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 傅立叶定律 。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）。

(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 。

(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) 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???傅立叶定律?其表达式为???dQ= -ds

λn

t

?????。 (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 ·℃） ，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 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

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/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 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

5 在蒸气—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50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该＿B ＿。 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%，原料液沸点进料，加热蒸汽的温度为96.2℃，有效传热温差为11.2℃，二次蒸气的温度为75.4℃，则溶液的沸点升高为 D ℃。

A 11.2

B 20.8

C 85

D 9.6

8 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用＿B ＿流程。

A 并流加料

B 逆流加料

C 平流加料

D 双效三体并流加料 三、计算

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：o R 球体半径，m ；o T 球体表面的恒定温度，℃；o q 每单位球体体积在单位时间内所产生热量，)/(3

h m J ?；

o λ 球体材料的导热系数，)/(C h m J ???。

解： 球体积 3

3

4r V π=， 球表面积 24r A π= 根据傅立叶热传导公式：

dr

dt r dr dt A q r o o o 23434πλλπ-=-= 所以 dt q rdr o o

λ3-

= 积分上式得：

?

?

-=

o

o

T T

o

o R r

dt q rdr λ3

)(3)(2122

o o o o T T q r R -=-λ )(622

r R q T T o o

o o -+

=λ 2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m ，直径为φ25×2mm 。水以0.7m/s 的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s 、温度为72℃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α0=800W/(m 2

·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg ·℃)]

解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S 1；

由题意知，水以0.7m/s 的流速在管内流过，欲求S 1，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：

kw r W Q h h 39431525.1=?==

又 )(12t t C W Q pc c -=， C kg kJ C pc ??=/18.4， 则 s kg t t C Q W pc c

/713.4)

1737(18.4394

)(12=-=-=

单管内水的流量为：s kg u d W c /2423.010007.0021.0785.04

221=???==π

每程所需管子数为：5.192423

.0713

.411===

c c W W n 取每程管子数为20， 则每程所能提供的传热外表面积为：

21171.4320025.0ln m d S o =???==ππ (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。

m o o t S K Q ?=

由题给数据， C

m W K o

o

o

o ??=??+?+=

?+?

+=

2/2.476)80014.07.080014.08001(1

)

1

4

.07.01

4.01

(

1ααα

C t t t t t m ?=-----=???-?=

?25.44377217

72ln )

3772()1772(ln

2

121 则任务所需的传热外表面积为： 27.1825

.444762.0394

m t K Q S m o o =?=?=

ln o o d S π= 换热管总根数为： 4.793

025.07

.18=??==

ππl d S n o o 取 80=n

(2) 换热器的管程数。

由题意管程数为： 41

==

n n

N t

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℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，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38℃，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？（3）若使冷却水加大一倍，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？（α水>>α空气）（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？

解： 使用初期 使用一年后 110℃ 40℃ 110℃ 2T ' 45℃ 20℃ 38℃ 20℃ （1）空气出口温度2T '

题意可得：使用初期 m ph h pc c t KS T T C W t t C W Q ?=-=-=)()(2112 （1）

使用一年后 m ph h pc c t KS T T C W t t C W Q '?='-=-'=')()(22112

（2） 两式相比（2）/（1），得

)

2045()

2038()

40110()

110(2--=-'-T

则：2T '=59.6℃ （2）总传热系数K K /'

C

t C

t T t T t T t T t m

m ?=-=-----='??=-=-----=

?2.546

.3972ln 6.3972206.5938110ln )202.59()38110(2.342065

ln 2065ln

)()(1

2211221

方程(2)式/(1)式，得：

2

.382

.54)2045()2038(?'=--K K 故 %50.0='K K （3）冷热流体的出口温度22

T t ''''及 一年后 m ph h pc c t S K T T C W t t C W Q '?'='-=-'='α)()(2112

（3） m ph h pc c t S K T T C W t t C W Q ''?''=''-=-''='')()(22112

（4） 方程（4）式/（3），得：

20

110ln

)20()110(2.5412038)20(26.5911011022

222

2-''''--''-''-?

?'''=--''=-''-T t T t K K t T 整理前半式的方程 22179.06.39T t ''-='' （5）

又因

空气水αα??，空气α≈K ， 故 1≈''

'≈'''空

空ααK K

由等比定理

20

110ln

)20()110(2

.54196.59110)20()110(2222

22-''''--''-''-?

?=---''-''-T t T t t T 则 2

.544.4120110ln

22

=

-''''-T t 整理得， 22

153T t ''-='' （6） 联立（5）和（6），可得： C t ?=''4.292

， C T ?=''5.572 （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？

C t m

?=-=-----=''?3.565.376.80ln 5

.376.80205.574.29110ln )205.57()4.29110(

则 04.12

.543

.56=='?''?=

''

'm

m

t t Q

Q

4 有一蒸汽加热器，热方：为饱和蒸汽冷凝，T=100℃；冷方：为生垢液体升温，C t ?=201，

C t ?=602。

(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m t A ?,不变时：

清洗前传热量 m h t KA W Q ?== （1）

清洗后传热量 m h t A K W Q ?'=='2 （2） （1）式与（2）式比较得： K K 2=' 清洗前后总热阻的差值是污垢热阻s R K

K K K K R s 2121111=-='-=

所以 505.0121

===K

K R R s

总

%

(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m t ?，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℃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

1202

60

16020160=-+-='?m

t 增加一倍，这样即可满足其换热器的热负荷不变。

5有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数1α为1100C m w ??2

/，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数2α为5800C m w ??2

/。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005w C m /2

??

解：忽略管壁热阻，并假设壁温为w T

（1）当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：

2

11

1ααt

T T T w w -=

- 58001501100190-=-w w T T 则 C T w ?=4.56 （2）同理

2

11

1R t

T T T w w +-=-αα 005.058001501100190+-=-w w T T 则 C T w ?=84

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℃降至80℃；壳程冷却用水，进口温度为15℃，出口温度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知

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20℃，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； )()(2112T T C W t t C W Q ph h pc c -=-=

)80150(02.12000)1565(17.4-?=-?=c W Q h kg W c /685=

（2）如冷却水进口温度上升为20℃，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 m i i m i ph h pc c t S t KS T T C W t t C W Q ?=?=-=-=α)()(2112 (1)

新情况 m i i m i ph h pc c t S t S K T T C W t t C W Q '?''='?'=-='-''='α)()(2112

(2) 因

空气水αα??， 空气α≈K ， 换热器与气体的情况未变，

则 Q Q '=

i i αα'= i i S S ='， 故 m m

t t ?='? C t m ?=-+-=

?752

)

1580()65150(

2

2102)2080()150(22

t t t m

'-=-+'-='?

则 C t ?='602

， （21t t '?'?<2， 则m t '?用算术平均值合适） 对新情况下的热量进行衡算，)80150(02.12000)2060(17.4-??=-??'='W Q 故 h kg W c /856='

7在套管换热器中用120℃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 ·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m 2·℃)，换热管内侧污垢热阻为4×10－4m 2

·℃/W ，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为φ54×2mm 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αi ；（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℃应采取哪些措施？作出定量计算。 解：（1）饱和蒸汽流量； h kJ t t C W r W Q pc c h /1028.2)3060(9.14000)(5

12?=-??=-==

h kg r Q W h /4.1032204

1025.25

=?== （2）管内苯的对流传热系数αi ；

2

112212112ln ln )())(t T t T t

t S K t T t T t T t T S K t S K t t C W Q o o o

o m o o pc c ---=-----=?=-=（

整理得 pc

c o o C W S K t T t T =--21

ln

（1）

2036.212054.0m L d S o o =??==ππ 4055.060

12030

120ln ln

21=--=--t T t T

)/(4205.0036

.236009

.140004055.02C m kw K o ??=???=

i

i o i o si o o d d d d R K αα++=1

1 （2）

50

54

50541041000015.42014i α+

?+=-

)/(5852C m w i ??=α

（3）苯的流量增加50%，苯的出口温度为若干

)/(1.809585)5.1()5.1(28.08.0C m w i i ??=?=='αα

将其代入（2）式得 )/(7.5352C m w K o

??=' 代入（1）式得 3444.01000

9.15.140003600

036.27.53512030120ln

2=?????='--t 解得 C t ?='2.562

（4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。

（a ） 将管子加长， 由（1）式得

pc

c o o C W S K '''==--4055.06012030

120ln

24.27

.53536001000

9.140005.14055.0m S o

=?????='

m d S L o o 15.14)054.0/(4.2)/(=='='ππ

（b ） 提高加热蒸气压强（温度）

3444.01000

9.15.140003600

036.27.5356030ln

=?????=-'-'T T

解得 C T ?='133

8 一废热锅炉，由φ25×2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227℃，管内走合成转化

气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧αi =300W/m 2·K ，水侧αo =10000W/m 2

·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 i ;

(2)单位面积上的热负荷q(W/m 2

); (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℃左右仍可使用钢管做换热管。 解：（1）K i

025

.010000021.0023.045021.0002.030011100?+??+=

++=d d d d b K i m i

i i αλα

所以

K m W K i ?=2/2.289

（2）q

m i i t S K Q ?= 5.2932.289227

472227575ln

)

227472()227575(2.289?=-----?

=?=m i t K q

2

2

/9.84/2.84880

m kW m W == （3）管内

T W 及 管外壁温度T i

因为 0

0122712472

575S T S b T T S T i m i W i i W

αλα-=-=-+

25

1000012272345002.021********

575?-=?-=?-+i

i W W

T T T T 由上述方程可解出 C T W ?=8.237， C T i ?=2.234

（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℃左右，而钢管的温度小于238℃，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 u

u '=2， 2

t '=？ 以知 K t w 350=， K t 2901=， K t 2952=， 水湍流流动，需对水侧作

热量恒算可求2

t '。一般情况，水的进出口温差小于10℃，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：m pc c pc c t S C W t t C W Q ?=-=-=α)290295()(12 （1）

流速改变后：m pc c pc c t S t C W t t C W Q '?'=-'=-'='α)290(2)(2212

（2） 流速改变前 流速改变后 350K 350K 350K 350K

290K 295K 290K 2

t ' 则 C t m ?=-+-=

?5.572

)

295350()290350(

2

4102)350()290350(22

t t t m

'-='-+-='?

又

4

.08.0)()(023

.0λ

μμρλαp i i C u d d = （3） 因物性参数不变，则：

74.12)(8.08

.0=='='u

u αα （4） （1）/（2），并将各参数带入，可得：

2

41074.15

.57)290(25

2

2

t t -?

=

-' K t 4.2942

='

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。

解： 420K 370K 5.972

)

285370()301420(=-+-=?m t

310K 285K 对体系进行热量恒算，

m pw w po o t KS C W C W ?=-=-)285310()370420( 所以， po po po m o C KS

C KS C t KS W 95

.1505.97)370420(=?=-?=

（1） pw

pw w C KS

C KS W 9

.3)285310(5.97=-?=

（2） 冷却器长度增加一倍后，

420K T 2 t 2 285K

假设： 2

13522221

t T t t t m

-+='?+'?='? 则 m

pw w po o t KS t C W T C W '?=-=-2)285()420(22 所以， )

420()

135()420(22222t t T C KS T C t KS W po po m o --+?

=-'?=

（3） )

285()

350()285(22222--+?

=-'?=t t T C KS t C t KS W pw pw m w （4） （1）=（3） 1.95=

2

22420)

135(T t T --+ （5）

（2）=（4） 3.9=

285

)

135(222--+t t T （6）

解（5）和（6）方程，得： T 2 =341.74K t 2 =324.13K

87.9513.3244201

=-='?t 74.5628574.3412=-='?t 21

t t '?'?<2， 则m t '?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80℃冷到60℃，冷却水温度由20℃升到30℃，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

)/(402C m w K ??=，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

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。

解：一台换热器情况：

452

)

2060()3080(2)()(1221=-+-=---=

?t T t T t m

所以 S S t KS Q m 18004540=??=?=

又因 pg g pg g pg g C W C W T T C W 20)6080()(21=-=- 气体放出的热量与冷却水得到的热量相等，所以： pg g C W S 201800= 即

90

1

=

pg g C W S （1） （1）两台相同换热器并联使用

2

302)20()3080(2)()(221221T T t T t T t m

'

+=-'+-=-'--='?

g g

W W 5.0=' 由于管间为水，管内为气体， g w αα?? 故有 g K α= 气膜控制

又

408.0===K AW g g α

K W A g

g '=='8

.0)2/(α 所以 K W A AW K K g g '

==='40

)5.0(1)2/(8.08.08.0 故 23)

5.0(408

.0=?='K

)80()30(232

30223222T C W T S T S t S K Q pg g m

'-='+='

+??='?''=' )

30(238022T T C W S

pg g '+'-=

（2） 联立（1）式和（2）式解得： C T ?='6.572 （2）两台相同换热器串联使用时

2

302)20()3080(2)()(221221T T t T t T t m

'

'+=-''+-=-''--=''?

40==''K K

)80()30(402

30240222T C W T S T S t S K Q pg g m

''-=''+='

'+??=''?''''=''

)

30(408022T T C W S

pg g ''+''-=

（3） 联立（1）式和（3）式解得： C T ?=''15.462

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，将流量为30m 3

/h 、浓度为10%的NaOH 水溶液由20℃预热到60。加热剂为127℃的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为φ25×2mm ；长度为3m ；总管数72根。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

C

m w s mPa C kg kJ C C m w m kg p ???=?=??=??==2

4

23/101;5.1;/77.3;/58.0;/1100αμλρ蒸汽冷凝膜系数

钢的导热系数C m w ??=/5.46λ 污垢热阻总和

∑??=w C m

R /0003.02

解：对库存换热器进行传热能力核算 m o o t S K Q ?=

其中 4.16)1.03(025..014.372)1.0(=-???=-=L d n S o o π C t T t T t t t T t T t T t T t m ?=---=---=-----=

?4.856012720

127ln 20

60ln

ln )()2

1122121（

蒸汽冷凝宜走壳程，NaOH 水溶液走管程。 求管内NaOH 水溶液一侧的1α s m u /67.02

/72021.0785.0360030

2

=???=

C

m w d

d L C du p ??=???

=?

=?===???==?=???=

=

--24

.08.04.08.013

34

3

/2560)75.9()10300(021

.058

.0023.0(Pr)(Re)023.060143021

.0375

.958

.0105.11077.3Pr 10

10300105.1110067.0021.0Re λ

αλμμ

ρ

1097

1

0003.0023.05.46025.0002.0021.02560025.01000011

11=+??+?+=

+++=∑R d bd d d K i o i o o o λαα

C m w K o ??=2/1097

换热器的传热速率 kw t S K Q m o o 15364.854.161097=??=?= 该换热器的热负荷 kw t t C W Q pc c L 1382)2060(77.33600

1100

30)(12=-???=

-=

因为 L Q Q ? 所以库存的换热器能够完成传热任务。 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：

m

o o

t K Q

S ?='

同上，换热器的热负荷 kw Q L 1382= C m w K o ??=2/1097，C t m ?=?4.85

故 275.144

.8510971382

m S o

=?='

该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为：

4.16)1.03(02

5..014.372)1.0(=-???=-=L d n S o o π

因为 o

o S S '? 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mm mm 5.225?φ钢管，导热系数

K m W ?=/45λ。冷水在管内湍流流动，给热系数K m W ?=21/2000α，热气在环隙中

湍流流动，给热系数K m W ?=2

2/50α。不计垢层热阻，试求：

（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K '有何变化？ （3）内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数K ''有何变化？ 解： （1） 1

1

122121]1ln 21[

-++=αλαd d d d d K

=1

]50

102.0025.0ln 452025.002.0025.020001[

-+?+? =K m W ?2

/3.48 总热阻

/021.01

2?=m K

W 管壁热阻

02

.0025

.0ln

452025.0ln 2122?=d d d λ =W K m /102.62

5

??-

∴管壁热阻分率为

%3.0103021

.0102.635

=?=?-- （2）8

.0u

∝α

∴K m W ??=?=='238.018.01

/1048.3200022αα K m W K ?=+?+??='-25

3

/0.49]501102.602.0025.010

48.31[

增加

%3.13.483

.4849=-=-'K K K （3）K m W ?=?=='∴28.028

.02

/1.875022αα

K m W K ?=+?+?=''-25/1.82]1.871

102.602.0025.020001[

增加

%6.693

.483

.481.82=-=-''K K K 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α小处着

手。

15 mm mm 468?φ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)/(080

.0K m W ?=λ，该管设置于温度C t ?=20外的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数50001=α)/(2

K m W ?，保温层外表面与大气的给热系数102=α)/(2

K m W ?。求

蒸汽流经每米管长的冷凝量W 及保温层外表面的温度W t 解： 每米管长的冷凝量W

m d 06.0004.02068.01=?-=，m d 068.00= m d 128.003.02068.02=?+= 不计管壁热阻

12

022121]1

ln 21[

-++=∴αλαd d d d d K

=1

]10

1068.0128.0ln 08.02128.006.0128.050001[

-+?+? =1.65)/(2K m W ?

)()(2222外外t T L d K t T A K Q -=-=π

查MPa 2.0（表）下，饱和蒸汽C T ?=3.133，kg kJ r /1.2168

= )(22外t T d K Q L -=π=m W /1.75)203.133(128.014.365.1=-???

hr m kg s m kg r Q W L ?=??=?==

-/125.0/1047.310

1.21681

.7533 )(2外t T K -=2α)(外t t W - C t t T K t W ?=+-?=

+-=

∴7.3820)203.133(10

65

.1)(2

2

外外α

16一内径m d 34.01=的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度C t ?=381，外壁外面用100C

?热水加热。钢壳的导热系数45=λ)/(2

C m W ??，热水对外壁的给热系数

=α500)/(2C m W ??，试计算钢壳厚度δ是多少mm 时传热速率max Q 达最大值？最大传热

速率是多少？

解： 对于所传热量有 A

A t R

t Q m 11?+?=?=

αλδ

其中，C t ?=-=?6238100，

1r r -=δ， 14rr A m π=（推导而得）

2

1141

4r

rr r r R παλπ?+-=

∴ 当R 最小时必有max Q

当

0]21[4132=-=r r dr dR αλπ时 得 m r 18.0500

4522=?==αλ mm m r r 1001.017.018.01==-=-=δ )

(3.111013.118.014.345001

14.317.018.045401.062

42

max kW W Q =?=???+

????=

∴

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。

化工原理实验传热实验报告

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 [℃]

化工原理传热练习习题及标准答案.docx

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 =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 =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 =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时,计算得到管壁对水的传热系数α= .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时,此时传热系数α =_____________. *** 答案 ***α =(λ /d)Re Pr α = .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时,计算得到管壁对水的传热系数α= .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时,此时传热系数α =________________. *** 答案 ***α =(λ /d)Re Pr

《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 t1t2 C t1>t2 D t3

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 ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δ λ T q ?= ∴1δ＝m q T T 22.01200 900 11003.1211 =-?=-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 .012.01200509002334222?=--=--=λδλδ 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 δ λ 3 13 23 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 3. 直径为?60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为–110o C ，绝热层外表面温度10o C 。已知软木和保 温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·o C ），试求每米管长的冷量损失量。 解：圆筒壁的导热速率方程为 ()2 3212131ln 1ln 12r r r r t t L Q λλπ+-= 其中 r 1=30mm ，r 2=60mm ，r 3=160mm 所以 ()2560 160 ln 07.013060ln 043.01101002-=+--=πL Q W/m 负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。 4. 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？ 解：设外层平均直径为d m,2，内层平均直径为d m,1，则 d m,2= 2d m,1 且 λ2=2λ1 由导热速率方程知 1 111112 2114522λππλπλλλb L d t L d b L d b t S b S b t Q m m m m m ???= + ?= + ?= 两层互换位置后 1 1111122λππλπλb L d t L d b L d b t Q m m m ??= + ?= ' 所以 25.14 5 =='='q q Q Q

化工原理传热复习题

传热复习题1 （1）保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？ 答：首先，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。举例说，如夹层内壁温度为98οC ，外壁温度为28ο C ，黑度为0.95的玻璃表面镀上黑度为0.02的银层后,其辐射散热量可由原来的5502m W 降至6.152m W 。第三，在使用保温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作， 大，在数值上常视为相等，但就其本质讲，含义是完全不同的。 （4）何谓换热器的控制热阻? 答:换热器的总热阻1/K 主要取决于冷、热流体的对流传热热阻，当然也和管壁的热阻及污垢热阻有关，即， λ ααb K i ∑++=0111 若忽略管壁及污垢热阻，则有 1 11αα+≈i K

如果i α和0α相接近，也就是两种流体的传热阻力差不多时，在谋求强化传热过程中，一般要考虑把 i α、0α都增大。但往往有这种情况，两者的α 值相差很大，例如i α>>0α,则 1 1 αα<< i 。 这时 11α≈K K ≈0α 即总传热系数K 值接近对流传热系数小的一侧流体的α 值，在本例条件下总热阻完全被管外的对流传热热阻所控制。1/0α被称为控制热阻。 答：不正确。 冷却介质的出口温度越高，其用量越小，回收热能的品位也越高，动力消耗也随之减小。但出口温度升高的结果，导致传热推动力即对数平均温差降低，所需传热面积增大，设备费用增大。因此必须从综合角度考虑，全面加以权衡，确定一个适宜的出口温度。 对于常用的冷却介质工业水，出口温度不宜过高。还因为工业水中含有许多盐类。如CaCO 3、 MgCO 3、CaS04、、MgSO 4等。若出口温度过高，上述盐类就会因溶解度减小而析出，附在器壁表面上形成热阻很大的垢层，使传热过程恶化。尽管可以采取在冷却水中添加阻垢剂等化学方法，但至少从目前看，效果很有限。所以无节制了提高冷却介质出口温度的方法是行不通的。设计时常取冷却水进、出口的温度差为5-10℃ 四`选择题

化工原理模拟题(带答案和解)

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

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

化工原理传热复习题

传热复习题1 （1）保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施 答：首先，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。举例说，如夹层内壁温度为98 C ，外壁温度为28 C ，黑度为的玻璃表面镀上黑度为的银层后,其辐射散热量可由原来的5502 m W 降至2 m W 。第三，在使用保 温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作，而且在灌水时还要在瓶颈处留出一段空气的导热系数比水在小得多，从而有效地降低了瓶口的导热热损失。 （2）计算蒸气在水平管外冷凝的凯恩（Kern ）公式为：=a (t d r g ??????023μρλ)。试 定性说明各种因素对冷凝给热系数a 的影响。 答：应当指出，冷凝给热的热阻是凝液造成的，因此式中各物性常数都是凝液的物性，而非蒸气的物性。 当λ大时，液膜导热性能良好，a 自然就大；ρ大，液膜容易从壁面上往下滑，同样使a 增大，潜热r 大，a 也大。相反，若蒸气温度和壁温之间的温差t ?大，则意味着单位时间内凝液量增多，凝液膜增厚，这反而不利于传热，因此a 会变小；当粘度μ增大时，因流动阻力增大，液膜增厚，a 必然减小；至于水平管的直径d 0 大了，会使管子下部液膜加厚， 同样不利于传热， a 也要变小。

将上面定性分析结果与凯恩公式对照后可以发现：二者是完全一致的． （3）换热器的热负荷与传热速率有何不同 答：冷、热流体在单位时间内在换器中所交换的热量，称为换热器的热负荷．它是针对换热任务的需要提出的，是生产上要求换热器应具有的换热能力，热负荷可根据生产中物流量、进出口温度及状态变化求化求出。 而传热速率则是指换热器本身在一定操作条件下所具有的传递热量的能力，是换热器本身的特性，二者是不相同的。 容易混淆的是，实际生产中设计或标定换热器时，常把传热速率与热负荷视为相等，一般都是通过热负荷的计算，求得换热器应具有的传热速率，再依据传热基本方程求出所需换热器的传热面积，尽管二者在数值上常视为相等，但就其本质讲，含义是完全不同的。 （4）何谓换热器的控制热阻 答:换热器的总热阻1/K 主要取决于冷、热流体的对流传热热阻，当然也 和管壁的热阻及污垢热阻有关，即， λααb K i ∑ ++=0 111 若忽略管壁及污垢热阻，则有 1 11αα+≈i K 如果i α和0α相接近，也就是两种流体的传热阻力差不多时，在谋求强化传热过程中，一般要考虑把i α、0α都增大。但往往有这种情况，两者

化工原理传热练习题(DOC)

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

化工原理—传热复习题

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； 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；

化工原理—传热复习题及答案

化工原理—传热复习题及答案 一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） 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、5%； B、6%； C、7%； D、8%；

化工原理复习题

1.一个被测量体系外柱按上一个U型压差计,出现如图情况,说明体系与大气压是（）关系 A. 体系＞大气压 B. 体系＜大气压 C. 体系＝大气压 （第1小题图）（第2小题图） 2.如图所示,连接A.B两截面间的压差计的读数R表示了( )的大小。 A. A.B间的压头损失H f ； B. A.B间的压强差△P C. A.B间的压头损失及动压头差之和； D. A.B间的动压头差(u A2- u B2)/2g 3.层流与湍流的本质区别是( )。 A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

4.离心泵起动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不致超负荷工作，这是因为（） A. Q启动＝0，N启动≈0 ； B. Q启动〉0，N启动〉0； C. Q启动=0，N启动〈0 5..离心泵在一定的管路系统工作，如被输送液体的密度发生变化(液体其余性质不变)，则( ) A. 任何情况下扬程与ρ无关； B. 只有当（Z2－Z1）＝0时扬程与ρ无关； C. 只有在阻力损失为0时扬程与ρ无关； D. 只有当P2－P1＝0时扬程与ρ无关。 6.为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度，应采用（）的转鼓。 A. 高转速、大直径； B. 高转速、小直径； C. 低转速、大直径； D. 低转速，小直径。 7.为提高旋风分离器的效率，当气体处理量较大时，应采用（）。 A. 几个小直径的分离器并联； B. 大直径的分离； C. 几个小直径的分离器串联； D.与并联和串联的方式无关。 8.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( )。 A. R1>(R2+R3)； B. R1<(R2+R3)； C. R1=(R2+R3) ； D. 无法比较。 （第8小题图） 9.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 m为（）。 A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5； D.100/ ln5.

化工原理传热实验步骤及内容

实验四传热实验 、实验目的 (1) 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。 (2) 学会给热系数测定的实验数据处理方法。 (3) 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 (4) 掌握热电阻测温的方法。 (5) 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 二、实验原理 在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面(传热元件)进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4 - 1)所示，间壁式传热过程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所组成。 图4-1间壁式传加程示意图 达到传热稳定时，有 Q -—爲)=卿/■沖仏一人.) -%4(丁-為)輛-场血(斥-咖 式中：Q —传热量，J / s ; m —热流体的质量流率，kg / s C PI—热流体的比热，J / (kg ? C)； T i —热流体的进口温度，C； T2 —热流体的出口温度，C； m —冷流体的质量流率，kg / s (4-1 ) T

C p2 —冷流体的比热，J /（kg ? C ）； 11 —冷流体的进口温度，C； t2 —冷流体的出口温度，C； 2 :-1 —热流体与固体壁面的对流传热系数，W / （m C ）; A—热流体侧的对流传热面积，m； "；| —热流体与固体壁面的对数平均温差，C； 2 :-2 —冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / （m C ）；A—冷流体侧的对流传热面积，m； |f\ —固体壁面与冷流体的对数平均温差，C； K —以传热面积A为基准的总给热系数，W / （m 2C）； —冷热流体的对数平均温差，C； 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算, —［「J （4 - 2）亠4 一5 式中：T1 —热流体进口处热流体侧的壁面温度，C； TA2 —热流体出口处热流体侧的壁面温度，C。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算, r - ：（4 —3） In切7 式中：t wi —冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，C； t W2 —冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，C。 热、冷流体间的对数平均温差可由式（ 4 —4）计算, 当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4—1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数, 叫*-片） (4-5) 实验中测定紫铜管的壁温t wi、t w2；冷空气或水的进出口温度t l、t2；实验用紫铜管的 (4-4 )

化工原理传热试题

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

化工原理精选例题

1、用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0、88(摩尔分数,下同),流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99、5%,釜液中乙烷的回收率为99、4%,试求所得馏出液、釜液的流量与组成。 2、例题:设计一精馏塔,用以分离双组分混合物,已知原料液流量为100kmol/h,进料中含轻组分0、2(摩尔分数,下同),要求馏出液与釜液的组成分别为0、8与0、05。泡点进料(饱与液体),物系的平均相对挥发度α=2、5,回流比R=2、7。试求:1)精馏段与提馏段操作线方程;2)从塔顶数第二块板下降的液相组成。 3、例题用一常压精馏塔分离某二元理想溶液,进料中含轻组分0、4(摩尔分数,下同),进料量为200kmol/h饱与蒸汽进料,要求馏出液与釜液的组成分别为0、97与0、02。已知操作回流比R=3、0,物系的平均相对挥发度α=2、4,塔釜当作一块理论板处理。试求:(1)提馏段操作线方程;(2)塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。(从塔底向上计算) 4、例题:常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔,进料中丙酮50%(摩尔分数,下同),其中气相占80%,要求馏出液与釜液中丙酮的组成分别为95%与5%,回流比R=2、0,若进料流量为100kmol/h,分别计算精馏段与提馏段的气相与液相流量,并写出相应的两段操作线方程与q 线方程。 5、在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液。原料液组成为0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为0、95。汽--液混合进料,其中汽相占1/3(摩尔数比),回流比为最小回流比的2倍,物系的平均相对挥发度为2、5,塔顶采用全凝器。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。 6、在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,组成为含苯0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为含苯0、9,苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),操作回流比为最小回流比的1、5倍,物系的平均相对挥发度为2、5。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)提馏段操作线方程。 7、板式精馏塔常压下分离苯-甲苯物系,塔顶采用全凝器,物系平均相对挥发度为2、 5,进料就是流量为150kmol/h,组成为0、4的饱与蒸汽,回流比为4、0,塔顶馏出液中苯的回收率为0、97,釜液中苯的组成为0、02。试求:(1)塔顶产品流率,组成与釜液流率;(2) 精馏段、提馏段操作线方程;(3)实际回流比与最小回流比的比值。 8、某二元连续精馏塔,进料量100kmol/h,组成为0、5(易挥发组分mol分率),饱与液体进料。塔顶、塔底产品量各为50kmol/h,塔顶采用全凝器,泡点回流,塔釜用间接蒸汽加热,物系平均相对挥发度为2、0,精馏段操作线方程为yn+1=0、714xn+0、257,试求:1 塔顶、塔底产品组成(mol分数)与塔底产品中难挥发组分回收率 ;2最小回流比;3提馏段操作线方程。 9用常压精馏塔分离某二元理想溶液,其平均相对挥发度α=3,原料液组成0、5(摩尔分率),进料量为200kmol/h,饱与蒸汽进料,塔顶产品量为100kmol/h。已知精馏段操作线方程为

传热在化工原理中的应用

传热在化工原理中的应用 经过一个学期的化工原理学习，我在传热部分，有一些体会。 概述：热量传递是自然界和工程技术领域中极为普遍的一种传递现象。如用手抓冰块时会感到冷, 这是因为手的温度高于冰块的温度, 两者之间存在着温度差, 所以手上的热量传递给了冰块, 手就感到冷了。再如在一根铁棒的一端加热, 过一段时间后其另一端也就变热了, 这也是因为铁棒的两端之间的温度不同, 被加热的一端的温度高于另一端, 两端之间存在温差, 因此热量就从加热的温度高的一端传递到温度低的一端, 使另一端的温度渐渐升高而变得热了。由此可见，热能的传递存在于任何两个存在温度差的物体之上。 化工生产中，大量运用到热传递，比如生产中的冷却，冷却塔之类的，是利用了热传导。 我在这里讨论三种热的传递方式： 1、热传导（导热） 若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差，此时热量将从高温部分向低温部分传递，或从高温物体传向与之接触的低温物体。 热传导在固体、液体和气体中均可进行，但导热的微观机理因物态而异。固体中的热传导属于典型的导热方式。如：若T1>T2 , 则导热就会发生, 方向如图3红线所示； 热传导的起因：自由电子的迁移

极限状态：棒内各处温度均匀化, 为；如果想维持高温 和低温，则必须从外界不断向高温部分补充热量, 而从低温部分相应地取走所传递的热量。 不良导热的固体中和液体中的热传导是通过晶格结构的振动, 即原子、分子对其平衡位置附近的振动来实现的。气体中的热传导则是由于分子不规则运动而引起的。 单纯的热传导现象只有在密实的固体中才能观察到。纯热传导过程仅是在静止物质内的一种传热方式, 也就是说没有物质的宏观运动。 而在气体和液体内部, 当各处温度不同时, 必存在各处密度的差异, 因此总是在发生导热的同时,必伴有因密度的差异所产生的对流。2、热对流（对流） 热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。 在流体中产生对流的原因有二个：一是因流体中各处的温度不同而引起密度的差异, 使轻者上浮, 重者下沉, 流体质点产生相对位移, 这种对流称为自然对流。二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制流动, 这种对流称为强制对流。 流动的原因不同, 对流传热规律也不同。 应予指出, 在同一种流体中, 有可能同时发生自然对流与强制对流。化工传热过程中, 常遇到的并非单纯对流方式, 而是流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程, 如图所示：