C，冷 第四章 传热 一、填空题： 1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度 2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知 321b b b >>；导热系数321λλλ<<。在稳定传热过程中， 各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。 解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、 ①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。 ②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。 因为 4 0100? ?? ??==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、 ①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。 ②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。 解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、 ①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。 ①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。 ②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁 w t 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。 ②对于间壁式换热器： m t KA t t Cp m T T Cp m ?=-=-)()(122' 2211'1等式成立的条件 是 、 、 。 解①大 ， 热阻大 ②稳定传热 ， 无热损失 ， 无相变化 8、①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是 。 ②等温面不会相交，因为 。 解①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支承管子 ②一个点不可能具有两个不同的温度 9、①由多层等厚度平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ，其两侧的温度差愈 。 ②为了减小高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置 的措施。 一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻（大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W接近于α值（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈（大、小），其两侧的温差愈（大、小）。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈，其两侧的温差愈。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效措施是。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加、或；翅片管换热器安装翅片的目的是。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻，各层导热速率。 (7) 物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称、、。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括、和三个阶段。实际操作应控制在。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而。 (10) 传热的基本方式有、和三种。热传导的基本定律是其表达式为??????。 (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的____倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的倍。（设条件改变后仍在湍流范围） (12) 导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总传热系数的单位为。 二、选择 1 已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿＿耐火砖的黑度。 A 大于 B 等于 C 不能确定 D 小于 2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm的直管，则其α将变为。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。 A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 5 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的______在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 化工原理习题第二部分热量传递 一、填空题： 1.某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料，其厚度为240mm，λ=0.57w/m.K，此时单位面积的热损失为____ 1140w ___。(注:大型容器可视为平壁) 2.牛顿冷却定律的表达式为____ q=αA△t _____，给热系数（或对流传热系数）α的单位是__ w/m2.K _____。 3.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=____27.9K _____。 3. 某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃，冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=____ 41.6K _____。 4.热量传递的方式主要有三种:__ 热传导___、___热对流 ____、热辐射。 5.对流传热中的努塞特准数式是＿＿Nu＝αｌ/λ＿＿＿＿, 它反映了对流传热过程几何尺寸对α的影响。 6.稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。 7.两流体的间壁换热过程中，计算式Q＝α.A.△ｔ，A表示为α一侧的换热壁面面积_______。 8.在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为____________ A 泛指传热面, 与K 相对应________。 9.两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃，当它们逆流流动时, 平均传热温差△tm=_____ 50℃_______，当并流时,△tm=___ 47.2℃______。 10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T＝400℃，出口温度T 为200℃，冷气体进口温度ｔ＝50℃，两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若不计热损失时，冷气体出口温度为＿250_＿℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为＿＿240℃＿。 11.一列管换热器，列管规格为φ38×3, 管长4m,管数127根，则外表面积F=__F1=127×4π×0.038=60.6m2，而以内表面积计的传热面积F____ F2=127×4π×0.032=51.1m2__________。 齐河职业中专2015—2016年第一学期月考考试 技能试题 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。满分200分，考试时间120分钟。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 卷一（选择题，共100分） 一、选择题（本大题40个小题，每小题2分，共80分。在每小题列出的四个选项中，只有一项符合题目要求，请将符合题目要求的选项字母代号选出） 1.甲烷在320K和0.5MPa时的密度是（） A．3.0kg/m3 B．3000kg/m3 C．0.03kg/m3 D．0.003kg/m3 2．已知某油品在圆管中稳定的流动，其Re=500，已测得管中心处的点流速为0.5m/s，则此管截面上的平均流速为（）m/s A．0.1 B．0.15 C．0.25 D．0.4 3．当流体在管内稳定流动时，其他条件保持不变，管径为原来的2倍，则其相应的雷诺准数为原来的（）倍 A．2 B．1 C．1/2 D．4 4.离心泵开车时，为了减小启动功率，应将（） A．出口阀关小B．出口阀开大C．入口阀关闭D．出口阀关闭 5. 层流与湍流的区别是（） A、湍流的流速大于层流流速 B、流道截面积大的为湍流，小的为层流 C、层流无径向脉动，湍流有径向脉动 D、层流的雷诺准数小于湍流的雷诺准数 6．运动粘度v=μ/ρ，其单位为（） A．Pa.s B．Pa/s C．m2/s D．m2.s 7．水在管道中稳定流动时任意截面上流量qm1、qm2关系为（） A．qm1=qm2 B．qm1>qm2 C．qm1 、选择题 1 ?当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（ A ） A. 质量流量 B.体积流量 2. 孔板流量计是（C ）。 A. 变压差流量计，垂直安装。 C.变压差流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采 用改变出口阀门的开度调节流量的是（ C ） A .齿轮泵 B.旋涡泵 C.离心泵 D.往复泵 4. 下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（ B ）o A .增加离心泵的排液高度。 B.增加离心泵的吸液高度。 C.启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D.启动前，没有关闭岀口阀门。 5?水在规格为 ①38 x 2.5mm 勺圆管中以0.1m/s 的流速流动，已知水的粘度为 1mPa-s 则其流动的型态为 （C ）o A. 层流 B.湍流 C.可能是层流也可能是湍流 D.既 不是层流也不是湍流 6?下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（ D ）o A. 位能 B.动能 C.静压能 D.热能 7?在相同进、出口温度条件下，换热器采用（ A ）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B.并流 C.错流 D.折流 &当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（ C ）也增大。 A .流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9?下列换热器中，需要热补偿装置的是（ A ）o A ?固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U 型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（ D ） A. 热传导 B.对流 C.热辐射 D.对流传热 11. 流体在管内呈湍流流动时 _____ B ____ o A. R e > 2000 B. Re>4000 C. 2000化工原理传热练习题(DOC)
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