传热习题答案
第四章 传热习题答案
4-1一炉壁由三层不同材料组成，第一层为耐火砖，导热系数为 W/(m·℃)，允许最高温度为1450℃，第二层为绝热砖，导热系数为 W/(m·℃)，允许最高温度为1100℃，第三层为铁板，导热系数为(m·℃)，其厚度为6mm ，炉壁内表面温度为1350℃，外表面温度为220℃。在稳定状态下通过炉壁的热通量为4652 W/m 2，试问各层应该多厚时才能使壁的总厚度最小
解：当绝热材料达到最高允许温度时，总壁厚为最小
b
t
q ?=λ
，q t b ?=λ
()mm m b 1920.09136/4652110013501.7==-?= 0.006/40.7
0.35/220
11004652+-=
2b
mm m b 2660.066==
因第二层绝热砖已达到最高温度，故第一层耐火砖的厚度不可再小，所以现在所得总厚为其最小厚度：
mm b b b 32116466692min =++=++=δ
4-2一根直径为φ60mm×3mm 的铝铜合金钢管，导热系数为45 W/(m·℃)。用30mm 厚的软木包扎，其外又用30mm 厚的保温灰包扎作为绝热层。现测得钢管内壁面温度为-110℃，绝热层外表面温度10℃。求每米管每小时散失的冷量。如将两层绝热材料位置互换，假设互换后管内壁温度及最外保温层表面温度不变，则传热量为多少已知软木和保温灰的导热系数分别为和（m·℃)。
解：
()()m
W 34.4m W 30
60/2303060/2ln 0.07160/23060/2ln 0.0431/2326060/2ln 451101103.142ln ln ln -=++++++?---??=
++-=
3
4
32321214
1r r 21
r r 21r r 21t t L Q πλπλπλ
两层互换位置后，热损失为
()()m
W 39m W 30
60/2303060/2ln 0.043160/23060/2ln 0.071/2326060/2ln 451101103.142ln 2ln 2ln 2-=++++++?---??=
++-=
3
4
32321214
1r r 1
r r 1r r 1t t L Q πλπλπλ
4-3一炉壁面由225mm 厚的耐火砖，120mm 厚的绝热转及225mm 厚的建筑转所组成。其内侧壁温1200K ，外侧壁温为330K ，如果其导热系数分别为、和 W/(m·K)，试求单位壁面上的热损失及接触面上的温度。
解：
W m K R 2i /1.0820.7
0.225
0.20.1201.40.225?=++=
∑ ∑∑∑∑?=
?=??i
i i i i i
i i R t R t R R t t , K
t t t t 2211588.6129.2
1.4
0.225
1.0823301200=∴=?-=-=? 单位面积上的热损失21
11m W b t q /8040.1607
129.2
==?=
λ 4-4在外径为140mm 的蒸汽管道外包扎一层厚度为50mm 的保温层，以减少热损失。蒸汽管外壁温度
为180℃。保温层材料的导热系数λ与温度t 的关系为λ=+(t 的单位为℃，λ的单位为W ／(m·℃))。若要求每米管长热损失造成的蒸汽冷凝量控制在·10-5kg/(m·s)，试求保温层外侧面温度。
解：查附录有180℃蒸汽的汽化热为kg ，据蒸汽冷凝量有
m W 199.1102019.3109.86//35=???=?=-L r W L Q 70120ln 3.142180199.1,ln 223
2
3
2321t r r 1
t t L Q λπλ?-=
-=
式中??
?
??++=???
??++=21800.00020.120.00020.13322t t t λ 代入上式，解得℃40=3t
4-5有直径为φ38mm×2mm 的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm 的水垢，水垢的导热系数λ= W/
（m·℃)。试计算水垢的热阻是黄铜热阻的多少倍黄铜的导热系数λ=110 W/（m·℃)。
解：因为232
38
243838<=--，所以可以用算术平均半径计算导热面积。管长用L 表示时，黄铜管的热
阻为L
L d b A b R 1m 111m 110.0361100.002
??===
ππλλ铜
水垢的热阻L
L d b A b R 2m 222m 220.0331.1630.001
??===
ππλλ垢
51.60.036
1100.0020.0331.1630.001
=??=∴铜
垢R R
4-6冷却水在φ19mm×2mm ，长为2m 的钢管中以1m/s 的流速通过。水温由288K 升至298K 。求管壁对水的对流传热系数。
解：℃℃t s m u m l m d 125t ,15
,/1,2,0.0152===== 水的平均温度℃202
25
15=+=+=
2t t t 21m 查附录得20℃的水的物理性质
)℃W/(1059.9,101.004,/998.224??=??==-m s Pa m kg 3λμρ 601330.015
2
,
7.02Pr >===d l 湍流∴>?=???=
=
-,4000101.4910
1.004998.2
10.015Re 43
μ
ρ
du 水被加热时，n=
()()℃)(m ／4370W 7.02101.490.015
0.5990.023Pr Re 0.02320.4
0.840.40.8?=????==d λα
4-7空气以4m/s 的流速通过φ×的钢管，管长5m 。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）若空气从管壁间得到的热量为578 W ，试计算钢管内壁平均温度。
解：已知℃68t ℃,30,5,0.068,/42=====1t m l m d s m u （1）计算α 空气的平均温度℃492
68
30t m =+=
查附录得空气的物理性质℃)(m ／W .,.,/.??=??==--2
5
3
108232s Pa 109151m kg 101λμρ 0.698Pr ℃),/(.=?=kg kJ 0051C p
空气被加热n=
湍流∴>????=
=
-,4000101.5610
1.915.140.068Re 4
5
10du μ
ρ
6073,50.068
5>==d l ()()
℃)(m ／W .10.698101.560.068
102.8230.023Pr
Re
0.023
20.4
0.8
4
-2
0.4
0.8
?=?????==78d
λ
α
（2）空气流速增加一倍
)℃32.6W/1218.720.8
0.8
?=?
?
?
???=?
?
? ??'='m u u αα
（3）若空气从管壁得到的热量为578W ，计算钢管内壁平均温度用式()m w t t s Q -?=α计算钢管内壁的平均温度t w 。
钢管内表面积2
m dl S 1.0750.068=??==ππ 钢管内的平均温度℃77.91.07
18.757849=?+=+
=S Q t t m w α 4-8已知影响壁面与流体间自然对流传热系数α的因素有：壁面的高度L ，壁面与流体间的温度差t ，流
体的物性，即流体的密度ρ，比热容c p ，黏度μ，导热系数λ，流体的体积膨胀系数和重力加速度的乘积βg 。试应用量纲分析法求证其量纲与数群的关系为
N u=f (Gr ·Pr )
证：令()
f
p
e d c b
a
c t g KL ρλμβα?= 写成量纲等式()()()()()
f
12
2
e
3d
1
3
c
11
b
2
a 31T L ML T ML ML L KL MT ----------=θ
θ
θθθ
对M ：1=c+d+e
对L ：0=a+b+c+d-3e+2f 对θ：-3=-2b-c-3d-2f 对T ：-1=-d-f
根据π定律N=n-m=7-4=3
6个未知数，4个方程，设b 、f 已知，则 c=-2b+f e=2b a=3b-1
代入原式整理得：f b f
p b
223KGr c t g L K L
Pr =???
? ?
????
? ???=λμμρβλα 即()Pr ?=Gr f Nu
4-9有160℃的机油以s 的速度在内径为25mm 的钢管内流动，管壁温度为150℃。取平均温度下的物性为：λ=132W/（m·℃)，Pr =84，μ=×10-3Pa·s ，ρ= kg/m 3，壁温下的黏度μw =×10-3Pa·s ，试求管长为2m 和6m 的对流传热系数各为多少
解：层流∴
=
-,20001339104.513805.89
0.30.025Re 3
μ
ρ
du
（1）L=2m
1014062
0.025841339Re >=??=d l Pe
20.2105.518104.51310461.86Pr Re .0.14
333
1.=?
??
? ??????=???
?
???
?? ?
?
=--14
0w 3
1d l 861Nu μμ
()
℃/1070.025
20.2
0.132?=?=
=
2m W d
Nu
λα
（2）L=6m
468.76
0.025841339Re =??=d l Pe
93768d l 861Nu 14
0w 3
1.1105.518104.513.41.86Pr Re .0.14
333
1.=?
??
? ??????=???
?
???
?? ?
?
=--μμ
()
℃/73.30.025
13.9
0.132?=?=
=
2m W d
Nu
λα
4-10有一套管式换热器，内管为φ38mm×，外管为φ57mm×3mm 的钢管，内管的传热管长2m 。质量流量为2530kg/h 的甲苯在环隙间流动，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T 1=72℃，T 2=38℃，平均T m =55℃ 甲苯在55℃时的物性数据查附录有：
()℃/.c ),℃(m ／W .,.,/p ??=?=??==-kg J 108311280s Pa 1034m kg 830343λμρ
甲苯的质量流量h kg 2530q 1m /=
体积流量h m 0538302530q q 3
1m 1v /.//===ρ
甲苯在环隙间的流速u 的计算： 套管的内管外径d 1=，外管内径d 2= 流速()
s m 9330038005104
360005
3u 2
2/....=-??
=
π
甲苯对内管外表面的对流传热系数的计算：
套管环隙的当量直径m 013003800510d d d 12e ...=-=-=
60154013
02d l >==. 湍流∴>?=???=
=
-,400010.210
.4.00.013Re 44
343830
933du μ
ρ
156128
1103410831c 4
3p ....Pr =???==-λμ
甲苯被冷却n=
()()
℃)(m ／W 6.1510.20.013
.0.023Pr Re 0.023
20.3
0.8
4
0.30.8?=????
==146534128
0d e
λ
α
4-11温度为90℃的甲苯以1500kg/h 的流量通过蛇管而被冷却至30℃。蛇管的直径为φ57mm× 3.5mm ，
弯曲半径为0.6m ，试求甲苯对蛇管壁的对流传热系数。 解：甲苯的定性温度为
C 60C 2
30
902b2b1f ?=?+=+=
t t t 由附录查得60C ?时甲苯的物性为
ρ＝830 kg/m 3
，C p ＝1840 J/(kg·℃)，μ=×10－3
Pa·s ，λ=W /(m C)??，r P =3
p 18400.410 6.110.1205
c μ
λ-??==
则 s m 256.0s m 05.04
π
83036001500
4π2
2i b =???==
d w u ρ 26539104.0830
256.005.03
b i =???=
=
-μ
ρ
u d Re （湍流）
流体在弯管内流动时，由于受离心力的作用，增大了流体的湍动程度，使对流传热系数较直管内的大，此时可用下式计算对流传热系数，即 i
(1 1.77
)d R
αα'=+ 式中 α'—弯管中的对流传热系数，2W (m C)??； α—直管中的对流传热系数，2W (m C)??； d i —管内径，m ； R —管子的弯曲半径，m 。
()()C m W 5.395C m W 11.63.2653905
.01205
.0023.0Pr Re 023
.0224.08.04
.08.0i
??=?????
==d λ
α
())
C m W 8.453C m W 6.005.077.115.39577
.112
2i ??=????? ?
??+?=??? ??+='R d αα 4-12常压下温度为120℃的甲烷以10m/s 的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。离开换热器
时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm ，管束由37根φ19mm×2mm 的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。（答：α=／(m 2·℃))
解：甲烷的定性温度为 C C b2b1f ?=?+=+=
752
30
1202t t t 由附录查得75 C 时甲烷的物性为
ρ＝m 3，C p ＝(kg·℃)，μ=×10－
5 Pa·s ，λ=W /(m C)??，Pr =，冷却时n= 流动截面积
()
22
0190371904
..?-π
润湿周边长()019037190..?+π
当量直径()
()
025500190371900190371904
4d 2
2
e .....=?+?-?
=
ππ
604780255
02d l e >==.. 则 湍流∴>?=???=
=
-,400010.10...0Re 4
5
77510317170100255u d e μ
ρ
()()
℃)(m ／W .0.36710.0.0255
.0.023Pr Re 0.023
20.3
0.8
4
0.30.8?=????
==2235077510300
0d e
λ
α
4-13质量流量为1650kg/h 的硝酸，在管径为φ80mm×，长度为3m 的水平管中流动。管外为300kPa （绝
对压力）的饱和水蒸气冷凝，使硝酸得到×104W 的热量。试求水蒸气在水平管外冷凝时的对流传热系数。
解：据已知，饱和水蒸气冷凝传给硝酸的热量为W 1083Q 4
?=.，取(
)
℃/?=2
m W 10000α，估算壁温t w
300kPa （绝对压力）时，水蒸气饱和温度t s =℃，用式()w s t t S Q -=α估算
℃ (1283)
0801000010833133S Q t t 4
s w =????-=-=πα
先假设t w =128℃，定性温度为膜温℃.1312
128
31332t t t w s =+=+=
冷凝水膜的物性参数查附录有ρ＝934kg/m 3，μ=×10－
4 Pa·s ，λ=×10-1W /(m C)?? t s =℃时水的汽化热r=2168×103J/kg
水蒸气在水平管外冷凝时：
(
)
()()
℃/.......?=???
?
?
?-????????=???? ???=--24
143
3
12
4
1
o 3
2
m W 11600128313308010162102168108168199347250t d r g 7250μλρα 用式()w s t t S Q -=α计算
()W 463001283133308011600Q =-????=..π
此值大于硝酸吸收的热量，说明假设t w 偏小，重新用α=11600 W ／(m 2·℃)估算。
℃ (1293)
0801160010833133S Q t t 4s w =????-=-=πα
假设t w =129℃，膜温℃.1312
129
31332t t t w s =+=+=
，与前面假设的膜温基本一致，故冷凝水膜的物性数据一致，只是℃..341293133t t t w s =-=-=?不同
则(
)
()()
℃/.......?=???
? ??-????????=???? ???=--24
1433
124
1
o 32m W 12200129313308010162102168108168199347250t d r g 7250μλρα 用α=12200 W ／(m 2
.℃)验算壁温℃ (1293)
0801220010833133S Q t t 4
s w =????-=-=πα，与假设相同。 4-14水在大容器内沸腾，如果绝对压力保持在P =200kPa ，加热面温度保持130℃，试计算加热面上的
热通量q 。
解：P=200kPa ，t s =℃，t w =130℃，t=t w -t s ==℃
水沸腾时()
()
℃/........??=???=?=245
0333250332m W 1012110200891230p t 1230α
则2254m kW 110m W 10118910121t S
Q
q //...=?=??=??==
α 4-15载热体的流量为1500kg/h ，试计算下列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 降至283K ；（3）常压下20℃的空气加热到150℃；（4）绝对压力为250KPa 的饱和水蒸气冷凝成40℃的水。
解：s kg 3600
1500
q m /=
（1）水蒸气冷凝：r=2258kJ/kg
kW 94122583600
1500
r q Q m =?=
?= （2）苯胺：K 3332283
383T m =+=
()K kg kJ 192c p ?=/.
放热量()()kW 39128338319236001500
T T c q Q 21p m ..=-??=
-?= （3）空气加热：℃852
150
20t m =+=
()℃/.?=kg kJ 0091c p
吸热量()()kW 7542015000913600
1500
t t c q Q 12p m ..=-??=
-?= （4）饱和水蒸气：P=250kPa ，t s =127℃，r=2185kJ/kg ，冷凝水从t s =127℃降至t 2=40℃，
℃..6832
40
2127t m =+=
放热量()[]
()[]kW 1063402127196421853600
1500
t t c r q Q 2s p m =-?+=
-+=.. 4-16在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为φl9mm×2mm 的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W ／(m 2·℃)，管外油侧对流传热系数为258W ／(m 2·℃)。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m 2·℃／W ，油侧污垢热阻为0.000176m 2·℃／W 。管壁导热系数λ为45W ／(m·℃)。试求：(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。
解：
()
℃
/...?=++??++?=+
+++=
2o so m o i o si i i o o m W 208258100017601745190020151900026015
3490191
1
R d bd d d R d d 1K αλα
热阻增加的百分数为% (8112581)
174519002015
349019000176
015190002601d bd d d R d d R o i o i i o so i o si
=+??+?+=+
++αλα 4-17在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃，油的进、出口温度分别为
150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m 。试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。
解：变化前()()℃.ln ln
6924010015
1504010015150t t t t t 2
121m =-----=???-?=
?
变化后()()℃.ln ln
178408015
150408015150t t t t t 2
121m
=-----=???-?='?
物性数据不变时，由t c q Q p m ???=，故变化前后传递的热量变化Q 41100
15080
150Q Q .=--='
由m t KS Q ?=，故变化前后K 不变时
m
m t S K t KS '?'=?m 8511
786
92411t t S S m m ....=??='??='∴ 4-18重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为
167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。 解：由题意得：
并流时：热流体（重油）：T 1=243℃ → T 2=167℃ 冷流体（原油）：t 1=128℃ → t 2=157℃
()()m pc mc pc mc ph mh ph mh t KS c q t t c q c q T T c q Q ?==-==-=∴29761221
()()℃43157167128
243ln 157167128243ln
2
121=-----=???-?=
?t t t t t m
改为逆流后：热流体（重油）：T 1=243℃ → T 2′=
冷流体（原油）：t 2′= ← t 1=128℃
同理：()()()()m ph mh pc mc ph mh ph mh t KS c q t t t c q c q T T T c q Q '?=-'=-'='-='-='128243212
221
2224376
12829T t '
-=-∴
2
262.245.578t T '-='∴——（1） ()()128
243ln 128243ln 22
22
2121-''--'-'-=???-?='?T t T t t t t t t m
——（2）
又
128292-'='??='t t t Q Q m
m ——（3）
由（1）（ 2）（ 3）解得t 2′=℃；T 2′=℃
℃5.49='?m
t 4-19某厂用（表压）的饱和蒸汽（冷凝热为2169KJ/Kg ，温度为℃）将环丁砜水溶液由105℃加热至115℃
后送入再生塔。已知流量为200m 3/h ，溶液的密度为1080kg/m 3，比热容为(Kg·℃)，试求水蒸气消耗量，又设所用传热器的总传热系数为700 W ／(m 2·℃)，试求所需的传热面积。
解：()()s kJ t t c q Q pc mc /175810511593.23600
1080
20012=-???=
-=
蒸汽消耗量h kg r Q q mh /1092.236002169
1758
3?=?==
()()℃52.22115
9.1321059.132ln
1159.1321059.132=-----=
?m t 33
11152
.22700101758m t K Q S m =??=??=
4-20在一管壳式换热器中，用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液体。苯蒸气的体积流量为1650m 3／h ，常压下苯的沸点为80.1℃，汽化热为394kJ/kg 。冷却水的进口温度为20℃，流量为36000kg ／h ，水的平均比热容为／(kg·℃)。若总传热系数K o 为450W/(m 2·℃)，试求换热器传热面积S o 。假设换热器的热损失可忽略。
解：苯蒸气的密度为
()
33m kg 692.2m kg 1.8027308206.078
1=+??==
RT PM ρ h kg 8.4441h kg 692.21650h =?=W
W 1086.4h kJ 1075.1h kJ 3948.444156h ?=?=?==γW Q
()()523121086.4201018.43600
36000
?=-??=
-=t t t C W Q pc c 解出 231.6t =℃
求m t ?
苯 → 水 20
———————————————— t ?
C 1.54C 5
.481.60ln
5
.481.60m ?=?-=
?t 22
5m m 20m 1
.544501086.4=??=?=t K Q S
4-21一传热面积为50m 2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33 000kg ／h ，温度由20℃升至38℃。溶液的温度由110℃降至60℃。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下，冷水出口温度增到45℃。试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设：(1)两种情况下，流体物性可视为不变，水的平均比热容可取为(kg·℃)；(2)可按平壁处理，两种工况下αi 和αo 分别相同；(3)忽略管壁热阻和热损失。
解：求清洗前总传热系数K
()()C 2.54C 20
6038110ln 206038110m ?=?-----=
?t
())()
C m W 255C m W 2
.54503600203810187.433000223m ??=????-???=?=t S Q K 求清洗后传热系数K '
由热量衡算 ()()1221t t c q T T c q pc mc ph mh -=-
()()12
21t t c q T T c q pc mc ph mh -'='- ()()()℃6.40204520
3860110110121
22111212=??
???
?----=-'---=-'-
='t t t t T T T t t c q c q T T ph
mh pc mc
()()C 6.38C 20
6.4045110ln
206.4045110m ?=?-----=
'?t ()()()
C m W 16.497C m W 6
.38503600204510187.433000223??=????-???=K
清洗前两侧的总传热热阻
W C m 109.1W C m 16.49712551112
32S
???=????
? ??-='-=
-∑K K R
4-22在一逆流套管换热器中，冷、热流体进行热交换。两流体的进、出口温度分别为t 1=20℃、t 2=85℃，T 1=100℃、T 2=70℃。当冷流体的流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数可视为相同，换热器热损失可忽略。 解：热：T 1=100℃ → T 2=70℃ 冷：t 2=85℃ ← t 1=20℃
热流体放热Q 放=q mh C ph （T 1 - T 2 ） 冷流体吸热Q 吸=q mc C pc （t 1-t 2） 由传热Q=KS Δt m ，()()C 07.29C 85
1002070ln 851002070m ?=?-----=
?t
∴Q=
冷流体流量增加一倍后：
热：T 1=100℃ → T 2， 冷：t 2 ← t 1=20℃
而K ，S 不变， m
m
t t Q Q ?'?'
= ()()
07
.2910020ln
100202222t T t T Q Q -----='∴
又()()2112T T c q t t c q Q ph mh pc mc
'-=-''='，()()22100202T c q t c q ph mh pc mc '-=-'∴ 用试差法得t 2′=℃；T 2′=℃∴Q′/Q=
4-23一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃。空气在换热器的管内呈湍流流动。绝压为180kPa 的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20％，而空气的进、出口温度不变。试问应采取什么措施才能完成任务。作出定量计算。假设管壁和污垢热阻均可忽略。（答：将饱和蒸汽压强提高到200kPa)
解：绝压为180kPa 的饱和水蒸气温度为℃
空蒸空ααα=∴< 则原工况：2 11 21222ln )(t T t T t t s t KS t t c q m p ---=?=-空α S t T t T c q p 空α=--?2 1 22ln （1） 流量加倍后，空气进、出口温度不变： S t T t T c q t T t T t t S t t c q q q p p 空空空空αααα741.1''ln 2''ln ')('741.12)' ('2 1 222 11 212228.08.022=--?---=-∴=== （2） （2）/（1）得：741.1ln ''ln 22 12 1=----t T t T t T t T 80 6.11620 6.116ln 741.180'20'ln 2--=--?T T 解得：2.120'=T ℃。 即加热蒸汽应上升为200kPa 。 4-24液态氨储存于壁面镀银的双层壁容器内，两壁间距较大。外壁表面温度为20℃，内壁外表面温度为-180℃，镀银壁的黑度为，试求单位面积上因辐射而损失的冷量。 解：按一物体被包住处理：φ=1 0.1134,100100=??????????? ??-??? ??=---214241212 1c T T c q ? 2 2 1m W q /8.27100293100930.113444-=??? ???????? ??-??? ??=- 4-25黑度分别为和的两个大的平行板，其温度分别维持在800℃和370℃，在它们中间放一个两面的黑 度皆为的辐射遮热板，试计算：（1）没有辐射遮热板时，单位面积的传热量为多少（2）有辐射遮热板时，单位面积的传热量（3）辐射遮热板的温度 解：（1）??? ? ??????? ??-??? ??=--4241212 1100T 100T c q ? 308115 01301669 5111c c 21021....=-+=-+= -εε 2442 1m W 1510210064310010733081q /.=??? ???????? ??-??? ??=- （2）（3）稳定状态下：2131Q Q --= ??? ???????? ??-??? ??=???? ??????? ??-??? ??--424323424131100T 100T S c 100T 100T S c 25380105 01301669 5111c c 31031....=-+=-+= -εε 2700015 010501669 51 11c c 2 3 23....=-+= -+= -εε ??????????? ??-??? ??=??????????? ??-??? ??443434100643100T 27000100T 100107325380.. ℃..5651K 5924T 3==∴ 2444341313 1m W 15061005924100107325380100T 100T c q /..=??????????? ??-??? ??=??? ???????? ??-??? ??=-- 工程传热学试题及其答案 传热学试题 （环境科学与工程学院2003级使用） 班级 姓名 学号 成绩 一、概念题（34分） 得 分 答：非周期性的加热或冷却过程可以分为初始状况阶段和正规状况阶段（2分）。前者的温度分布依然受着初始温度分布的影响，也就是说热扰动还没有扩散到整个系统，系统中仍然存在着初始状态，此时的温度场必须用无穷级数加以描述（2分）；而后者却是热扰动已经扩散到了整个系统，系统中各个地方的温度都随时间变化，此时温度分布可以用初等函数加以描述（2分）。 得分 答：时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，为A cV αρτ＝ 0，（1分）从中不难看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相联（3分）。因此， 1.（6分）非周期性的加热或冷却过程可以分 2.（6分）时间常数是从什么导热问题中定义 同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的（2分）。 得 分 答： 四个无量纲准则的物理量组成为：2 3 Re;Pr ;Pr ;Re νβννTL g Gr Pe a L u ?=?=== ∞。（各1分） Re ――表征给定流场的流体惯性力与其黏性力的对比关系；Pe ――表征给定流场的流体热对流能力与其热传导（扩散）能力的对比关系；Pr ――反映物质的动量扩散特性与其热量扩散特性的对比关系；Gr ――主要表征给定流场在浮升力作用下产生的流体惯性力与其黏性力的对比关系。（各1分） Bi=αL s /λs 而Nu=αL f /λf 。从物理量的组成来看，Bi 数的导热系数λs 为固体的值，而Nu 数的λf 则为流体的值；Bi 数的特征尺寸L s 在固体侧定义，而Nu 数的L f 则在流体侧定义。从物理意义上看，前者反映了导热系统同环境之间的换热性能与其导热性能的对比关系，而后者则反映了换热系统中流体与壁面地换热性能与其自身的导热性能的对比关系。（2分） 3.（10分）写出对流换热过程中的无量纲准 传热学试题 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1．热量传递的三种基本方式为、、。 （热传导、热对流、热辐射） 2．热流量是指，单位是。热流密度是指，单位是。 （单位时间所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2） 3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。 （传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量，W／(m2·K)） 5．导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。 （W／(m·K)，W／(m2·K)，W／(m2·K)） 第四章 填空题: 1、传热的基本方式有 、 和 三种。 2、导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。 3、各种物体的导热系数大小顺序为 。 4、在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。 5、在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有 、 、 和 四种。 6、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n 公式中，n 是为校正 的影响。当流体被加热时，n 取 ，被冷却时n 取 。 7、某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是 。 8、当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K 公式可简化为：1 0111αα+=K 此时若10αα<<，则有 。 9、努塞尔特准数Nu 表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr 表示 的准数，其表达式为 。 10、蒸汽冷凝有 和 两种方式。 11、总传热系数的倒数 K 1 代表 ，提高K 值的关键 是 。 12、在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气加热原油，则原油宜走 程，而总传热系数K 接近于 的对流传热系数 13、在管壳式换热器中，当两流体的温差超过 时就应该采取热补偿措施。其基本形式有 、 和 。 14、写出四种间壁式换热器的名称 、 、 及 。 选择题： 1、两流体可作严格逆流的换热器是( ) A 板翅式换热器 B U 型管式列管换热器 C 浮头式列管换热器 D 套管式换热器 2、管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如 0αα>>i ),为有效提高K 值，关键在于（ ） A 提高i α B 提高0α C 减小垢层热阻 D 提高管内流体流量 3、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ?和2t ?，若1t ?>2t ?，则1λ和2λ的关系为（ ） A 1λ<2λ B 1λ>2λ C 1λ=2λ D 无法确定 4、空气、水、铁的导热系数分别是λ1、λ2和λ3，其大小顺序是（ ） A λ1>λ2>λ3 B λ1<λ2<λ3 C λ2>λ3>λ1 D λ2<λ3<λ1 5、对流体热速率=系数×推动力，其中推动力是（ ） 《传热学》试题库 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 四、简答题 1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。 （提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式） 2．请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止? （提示：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况）3. 试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么? （提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)） 4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? （提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。） 5．结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。 （提示：学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等） 6．在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。 （提示：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主 总复习题 基本概念 : ?薄材 : 在加热或冷却过程中 , 若物体内温度分布均匀 , 在任意时刻都可用一个温度来代表整个物体的温度 , 则该物体称为 ----. ?传热 : 由热力学第二定律 , 凡是有温差的地方 , 就有热量自发地从高温物体向低温物体转移 , 这种由于温差引起的热量转移过程统称为 ------. ?导热 : 是指物体内不同温度的各部分之间或不同温度的物体相接触时 , 发生的热量传输的现象 . 物体各部分之间不发生相对位移，仅依靠物体内分子原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递成为热传导简称导热 ?对流 : 指物体各部分之间发生相对位移而引起的热量传输现象 . 由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互渗混所导致的热量传递过程 ?对流换热 : 指流体流过与其温度不同的物体表面时 , 流体与固体表面之间发生的热量交换过程称为 ------. ?强制对流 : 由于外力作用或其它压差作用而引起的流动 . ?自然对流 : 由于流体各部分温度不同 , 致使各部分密度不同引起的流动 . ?流动边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 由于粘滞力的作用 , 壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的速度迅速下降为零 , 而在这一流层外 , 流体的速度基本达到主流速度 . 这一流体层即为 -----. ?温度边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 会在壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的温度迅速变化 , 而在这一流层外 , 流体的温度基本达到主流温度 . 这一流体层即为 -----. ?热辐射 : 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程称为 ------. 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程成为热辐射 ?辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的全部波长的辐射能的总量 . ?单色辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的波长在λ -- λ +d λ 范围内的辐射能量 . ?立体角 : 是一个空间角度 , 它是以立体角的角端为中心 , 作一半径为 r 的半球 , 将半球表面上被立体角切割的面积与半径平方 r 2 的比值作为 ------ 的大小 . ?定向辐射强度 : 单位时间内 , 在单位可见面积 , 单位立体角内发射的全部波长的辐射能量称为 ----. ?传质 : 在含有两种或两种以上组分的流体内部 , 如果有浓度梯度存在 , 则每一种组分都有向低浓度方向转移 , 以减弱这种浓度不均匀的趋势 . 物质由高浓度向低浓度方转移过程称为 ----. 一、填空题 1、按热量传递的途径不同，我们一般把传热分为 、 、 三种方式。 2、按冷热流体接触的方式不同，我们一般把传热分为 、 、 三种 方式。 3、常见的加热介质有 、 、 、 、 等。 4、按传热管的结构形式可分为 、 、 、 换热器等。 5、列管换热器是由 、 、 、 和封头等部分组成。 6、设置列管式换热器折流挡板的目的是 。 7、列管式换热器热补偿的方式有 、 、 。 8、在间壁式换热器中，总传热过程由下列步骤所组成：首先是热流体和管外壁间的_____ 传热，将热量传给管外壁面；然后，热量由管的外壁面以____________方式传给管的内壁面 最后，热量由管的内壁面和冷流体间进行_________________传热。 9、采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T 1/ 、加热蒸汽压力P 不变， 现冷体流量增加，则冷流体出口温度T 2/_______，传热速率Φ______，总传热系数K _______ , 传热平均温度差△T m ________。 10、某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A 和B ，温度分布线 如右上图（b ）中所示，则λA ______λB (填“﹥”或 “﹤”)，将______ 层材料放在里层时保温效果更好。 11、若间壁侧流体的传热过程α1，α2相差较大（α1<<α2），K 值接近_____________侧的 值。 12、金属固体的导热系数是随温度的升高而 ，非金属固体的导热系数是随温度的升 高而 。水和甘油的导热系数是随着温度的升高而 。 13、在导热速率方程式为δ λt S Q ?=，中λ称为： ，单位是 ； 14、两流体在列管换热器中并流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 ; 在逆流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 因此，在 流传热时， 载热体的用量少 。 15、传热的基本方式可分为 、 、 三种。间壁式换热器传热过程强 化的途径主要有 、 、 ①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流 ?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导 热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30A.强制对流换热 B.凝结对流换热 31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材 料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增 加，有时减小 37将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 38A.减少导热 B.减小对流换热 39 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 40下列参数中属于物性参数的是( B ) 41A.传热系数 B.导热系数 42 C.换热系数 D.角系数 43已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( ) 1. 外径为100 mm 的蒸汽管，外面包有一层50 mm 厚的绝缘材料A ，λA = W/(m.℃)，其外再包一层25 mm 厚的绝缘材料B ，λB = W/(m.℃)。若绝缘层A 的内表面及绝缘层B 的外表面温度各为170 ℃及38℃，试求：（1）每米管长的热损失量；（2）A 、B 两种材料的界面温度；（3）若将两种材料保持各自厚度，但对调一下位置，比较其保温效果。假设传热推动力保持不变。 解：以下标1表示绝缘层A 的内表面，2表示绝缘层A 与B 的交界面，3表示绝缘层B 的外表面。 （1）每米管长的热损失 2 31231ln 1 ln 1) (2r r r r t t l Q B A λλπ+-= ∴ m W r r r r t t l Q B A /3.495050255050ln 075.01505050ln 05 .01)38170(2ln 1ln 1)(223 1231=+++++-=+-=πλλπ (2)A 、B 界面温度t2 因系定态热传导，故 3.4921===l Q l Q l Q ∴ 3.4950 5050ln 05.01) 170(22=+-t π 解得 t 2= （3）两种材料互换后每米管长的热损失 同理 1.5350 5025 5050ln 05.01505050ln 075.01) 38170(2' =+++++-=πl Q W/m 由上面的计算可看到，一般说，导热系数小的材料包扎在内层能够获得较好的保温效果。 1、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000 ，用 夹套加热，传热面积为，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的， 加热蒸气为的饱和水蒸气，传热系数为℃，求将溶液由30℃加热至60℃所需要 的时间 已知溶液比热为 ℃，热损失忽略不计。 解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量： 而夹套的传热效率： 其中，对于 的饱和水蒸气， ℃ ℃ 则 ∴ 所需加热时间为： 2、解：（1）甲苯蒸气冷凝放热量为：h kJ r W Q /726000363200011=?== 冷却水吸收热量：h kJ t t t Cp W Q Q /726000)16(19.45000)(212212=-??=-== C t ο65.502=∴ (3分) (2)传热平均温差为C t T t T t T t T t m ο35.7565.5011016 110ln 16 65.50ln )(2 121=---=-----= ? (2分) 总传热系数： W K m h d h d K /1075.510000150240057112421122??=+?=+=- ∴K 2= W//(m 2·K) (2分) 传热学（1）试题 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．肋片效率值（） A．小于负1 B．小于1 C．等于1 D．大于1 2．非稳态导热过程中两侧壁温差________稳态导热。（） A．远小于B．远大于 C．等于D．无法确定 3．对流换热系数为5000W／（m2·K）、温度为20℃的水流经50℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A．1.5×105W/m2 B．1.5×104W/m2 C．2×105W/m2 D．3×103W/m2 4．Re准则数的表达式为（） A． L/λB．uL/v c C．v/a D．gβΔtL3/v2 5．蒸汽中若含有不凝结气体，将_________凝结换热效果。（） A．大大减弱B．大大增强 C．不影响D．可能减弱也可能增强 6．空间辐射热阻与_________无关。（） A．表面粗糙度B．表面尺寸 C．表面间的相对位置D．表面形状 7．灰体的吸收率与_________无关。（） A．波长B．温度 C．表面粗糙度D．波长和温度 8．暖气片外壁与周围空气之间的换热过程为（） A．纯对流换热B．纯辐射换热 C．传热过程D．复合换热 9．五种具有实际意义的换热过程为：导热、辐射换热、复合换热、传热过程和（）A．热对流B．热辐射 C．无法确定D．对流换热 10．高温过热器常采用_________布置方式。（） A．顺流B．顺流和逆流混合 C．逆流D．顺流和交叉流混合 二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 11．铝钣盒内倒上开水，其外壁很快就很烫手，主要是因为铝的___________________值很大的缘故。 12．各类物质材料的导热系数差别很大。一般来说，合金的导热系数__________________相关的纯金属的导热系数。 13．通过炉墙的的热传递过程属于___________________。 14．沸腾换热时，管子应尽可能_______垂直____________布置，以免出现汽水分层。15．出现紊流边界层后，对流换热的热阻主要发生在___________________。 16．凝汽器通常都采用____水平叉排_______________的布置方案。 17．___________________准则是判别流体在强制对流时层流和紊流的依据。 18．任何物体只要其温度高于___________________，就会不停地向外进行热辐射。19．对可见光来说，同一物体的Xλ与λ有很大关系，太阳辐射中有1／3以上是可见光，所以物体对太阳能的吸收________不能__当作灰体。 20．温度对辐射换热的影响___________________对对流换热的影响。 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对于过热器中：高温烟气→外壁→内壁→过热蒸汽的传热过程次序为（） A.复合换热、导热、对流换热 B.导热、对流换热、复合换热 C.对流换热、复合换热、导热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m2·K）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A.8×104W/m2 B.6×104W/m2 C.7×104W/m2 D.5×104W/m2 4．流体流过管内进行对流换热时，当l/d（）时，要进行入口效应的修正。 A.>50 B.=80 工程传热学试题及其 答案 传热学试题 （环境科学与工程学院2003级使用） 班级 姓名 学号 成绩 一、概念题（34分） 答：非周期性的加热或冷却过程可以分为初始状况阶段和正规状况阶段（2分）。前者的温度分布依然受着初始温度分布的影响，也就是说热扰动还没有扩散到整个系统，系统中仍然存在着初始状态，此时的温度场必须用无穷级数加以描述（2分）；而后者却是热扰动已经扩散到了整个系统，系统中各个地方的温度都随时间变化，此时温度分布可以用初等函数加以描述（2分）。 答：时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，为 A cV αρτ＝ 0，（1分）从中不难看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相联（3分）。因此，同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的（2分）。 答： 四个无量纲准则的物理量组成为： 23 Re;Pr ;Pr ;Re νβννTL g Gr Pe a L u ?=?=== ∞。（各1分） Re ――表征给定流场的流体惯性力与其黏性力的对比关系；Pe ――表征给定流场的流体热对流能力与其热传导（扩散）能力的对比关系；Pr ――反映物质的动量扩散特性与其热量扩散特性的对比关系；Gr ――主要表征给定流场在浮升力作用下产生的流体惯性力与其黏性力的对比关系。（各1分） Bi=αL s /λs 而Nu=αL f /λf 。从物理量的组成来看，Bi 数的导热系数λs 为固体的值，而Nu 数的λf 则为流体的值；Bi 数的特征尺寸L s 在固体侧定义，而Nu 数的L f 则在流体侧定义。从物理意义上看，前者反映了导热系统同环境之间的换热 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 《传热学》考试试题库汇总 第一章概论 一、名词解释 1.热流量:单位时间所传递的热量 2.热流密度:单位传热面上的热流量 3.导热:当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时,在物体各部分之间不发生相对位移的情况下,物质微粒(分子、原子或自由电子) 的热运动传递了热量,这种现象被称为热传导,简称导热。 4.对流传热:流体流过固体壁时的热传递过程,就是热对流和导热联合用的热量传递过程,称为表面对流传热,简称对流传热。 5.辐射传热:物体不断向周围空间发出热辐射能,并被周围物体吸收。同时,物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样,物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递,称为表面辐射传热,简称辐射传热。 6.总传热过程:热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,称为总传热过程,简称传热过程。 7.对流传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的对流传热量,单位为 W /(m2·K) 。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8.辐射传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的辐射传热量,单位为 W /(m2·K) 。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9.复合传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的复合传热量,单位为 W /(m2·K) 。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10.总传热系数:总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1. 热量传递的三种基本方式为 (热传导、热对流、热辐射) 2. 热流量是指单位是。热流密度是指 ,单位是。 (单位时间所传递的热量, W ,单位传热面上的热流量, W/m2) 3. 总传热过程是指 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,总传热系数 ) 4. 总传热系数是指 (传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量, W /(m2·K) ) 5. 导热系数的单位是 ;传热系数的单位是。 (W /(m·K) , W /(m2·K) , W /(m2·K) ) 6. 复合传热是指 ,复合传热系数等于之和,单位是。 (对流传热与辐射传热之和,对流传热系数与辐射传热系数之和, W /(m2·K) ) 7. 单位面积热阻 r t 的单位是 ;总面积热阻 R t 的单位是。 (m 2·K/W, K/W) 8. 单位面积导热热阻的表达式为 (δ/λ) 9. 单位面积对流传热热阻的表达式为 (1/h) 10. 总传热系数 K 与单位面积传热热阻 r t 的关系为。 (r t =1/K) 11. 总传热系数 K 与总面积 A 的传热热阻 R t 的关系为。 传热复习题 1、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__最小__。 2、一定质量的流体在Ф25mm×2.5mm的直管内作强制的湍流流动，其对流传热系数 αi=1000W/(m2·℃)，如果流量和物性不变，改在Ф19mm×2mm的直管内流动，其αi=__1678__W/(m2·℃) 3、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最有效的是__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流速 D.在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液 4、在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气，则 （1）传热管的壁温接近___饱和蒸汽__温度 （2）换热器总传热系数将接近_____空气____对流传热系数 5、在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是____A____ A. 不凝气体的存在会使α大大降低 B. 不凝气体的存在会使α升高 C. 不凝气体的存在对α无影响 6、大容器内饱和液体沸腾分为____自然对流____、____泡核沸腾_____和____膜状沸腾_____ 阶段。工业上总是设法在_____泡核沸腾_____下操作。 7、斯蒂芬—波尔兹曼定律的数学表达式是 4 0100?? ? ? ? = T C E b ，该式表明__黑体的辐射能力与 热力学温度的四次方成正比___ 8、物体黑度是指在___相同__温度下，灰体的__辐射能力__和__黑体辐射能力__之比，在数值上它与同一温度下物体的__吸收率__相等。 计算题 9、质量流量为7200kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到80℃，选用108℃的饱和水蒸气作加热介质。若水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/(m2·℃)，且已知空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ/(kg·℃)，导热系数为2.85×10-2W/(m·℃)，粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7。 现有一单程列管式换热器，装有Ф25mm×2.5mm钢管200根，管长为2m，核算此换热器能否完成上述传热任务？ 计算中可忽略管壁及两侧污垢的热阻，不计热损失 解：空气需要吸收的热量是已知的，蒸汽冷凝放出热量能否通过该换热器的传递为空气所获得，就与列管换热器的传热速率密切相关。核算现有的列管换热器是否合用，就是用工艺本身的要求与现有换热器相比较，最直接的方法就是比较两者的Q或S0 （1）核算空气所需的热负荷应小于换热器的传热速率，即Q需要＜Q换热器 （2）核算空气所需的传热面积应小于换热器提供的传热面积，即S0需要＜S0换热器 解题时，首先应确定列管换热器中流体的流径，因蒸汽安排在壳程易排出冷凝水，故蒸汽走 传热试题 一、填空题 1．传热的基本方式有： 、 和 。 2．间壁式换热器的传热过程包括 、 、 。 3．沸腾传热可分为三个区域，它们是 、 和 。正常操作应维持在 区内操作。 4．常见的蒸气冷疑方式为膜状冷凝和 。 5．用100o C 饱和水蒸气冷凝放热去加热空气，空气的温度由20o C 升温到55o C ，此时换热管壁面温度接近于 o C ，传热系数K 接近于 一侧的对流换热系数，若想要有效的增加K 值，则需增加 一侧的流体湍流程度。 6．有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ1，第二种为 λ2，λ1比λ2大得多，若作为换热器材料，应选用____ _____种；当作为保温材料时，应选用 种。 6．固定管板式列管换热器中，压力高、腐蚀性以及不清洁的物料应走 程。 7．当设计一台用饱和蒸气加热空气的列管式换热器时， 宜在管内流动。 8．水在列管换热器的管程内流动，其410Re >，当流速增大一倍，管径不变，则i i αα:'= ；若将管径减小一倍，则='i i αα: 。 9.黑体由323℃升温至623℃，其辐射能力增大 倍。 10．在某列管式换热器内，要求热流体1T =150℃，2 T =100℃，冷流体1t =50℃，2t =90℃，则并流时Δm t = ，逆流时Δm t = 。 11．对于某些热敏性物料的加热而言，为避免出口温度过高而影响产品质量，冷热流体采用 操作更合适。 12．某流体在圆形管内作强制湍流流动时，其给热系数为1000W ?m -2?K -1，若将流速增加50%，此时的给热系数为 W ?m -2?K -1。 13．金属的导热系数随温度升高而 ，随纯度增加而 ；气体的导热系数随温度升高而 。非金属固体的导热系数随温度升高而 。 14．加大气体加热器中的空气流量，可以使作为热源的水蒸气冷凝量增加，此时的传热速率提高主要是传热速率方程式中的 增大了。 15．列管换热器设计时，流体流动通道选择原则有：有腐蚀性和易结垢的流体宜走 程；粘度大或流量较小的流体宜走 程；当两流体温差较大时，给热系数大的宜走 程。 16．根据换热器换热方法的不同，工业换热方法分为：(1) 式换热； 【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm 厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ℃,混凝土外壁面温度为29.4 ℃。松木、软木和混凝土 的平均热导率分别为, 3, W/(m ·K)，要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。求所需软木的厚度 及松木和软木接触面处的温度。 解：三层平壁的导热。 1）所需软木的厚度2b 由 ∑=-=3141i i i b T T q λ 得 151 .0019.00433.0762.0051.08.174.29152+++=b 解得： m b 128.02= 2）松木和软木接触面处的温度3T 由 151 .0019 .08.17153+==T q 解得：9.153-=T ℃ 解题要点：多层平壁热传导的应用。 【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=+ 198 T(式中T 为℃),蒸汽管外壁温度为180 ℃,要求保温层外壁温度不超过 50 ℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4 kg/(m ·s)以下,问保温层厚 度应为多少(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。 解：保温层平均热导率为： )./(126.02 501801098.1103.04K m W =+??+=-λ 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。 由 )()(21 221r r Ln T T L Q -=λπ 得： )()(21 221r r Ln T T L Q -=πλ （1） 式中：m W L Wr L Q /9.2011 103.20191013 4=???==- 将其及其它已知数据代入式（1）得： )075 .0()50180(126.029.2012r Ln -??=π 解得：m r 125.02= mm m 5005.0075.0125.0==-=∴δ壁厚 解题要点：单层圆筒壁热传导的应用。 【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175 ℃，面包表面的黑度为,表面温度 为100 ℃,表面积为 5 m 2，炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射 传递的热量。 解：两物体构成封闭空间，且21S S <<，由下式计算辐射传热量： W T T S Q 0.65)448373(0645.085.01067.5) (448424111012-=-????=-=-εσ 负号表示炉壁向面包传递热量。 解题要点：辐射传热的应用，两个灰体构成的封闭空间。 【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 ℃的水将 1.25 kg/s 的液体［比热容为 kJ/(kg ·K)、密度为850 kg/m 3］由80 ℃冷却到30 ℃。换热器的列管直径为Φ25 mm ×2.5 mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/（m 2·K ）和1 700W/（m 2·K ）, 污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 ℃，求水的流量和换热器的传热面积。 解：传热量为 W T T c W Q h h ph h 33211075.118)3080(109.125.1) (?=-???=-= 又 )(12c c pc c T T c W Q -= s kg T T c Q W c c pc c /9454.0)2050(10187.41075.118)(33 12=-???=-=∴ 即冷水流量为s kg /9454.0。 取管壁的热导率 )./(45K m W =λ，则有 传热学基础试题 一、选择题 1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过程次序为 A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C.导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（ ）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m 2·K ）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A.8×104W/m 2 B.6×104 W/m 2 C.7×104 W/m 2 D.5×104 W/m 2 4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t 1 >t 2,r 1 A. 换热系数较大一侧 B. 热流体一侧 C. 换热系数较小一侧 D. 冷流体一侧 9. 某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将( )材料放在内层。 A. 导热系数较大的材料 B. 导热系数较小的材料 C. 任选一种均可 D. 不能确定 10．下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流速 B.管内加插入物增加流体扰动 C. 设置肋片 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 11.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 12.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 13.判断管内紊流强制对流是否需要进行入口效应修正的依据是( ) A.l/d≥70 B.Re≥104 C.l/d<50 D.l/d<104 14.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 15.冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 16.将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( ) A.减少导热 B.减小对流换热 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 17.下列参数中属于物性参数的是( ) A.传热系数 B.导热系数 C.换热系数 D.角系数 18.已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进 出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( ) A.100°C B.124°C C.150°C D.225°C 19.有一个由四个平面组成的四边形长通道，其内表面分别以1、2、3、4表示，已知 角系数X1，2=0.4,X1，4=0.25，则X1，3为( ) A.0.5 B.0.65 C.0.15 D.0.35 20.一金属块的表面黑度为0.4，温度为227°C，它的辐射力是( )；若表面氧化 ①Nu准则数的表达式为（A ） ②根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ③雷诺准则反映了（ A） A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 C．对流换热强度的准则 D．浮升力与粘滞力的相对大小 ④彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 A．温度B．速度 C．惯性力D．同名准则数 ⑤高温换热器采用下述哪种布置方式更安全？（ D） A．逆流B．顺流和逆流均可 C．无法确定D．顺流 ⑥顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均 温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ⑦7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 ⑧黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 ⑨通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 ⑩格拉晓夫准则数的表达式为（D ） ? .由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 ?准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 ?下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 ?冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小工程传热学试题及其答案
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第四章传热习题
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