化工原理第四章 传热教程文件
化工原理第四章传热
第四章传热习题解答
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、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
冷热流体流动通道的选择
a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U形管式的不宜走管程；
b、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；
c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；
d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；
e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；
f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；
g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程100
Re即
可达到湍流。但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。
以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。
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、壁面的几何因素答
案: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
答案：D
5、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
6、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；
答案：C
7、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；答案：B
8、在冷凝器中用水冷凝苯蒸汽，水走管程，其雷诺数4102.1?=e R ，此时对流传热系数为α。若将水的流量减半，其对流传热系数'
α（ ）。
A 、>(1/2)α8.0；
B 、<(1/2)α8.0；
C 、=(1/2)α8.0；
D 、无法确
认； 答案：B
分析：水的流量减半后，按流(410>e R )公式计算，
αα8.0')2/1(=，但本例中流型已变成过渡流，3106?=e R ，此时ααf '='（4-21）。又
110618.15
='e R f ，∴)2/1(<'α
9、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（ ）。 A 、5%； B 、6%； C 、7%； D 、8%； 答案：A
解：由 ()21T T c W Q ph h h -=，)(12t t c W Q pc c c -= 得
()()()()05.040
3840509015535090211221=-=----=----=-T T t t T T Q Q Q h c h
10、某套管换热器由?108×4mm 和?55×2.5mm 钢管组成，流体在环
隙间流动，其当量直径为（ ）mm 。 答案：B
A 、53；
B 、45；
C 、50；
D 、58；
m d D d
D d D d
D d D d 045.0055.01.0)(4
442222e =-=-=+-=+-?=?=πππ
润湿周边流体流通截面积 11、下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的（ ）
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； 答案：C
12、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℃；
D 、49.7℃。
答案：B
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。 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。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 。
大；流体被加热时，自然对流的方向是自下而上，恰与流体
流动的方向相反，引起湍动加剧。
4、金属的导热系数大多数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t 1，t 2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 。221λλλ+=；2
21t t +=λ 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、 p c 这4个物性参数中，若 值大，对流传热系数α就增大；若 值大，对流传热系数α就减小。 答案：λ、ρ、p c ； μ
8、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1倍。
9、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、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 。 答案：400kg/h
分析：设m t K Q ?=A ，m t K Q ?'='A ， 1.1/1/1='='='∴K
K K K Q Q ， 故：h kg Q Q /4001.14401.1===' 11、苯在内径为20mm 的圆形直管中作湍流流
动，对流传热系数为1270W/（2m ·℃）。如果流量和物性不变，改用内径为30mm 的圆管，其对流传热系数将变为 612 Ｗ／
（2m ·℃）。 分析：n r s n r P d W d d P du d 8.028.04//023.0023.0??????? ??????? ???=???? ??=μρπρλμρλα
8.18.0)21(1-?-+-=∝d d
α，482.020308.1=??? ??='-αα )/(6121270482.0482.02C m W o ?=?=='αα
12、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%
13、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
14、流体横向流过管束作湍流流动时，在管外加有折流板的情况下，14.03/155.0)(36.0W P R N r e u μμ??=。可见对流传热系数与当量直径的_0.45次方_成反比。
15、对大空间的自然对流，通常取加热（或冷却）表面的 为特征尺寸。答案：垂直高度
三、计算题
1、一立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ25×2.5mm，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却CS 2饱和蒸气，使之从饱和温度46 ℃ 降至10 ℃，走管外，其流量
W=0.07kg/s ，其冷凝潜热为356kJ/kg ，比热容为1.05kW/(kg℃) 。水走管内，且与CS 2呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ℃ 和30℃。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为K 1=200W/(m 2·℃)和K 2=100 W/(m 2
·℃)。问此换热器是否合用？
分析：判断一台换热器是否合用，一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法，本例采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，比较后即可以得出结论。
本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积A 1和冷却段所需面积A 2，而A 1、A 2的求得又须以Δt m1、Δt m2为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却段的温度t 。 解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：
2007.73025.014.330m L d n A =???==π （2）求所需的传热面积