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 ↓
? 本题在于灵活应用管内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，管内流速也发生变化。
管间用饱和水蒸气加热，热阻小，可以忽略不计，总热阻
近似等于管内传热热阻，即K α≈
5、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（ ）。D
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
6、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（ ）。B
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；
7、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
（ ）。C
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30时的a ；②水的流速为1.5时的a ；③蒸汽滴
状冷凝时的a ；
④水沸腾时的a ；
8、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（ ）。B
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；
9、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（ ）。B
A 、>(1/2)α8.0；
B 、<(1/2)α8.0；
C 、=(1/2)α8.0；
D 、无法确
认；
分析：水的流量减半后，按流(
)104>e R 公式计算，αα8.0')2/1(=但本例中流型 已变成渡流)1053?=e R ，此时ααΦ='。又5
0.86101Re ?-＜1，∴()'12α＜ 10、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（ ）。A
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；
11、关于下面两种说法的正确结论应是（ ）。C
1）物体的相应位置确定后，系统的黑度只与表面黑度有关；
2）通过改变表面黑度的方法不能强化或消减辐射过程。
A 、这两种说法都对； C 、第一种说法对，第二种说法
不对；
B 、 两种说法都不对； D 、第二种说法对，第一种说法
不对；
12、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 ，冷水进口温度为15°C ，出口温度为53°C ，
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 A 、5%； B 、6%； C 、
7%； D 、8%；
解：由 ()21T T c W Q ph h h -=，()21t t c W Q pc c c -=
得 ()()()()05.0403840509015535090211221=-=----=----=-T T t t T T Q Q Q h c h
13、某套管换热器由?108×4和?55×2.5钢管组成，流体在
环隙间流动，其当量直径为（ ）。答案：B
A 、53；
B 、45；
C 、50；
D 、58；
14、有两台同样的管壳式换热器，拟作气体冷却器用。在气、
液流量及进口温度一定时，为使气体温度降到最低应采用的流
程为（ ）D
A 、 气体走管外，气体并联逆流操作；
B 、气体走管内，气
体并联逆流操作
C、气体走管内，串联逆流操作；
D、气体走管外，串联逆流操作；
15、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
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；
16、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（）C
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；
17、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（）答案：B
A、20℃；
B、100℃；
C、60℃；
D、49.7℃。
18、有一套管换热器，长10m，管间用饱和水蒸气作加热剂。一定流量下且做湍流流动的空气由内管流过，温度可升至指定温度。现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度为原来的（）
A、2倍；
B、1.75倍
C、1.15倍；
D、2.30倍；答案：Ｃ
20、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；答案：Ａ
21、有一套管换热器在内管中空气从20℃被加热到50℃，环隙内有119.6℃的水蒸气被冷凝，那么与壁温接近的温度为①
①119.6℃②35℃③77.3℃
22、在一管道外包有两层保温材料，内外层导热系数分别为λ
1和λ2，为使保温效果好，则λ1和λ2的关系应为①
①λ1<λ2②λ1>λ2③λ1=λ2
23、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②。
①管壁热阻；②污垢热阻；
③管内对流传热热阻；④管外对流传热热阻；
24、对双层平壁的稳态导热过程，壁厚相同，各层的导热系数分别为
λ和2λ，其对应的温差分别为1t?和2t?，若1t?> 2t?，则1λ
1
和
λ的关系为。A
2
A.
λ<2λ； B. 1λ=2λ； C. 1λ>2λ。 D. 不确定。
1
25、蒸汽输送管外有两层保温层，为了使得保温效果更好，应将导热系数高的置于（）
A、外层；
B、内层；
C、无关
25、如图所示的双层平壁中，导热系数λ1，λ2为定值，假定
过程为稳态，试分析图中三条温度分布曲线所对应的λ1和λ2
的相对大小。
答：由于过程是稳态的，因此在三种情况下，热流量分别为常数，即：
所以对情形①：；
同理，对情形②：；
对情形③：。
26、已知圆筒壁(外半径为r)上两层保温材料的温度分布曲线
如图示：A 层的导热系数 ( )B层的导热系数；应将( )放
在内层保温效果好。(A、B 两层厚度相等)。答案：B；E
A. 等于
B. 大于
C. 小于
D. A 层
E. B 层
27、间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻( ) 答案：A
A. 成正比
B. 成反比
C. 没关系
28、翅片管换热器的翅片应安装在( )。答案：A
A. α小的一侧
B. α大的一侧
C. 管内
D.
管外
29、穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层
的热阻 R1与第二、三层热阻R2、R3的大小( )。答案：C A. R1>(R23) B. R1<(R23)
C. R1=(R23)
D. 无法比较
30、列管换热器管程常用流速范围为：一般液体( ),气体( )。答案：A、C
A. 0.5～3m1
B. 3～15m1
C. 5～30m1
31、在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为ｔ1、ｔ2，蛇管外有热流体稳定流过，借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T(T为热流体出口温度) ，如冷却蛇管长度增大一倍，其它条件不变，问出口水温ｔ2应( )。答案：A
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 不一定
32、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时: （1）传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变 ( ) 答案：A
（2）空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变 ( ) 答案：A
（3）壁温 A 增大 B 略有减小 C 基本不变 ( ) 答
案：B
33、工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（）。答案：C
A. 增加热阻，减少热量损失；
B. 节约钢材、增强美观；
C. 增加传热面积，提高传热效果。
34、在平壁导热过程中q＝λA（ｔ1－ｔ2）／δ，传热推动力是（）。答案：B
A. λ;
B. ｔ1－ｔ2;
C. δ
35、有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 ℃）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20℃加热到80℃，该换热器的平均传热温度差Δｔ为（）。答案：B
A. -602.5;
B. 602.5;
C. 1205
36、某水平管式换热器，管间为饱和水蒸气冷凝，若饱和蒸汽与壁温之差增加一倍时，冷凝传热速率将增加为原来的（）倍。答案：C
A、241
B、241
C、243
D、231
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
分析：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 12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；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：ρ、p c 、λ；μ
8、黑体的表面温度从300℃升至600℃，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, 而非摄氏温度,即4273300273600??? ??++=5.39。
9、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：1
10、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
11、处理量为440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：400
分析：设m t KA ? m t A K Q ?='' ∴ ==''K K Q Q K K 11
'
=1.1
故 '1.14401.1=Q 400
12、苯在内径为20的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数
为1270（2m ·℃）。如果流量和物性不变，改用内径为30的
圆管，其对流传热系数将变为 Ｗ／（2m ·℃）。答案：
612
分析： α=0.023n r P d 8.0Re λ =0.023d λn S d W d Pr 4/8.02???????????????????????????????????μρπρ
α∝8.0)21(1?-+-d =8.1-d αα'8
.12030-??? ??0.482
α'=0.482α=0.482?1270=612(2m ·℃)
13、热油和水在一套管换热器中换热，水由20℃升至75℃。
若冷流体为最小值流体，传热效率0.65，则油的入口温度
为 。答案：104℃
分析：Θε2020
751--T 0.65 ∴1T =104℃
14、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%
15、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
16、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
的成反比。答案：0.45次方
17、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
18、用套管换热器加热内管的空气，蒸汽在管间冷凝。现欲通过实验方法测定蒸汽和空气的给热系数，需用的主要仪器有 。
答案：热电偶温度计、水银温度计、流量计
19、柴油在圆形直管内作强制滞流流动，给热系数可用下式计算：
14.03/13/13/1)()(86.1W L d P R N i r e u μμ=。若流量和物性不变，将管内径减半后仍为滞流，则管内对流传热系数变为原来的 倍。答案：2 分析：14.03/13/13/12)()(4/86.1W L d P d W d d i r i S i μμμρπρλα??????????????????????????????????=由
2)21(1'1
3/13/11==∴=∝--+--αααd d 故αα2'=
20、传热效率随传热单元数的增加而 ，但最后趋于一定值。答案：增大
现有两种材料，密度分别为0.4和0.93
，用作保温材料应选择密度为0.43的材料，因为密度小其导热系数小。
间壁两侧流体的对流传热中，总传热系数K 总是接近该两侧对流传热系数小的值，而壁温总是接近热阻小的值。
21、有一列管式蒸气加热器。热方：饱和蒸气冷凝为饱和液体；冷方：生垢液体升温。控制热阻为 生垢液体；管程宜走 生垢液体 ；其理由为 便于清洗，便于增大流速，减少垢层沉积在管壁表面上 ；
22、为了减少保温瓶的热损失，在瓶胆的夹层中抽真空是为了知
减少（）形式的热损失；
在瓶胆的夹层中镀水银是为了减少（）形式的热损失。答案：传导；辐射
23、在大容器内饱和液体沸腾时，影响沸腾状态的主要因素是（）；工业生产中一般总是设法液体沸腾控制在（）状态下操作。答案：液体性质、温度差、操作压强；泡核状态
24、当参加换热的两种流体，一侧的对流传热系数远大于另一侧。则在换热器的计算中总传热系数可近似取（）。答案：对流传热系数小侧的数值
25、冷凝现象有（）冷凝和（）冷凝，工业冷凝器的设计都按（ 0冷凝设计、沸腾过程分为（）阶段；（）、（）和（）沸腾，工业上的沸腾装置一般是按（）沸腾设计的。答案：三个；自然对流；泡状沸腾；膜状沸腾；泡状沸腾
26、有比重为0.5和0.3的两种玻璃棉保温材料，为减少热损失，应选用比重为（）的一种。答案：0.3
27、传热的基本方式有（）种，分别称为（）。答案：三种；传导、对流、辐射
28、两流体通过换热器进行换热操作，已知热流体温度由80℃降至40℃，冷流体温度相应由20℃升至50℃，则此两流体的换热操作为操作（请选择“逆流”或“并流”）该传热过程的对数平均温度差Δ为；该换热器的效率为。
29、强化换热器中传热过程途径（1）增大单位体积传热面积：翅片、结构改变（2）增大平均温度差：逆流或多壳程（3）增大总传热系数：提高流速，增加扰动，短管等。
三、计算题
1、一单程列管换热器，传热面积为4m2，由Φ25×2.5的管子组成。用初温为25℃的水将机油由200℃冷却至100℃，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1200和1400，其比热容分别为4.18（·℃）；和2.0 （·℃）；水侧
和油侧的对流传热系数分别为1800（m2·℃）和200（m2·℃）。两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻，忽略热损失。试校
核该换热器是否合适？（10分）
解：忽略热损失传热速率
热冷=1400×2×（200－100）=28000077.78水出口温度t2为 1400×2×（200－100）=1200×4.18×（t2－25）
∴ t2=80.82℃
平均传热温度差Δt1=200-80.82=119.18 Δt2=100-25=75
Δt1/Δt2=119.18/75=1.6﹤ 2 Δ119.18+75/2=97.09
传热系数K0=1/（d0/α1/α0）=1/（25/1800×20+1/200）=175.612℃
传热面积A0 K0Δ77.78×103/175.61×97.09=4.56m2
A0﹥A实际故该换热器不合适
2、单壳程单管程列管换热器，由多根ф=25×2.5mm的钢管组
成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m,流量为15，比热为1.76, 密度为858 3，温度由20℃加热至50℃，壳程为130℃
的饱和水蒸汽冷凝，管程、壳程的传热膜系数分别为700 m2
和10000 m2，钢导热系数为45 ，垢层热阻热损失忽略不计。
求：1、以内表面为传热面的总传热系数；2、管子根数及管长。
（12分）
解：1、1/[1/10000+0.0025×25/45×22.5+25/20×700]=513.5
m2（2分）
2、15000×1.76×（50-20）=792000220
（2分）
Δt1=130-20=110 Δt2=130-50=80 Δ（110+80）
/2=95
Δ220×103/513.5×95=4.51m2
（2分）
每根流量=0.5×3.14×0.022×858/4×3600=484.94 （2分）
管子根数15000/484.94=30.9根取31根
（2分）
每根管长4.51/3.14×0.025×31=1.85m （2分）
4、用一套管换热器将2000的甲苯饱和蒸气（110）冷凝为饱
和液体，甲苯的气化热为363。冷却水于16及5000的流量进
入套管内管（内径50）作强制湍流流动，其传热膜系数为
1740(m 2 K)。水的比热可取为 4.19()，假设甲苯侧热阻和管壁热阻远小于水侧热阻。
（1）求冷却水的出口温度及套管管长。
（2）由于气候变化，冷却水的进口温度升高到25，试计算换热器的热负荷变化（以%表示）。忽略物性参数的变化。
（3）冷却水温度升高后，有人建议将冷却水流率加倍，问此时的热负荷、冷却水出口温度与未升高时相比如何，计算出热负荷增加或减少的百分数。
解3：
（1） = (t21)
t2 t1=20003631000/(5000 4.191000)+16=50.65
1740(m 2 K)
20003631000/3600=2.01105w
t1=110-16=94t2=110-50.65=59.35t1/t2<2
(t1+t2)/2=(94+59.35)/2=76.8
= i
2.01105/(17400.0576.8)=9.6m
(2) 0.059.6=1.5m2
Q’= (t’2’1)= t’m [( t’1)+ ( t’2)]/2
5000 4.191000/3600(t’2-25)=1740 1.5[2110-25- t’2]/2
t ’2=56.1
验算：
t 1=110-25=85 t 2=110-56.1=53.9 t 1/t 2<2
故温升后热负荷：
Q ’=
(t ’2’1)= 5000 4.191000/3600(56.1-25)=1.81
105w （’）(2.01
105-1.81105)/2.01105=9.9% 热负荷减少了9.9%.
(3) ’(W ’)0.8=20.8=1.74
’1.74
1740=3027.6 (m 2 K) K ’=’3027.6 (m 2 K)
第三问的答案应为：
Q ’’= K ’A t ’’2 (t ’2-25) 其中：2195225110222t t t m '-=-'-?=''? 根据给出数据算得：t ’252.8℃
所以C t t o m 1.712
8.5219521952=-='-=''? Q ’’= K ’A t ’’m =3027.6
1.571.1=3.23105
w W ’(t ’2’1)= (t 21) 2 (t ’2-25) (50.65-16)
t ’2=42.3
t 1=110-25=85 t 2=110-42.3=67.7
t 1/t 2<2
t ’’(t 1+t 2)/2=76.4
Q ’’= K ’A t ’’m =3027.6 1.576.4=3.47105w
(’’)(2.01105-3.47105)/2.0110572.6%
热负荷增加了72.6%.
5、一立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ25×2.5，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却2饱和蒸气，使之从饱和温度46 ℃ 降至10 ℃，走管外，其流量0.07，其冷凝潜热为356，比热容为1.05(℃) 。水走管内，且与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=200(m 2
·℃)
和K 2=100 (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，比较二者后即可以得出结论。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Δ1、Δ2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： 2
007.73025.014.330m L d n A =???==π
（2）求所需的传热面积
① 冷凝段与冷却段的传热量
kW r W Q 9.2435607.0=?=?=
()()kW T T c W Q s P h h 2065104605.107.022=-?=-= ②两段的平均温差 总传热量：kW Q Q Q 5.2765.29.2421=+=+=
冷却水用量
()()s
kg t t C Q
W c p c /263.053018.45
.2712=-?=-= 冷却水离开冷却段的温度 2水
冷却
冷凝K 1
K 2
4.718.4263.06
5.2521=?+=+=C p C C W Q t t ℃ 冷凝段的平均温差
4646→℃ 6.384.71630←℃ 4.16166.38ln 166.381=-=?m t ℃
冷却段的平均温差
4646→℃ 556.384.7←℃ 4.1656.38ln 56.382=-=?m t
③所需传热面积
冷凝段
2311184.47.25200109.241m t K Q A m =??=?= 冷却段 2
3
22261.14
.161001065.22m t K Q A m =??=?= 22145.661.184.4m A A A =+=+='
A>'A ，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。
6、将流量为2200的空气在蒸汽预热器内从20℃加热到80℃。空气在管内作湍流流动，116℃的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加20%，而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才能完成新的生产任务？请作出定量计算（要求：换热器的根数不作变化）。
分析：由传热基本方程m Q KA t =?着眼考虑：空气流量增加20%而进出口温度不变，即Q 增加20%。因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数,所以总传热系数K 接近空气的对流传热系数。空气流量增加后，总传热系数增大，但其增大的幅度不能满足热负荷增大的要求，故可以改变的只有Δ及A 。 解： 空气蒸汽αα>>Θ ，又管壁较薄可忽略其热阻
空气α≈∴K [[]]4.08.024.08.04/023.0Pr Re 023.0r P d
Ws d d d ?==ρπρλα?空气
2
水
在物性不变的前提下
8.18.01d W C A =空气α (a)
Θ ()m m t dL n t A K Q ?≈??=πα
由题意，n 为常数
将∴（a ）式代入：8.08.02d L t W C Q m A ???= （b ）
（a ）、（b ）二式中1C 、2C 均为比例系数。
设“1”，“2”分别代表工况改变前后的情况，由（b ）式： 12
12128.021128.08.0211
28.0122.1m m m m A A t t d d L L t t d d L L W W Q Q ?????? ??=?????? ?????? ??????????=
已知：=1
2Q Q 1.2
(b)
比较（a ）、（b ）二式得
将已知数据代入
∴ 增加冷凝量为
即蒸气冷凝量增加了64％。此例可以帮助我们加深对控制热阻的理解。
2110010012ln ‘‘’t t t t A K ---=’K t K t t t t m
2
110010012ln 2--=?-0604.05.679092)3035(148310030100ln 2=??-=--‘t C
1.342?=‘t 64.13035)301.34(2)()(21
212=--?=--==t t C W t t C W Q Q W W c p c c p c ‘‘‘
由于原来的冷却水出口温度已经很低，冷却水流量加倍
后，平均温差即传热推动力增加很少，这可由2't 与2t 的比较看出。但因蒸气冷凝给热系数远大于冷却水的对流传热系数，所以管内对流传热热阻就成为整个冷凝过程的控制热阻。冷却水流量加倍后，管内对流传热系数增大到原来的0.82 1.74=倍，控制热阻相应降低，导致总传热系数几乎以与管内对流传热系数相同的幅度增大，结果使冷凝液大量增加，由此可见，降低控制热阻，是增大传热速率的一个重要途径。
7、在列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走完程，空气走管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将：(1)空气的压强加倍；(2)传热管的数目加倍
试估算Ｑ/?将如何变化？
解：（1） a 蒸汽》a 空气 \K ? a 空气
由 Q Δ
得 A A K t m ?≈?=?空气α μμ
ρ
dG
du = 由上可知，当压强加倍后，管内空气的r ，u 将有所改变，
具体说r 增大 u 减少，但质量流速G = u r 不变。即μdG 不变。
又 λμ
p c 不变
∴ a 不变
∴ Δ亦不变化
（2）传热管数目加倍。
传热管数目加倍，则传热面积A 加倍；但流通面积增大1
倍后，流速相应减少1倍，管内对流传热系数减至原来
574.05.080=。倍。
∴ 15.12574.0//121212=?=?=??A A t Q t Q m m αα）（）（
8、平均温度为270℃的机油从一φ108×6的钢管中流过。已
知油对管壁的对流传热系数为340(m 2·℃)，大气温度为12℃。
试求：(1)每米管长的热损失；(2)若管外包以导热系数为0.045(m ·℃)，厚度为20的玻璃棉作保护层，此时的热损失又为多少？
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。
化工原理试验试题集
化工原理实验试题3 1、干燥实验进行到试样重量不再变化时，此时试样中所含的水分是什么水分？实验过程中除去的又是什么水分？二者与哪些因素有关。 答：当干燥实验进行到试样重量不再变化时，此时试样中所含的水分为该干燥条件下的平衡水分，实验过程中除去的是自由水分。二者与干燥介质的温度，湿度及物料的种类有关。 2、在一实际精馏塔内，已知理论板数为5块，F=1kmol/h,xf=0.5,泡点进料，在某一回流比下得到D ＝0.2kmol/h,xD=0.9,xW=0.4，现下达生产指标，要求在料液不变及xD 不小于0.9的条件下，增加馏出液产量，有人认为，由于本塔的冷凝器和塔釜能力均较富裕，因此，完全可以采取操作措施，提高馏出物的产量，并有可能达到D ＝0.56kmol/h ，你认为： （1） 此种说法有无根据？可采取的操作措施是什么？ （2） 提高馏出液量在实际上受到的限制因素有哪些？ 答：在一定的范围内，提高回流比，相当于提高了提馏段蒸汽回流量，可以降低xW ，从而提高了馏出液的产量；由于xD 不变，故进料位置上移，也可提高馏出液的产量，这两种措施均能增加提馏段的分离能力。 D 的极限值由 DxD 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 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 ↓ 传热综合实验（一） 实验时间2020年5月14日成绩________指导老师_______________ 一、实验目的 1.通过对简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α i 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 2.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数A、m的值。 二、实验原理 （1）传热过程基本原理 传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热量就必然发生从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热速率方程式（1-1）计算K值。传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。在该方程式中，冷、热流体的温度差△T是传热过程的推动力，它随传热过程冷热流体的温度变化而改变。 传热速率方程式Q=K×S×ΔTm（1-1） 所以对于总传热系数K=Cp×W×(T2-T1)/(S×ΔTm) (1-2) 式中： Q----热量(W)； S----传热面积(m2)； △Tm----冷热流体的平均温差(℃)；△Tm=Tw-Tm K----总传热系数(W/(m2·℃))； C P ----比热容 (J/(kg·K))； W----空气质量流量(kg/s)； △T=T 2-T 1 ----冷物流温度差(℃)。 换热器的面积：S i=πd i L i（1-3）式中：d i—内管管内径，m； L i —传热管测量段的实际长度，m； 平均空气质量流量W m=V mρm 3600（1-4） 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× 实验四 1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? 无影响。因为Q=αA△t m，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由 于蒸汽的温度不变，故△t m不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响， 所以传热效果不变。 2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么 措施？ 不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。冷凝器 必须设置排气口，以排除不冷凝气体。 3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷 凝水？ 冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速 率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k 接近于哪种流体的 壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系 数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数 5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？ 基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强 对α关联式无影响。 实验五固体流态化实验 1.从观察到的现象，判断属于何种流化？ 2.实际流化时，p为什么会波动？ 3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？ 4流体分布板的作用是什么？ 实验六精馏 1．精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关? 答（1）因为塔釜压力与塔板压力降有关。塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起，因而塔板压力降与气体流量（即塔内蒸汽量）有很大关系。气体流量过大时，会造成过量液沫夹带以致产生液泛，这时塔板压力降会急剧加大，塔釜压力随之升高，因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。（2）塔釜温度、流体的粘度、进料组成、回流量。 2．板式塔气液两相的流动特点是什么? 答：液相为连续相，气相为分散相。 3．操作中增加回流比的方法是什么，能否采用减少塔顶出料量D的方法? 答：（1）减少成品酒精的采出量或增大进料量，以增大回流比；（2）加大蒸气量，增加塔顶冷凝水量，以提高凝液量，增大回流比。 5．本实验中进料状态为冷态进料，当进料量太大时，为什么会出现精馏段干板，甚至出现塔顶既没有回流也没有出料的现象，应如何调节? 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（ 传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a * 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βg ΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βg ΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βg ΔT : Gr ＝βg ΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： 热量衡算方程： 圆管传热牛顿冷却定律： 圆筒壁传导热流量：)] /()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54.02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃] 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。 实验一 干燥实验 一、实验目的 1. 了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作技术。 2. 掌握恒定条件下物料干燥速率曲线的测定方法。 3. 测定湿物料的临界含水量X C ，加深对其概念及影响因素的理解。 4. 熟悉恒速阶段传质系数K H 、物料与空气之间的对流传热系数α的测定方法。 二、实验内容 1. 在空气流量、温度不变的情况下，测定物料的干燥速率曲线和临界含水量，并了解其 影响因素。 2. 测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数α和传质系数K H 。 三、基本原理 干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中水分蒸发分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料含水性质和物料形状上的差异，水分传递速率的大小差别很大。概括起来说，影响传递速率的因素主要有：固体物料的种类、含水量、含水性质；固体物料层的厚度或颗粒的大小；热空气的温度、湿度和流速；热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算干燥速率（除了绝对不吸水物质外），因此研究干燥速率大多采用实验的方法。 干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。为简化实验的影响因素，干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的，即实验为间歇操作，采用大量空气干燥少量的物料，且空气进出干燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不变。 本实验以热空气为加热介质，甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化，实验进行到物料质量基本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量，即以湿物料为基准的水分含量，用ω来表示。但因干燥时物料总量在变化，所以采用以干基料为基准的含水量X 表示更为方便。ω与X 的关系为： X = -ω ω 1 （8—1） 式中： X —干基含水量 kg 水/kg 绝干料； ω—湿基含水量 kg 水/kg 湿物料。 物料的绝干质量G C 是指在指定温度下物料放在恒温干燥箱中干燥到恒重时的质量。干燥曲线即物料的干基含水量X 与干燥时间τ的关系曲线，它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间变化的关系。物料的干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而变，但是曲线的一般形状，如图（8—1）所示，开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB 段；随后为持续时间长、斜率较大的直线BC ；段以后的一段为曲线 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化工原理传热题库
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