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仅供个人参考传热一、填空题:1 .工业上冷热流体间的传热方式有、。答案：间壁式蓄热式直接混合式2 .热量传递的方式主要有三种：、。答案：热传导热对流热辐射3 .传导传热的傅立叶定律表达式为,其符号各代表,和。答案：dQ/dt=-入Adt/dS,dQ/d。表示单位时间传递的热量，表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,入表示导然系数和dt/dS表示温度梯度。4 .影响给热系数”的因素有。答案：流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸5 .由多层等厚度平壁构成的传热壁面,若某层所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻就越，其两侧的温度差越。答案：小小6 .定态导热是指不随时间而改变。答案：传热系统中各点的温度仅随位置变7 .影响传导传热系数的因素有。答案：物质种类和组成，物质的内部结构和物理状态、温度、湿度、压强等8 .牛顿冷却定律公式为,其符号各代表、和答案：Q=aA（Ttw）,Q表小传热速度、a表小传热系数、A表不对流传热面积、T表布热流体主体平均温度和tw表示为低温流体壁面温度。9 .在包有二层相同厚度但导热系数不同的彳温材料的圆形管道上，应该将材料放在内层，道理是,。答案：导热系数小的减少热损失降低壁面温度10 .在多层平壁定态导热中，通过各层的传热速率答案：相等。11 .在流体与固体壁面间发生的对流传热中，热阻主要集中在。答案：.滞流内层中12 .在热交换过程中，两侧流体的相互流向有。答案：.并流、逆流、折流、错流13 .多层壁面导热的总热阻等于。答案：多层热阻之和14 .在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，传热管的壁面温度接近气（或汽）的温度，总传热系数K接近气（或汽）的对流给热系数.答案：蒸气空气15 .强化传热的方法之一是提高K值.要提高K值，则应改善对流给热系数的一侧的传热条件（给热系数小的还是大的）答案：提高给热系数较小一侧的给热系数。16 .厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1入2入3。在稳定传热过程中，各层的热阻R1R2R3；各层导热速率Q1Q2Q3答案：.R1R2R3Q1=Q2=Q317 .对流传热过程是指和之间的传热。答案：.流体壁面18 .某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度分别为80和50,冷流体的进出.口温度分别为25c和45C,此时传热平均温度差Tm=。答案：3019 .在确定列管式换热器冷热流体的流径时，通常蒸汽走管（内或外），高压流体走管，易结垢的流体走管，有腐蚀性流体走管，粘度大或流量小的流体走管。答案：外内内内外20 .将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答案：提高管程a值提高壳程a值21 .热交换器按结构分为两大类，1、,如2、 ,如。答案：管式换热器,列管式、套管式、蛇管式、翅片式；板式换热器,平板式、螺旋式、板翅式。22 .在温度小于180的条件下，是最适宜的加热剂；而当温度不很低时，是最适宜的冷却剂。答案：饱和水蒸气，水23 .当换热器使用过久，污垢层越积越厚，会使热流量值显著。答案：下降24 .传热可分为传热和传热（从温度角度考虑）。答案：变温恒温25 .当各项热阻具有不同的数量级时，总热阻的数值将由其中的最（大或小）热阻所决定。答案：大26 .间壁式换热是一种-（对流、传导、辐射）的串联复合传热方式。答案：对流传导对流27 .热辐射实际上是一个能量之间的双重互变过程，即能-能f能。答案：.热能辐射能热能28 .热射线可以在中传播，这是辐射传热与传导传热和对流传热的主要差别。答案：真空29 .黑体的辐射能力遵从定律，该定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的次方成正比。答案：斯蒂芬-波尔兹曼30 .热交换器根据换热的目的不同，可分为器、器、器等。答案：加热器冷却器再沸器或冷凝器31 .流体无相变的传热有对流传热和对流传热两种形式.答案：自然强制32 .无相变的对流给热系数的经验关联式在处理强制对流时,可以忽略.（G,Re或Pr）答案：Gr33 .无相变的对流给热系数的经验关联式在处理自然对流时,可以忽略.（G,Re或Pr）答案：.Re34 .在等温面上,温度处处相等,故沿等温面热量传递（有或无）.答案：无35 .温度随距离的变化率以沿与等温面垂直的方向为最.（大或小）答案：大36 .沸腾给热和冷凝给热属于传热答案：对流37 .当流量一定时,管程或壳程越多,给热系数越,对传热过程_利.答案：.大有38 .傅立叶定律中的负号表示答案：热流方向与温度梯度方向相反39 .傅立叶定律中的比例系数入是物质的.答案：导热系数40 .发生相变化的给热过程可分为给热和给热.答案：蒸汽冷凝液体沸腾二、选择题：1. 多层间壁传热时，各层的温度差与各相应层的热阻（）。A.成正比B.成反比C.没关系答案：A2. （）是一种以电磁波传递热能的方式。A.热传导B.热对流C.热辐射答案：C3. 在列管换热器管程中，流体常用的流速范围为：液体是（）。A.0.53m.s-1B.315m.s-1C.530m.s-1答案：A4. 在单层平的固壁热传导过程中q=入人（t1t2）/8,传热推动力是（）。A.入B.t1t2C.8答案：B5. 对流传热是由（）原因产生的。A.流体分子的热振动B.流体体内电子的移动；C.流体质点的位移、扰动。答案：C6. 湍流体与器壁之间的对流传热的热阻主要存在于（）。A.流体内B.器壁内C.湍流体滞流内层中D.流体湍流区域内答案：C7. 法定计量单位中，属于国际热量计算单位的是（）。A.kwB.kcalC.J答案：C）之a值。8. 当固壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高对流传热系数（A.大的B.小的C.两的答案：B9. 在间壁式换热器中用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（）。A.蒸汽的aB.空气的aC.蒸汽的a与空气的a平均值答案：B10. 热量传递的基本方式是（）。A.恒温传热和稳态变温传热B.导热给热和热交换C.气化、冷凝与冷却D.传导传热、对流传热和辐射传热答案：D11. 传热速率公式q=KAATm中，ATm是指（）。A.器壁内外壁面的温度差B.器壁两侧流体对数平均温度差C.流体进出口的温度差D.器壁与流体的温度差答案：B12. 工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其主要目的是（）。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，提高传热效果答案：C13. 液液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是（）。A.热流体的热阻B.冷流体的热阻C.冷热两种流体的热阻D.金属壁的热阻答案：D14. 一台工作着的列管式换热器，已知ai=120w.m-2.K-1,a2=12000w.m-2.K-1,要提高总传热系数，最简单有效的途径是（）。A.设法增大a1B.设法增大a2C.同时增大a1和2答案：A15. 稳定的多层平壁的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（）。A.愈大B.愈小C.不变答案：A16. 用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（）。A.蒸汽的温度B.空气的出口温度C.空气进、出口平均温度答案：A17. （）是指当间壁两侧泠、热流体之间的温度为1K时，在单位时间内通过单位传热面积，由热流体传给冷流体的热能。A.导热系数B.对流传热系数C.总传热系数答案：C18. 对流传热过程仅发生在（）中。A.固体B.静止的流体C.流动的流体答案：CA19. 用两种不同的保温材料时，往往要把导热系数入小的材料放在（）。A.内层B.外层C.内或外层都行答案：A20. 定态传热是指传热系统内各点的温度（）。A.不仅随时间变，也随位置变B.只随位置变，但不随时间变C.只随时间变，但不随位置变。答案：B21. 在流体与固体壁面间的对流传热中，热量主要是以（）方式通过滞流内层的。A.热传导B.对流传热C.热辐射答案：A22. 在定态变温传热中，流体的流向当选择（）时，传热平均温度差最大。A.并流B.逆流C.错流答案：B23.（ ）是指当壁温与流体之间的温度差为流体传给壁面的热量。A. 导热系数答案： B24. 热传导是依靠（A. 流体的运动答案： CB. 对流传热系数）来传递热量的B. 质点的移动1K 时，在单位时间内通过单位传热面积，由壁面传给流体或C. 总传热系数C. 自由电子运动或分子振动不得用于商业用途25.沸腾给热和冷凝给热属于（）传热.31. 当固壁两侧无相变的冷热流体的进、操作。A. 并流答案： BB. 逆流C. 错流D. 折流A.传导B.对流C.辐射答案：B26.黑体的辐射能力与绝对温度的（）次方成正比。A.一次B.二次C.四次答案：C27.牛顿冷却定律适用于(）传热.A.传导B.对流C.辐射答案：B28.傅立叶定律适用于（）传热.A.传导B.对流C.辐射答案：A29. 无相变的对流给热系数的经验关联式在处理强制对流时,（）可以忽略.A.GrB.PrC.Re答案：A30. 无相变的对流给热系数的经验关联式在处理自然对流时,（）可以忽略.A.GrB.PrC.Re答案：C出口温度已确定时，为了提高传热平均温度差Tm,应采用（32. 水的导热系数都随温度的升高而（）。A.不变B.变大C.变小答案：B33. 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30加热到75，该换热器的平均传热温度差Atm为（）。A.-45/ln2B.45/ln2C.120/ln2答案：B34.夹套式换热器属于（）换热器的一种。A.混合式B.蓄热式C.间壁式答案：C35.蛇管式换热器属于（）换热器的一种。A.混合式B.间壁式C.蓄热式.答案：B三判断题：1. 导热系数和给热系数都是物性常数之一。（）x2. 金属和非金属的导热系数都随温度升高而减少。（）x3. 定态的圆筒壁传热，热通量为常数。（）x4. 导热系数是物质的一种物理属性，对流传热系数也是物质的一种物理属性。（）x5. 在定态的多层平壁导热中，若某层的热阻大，则这层的导热温差就小。（）x6. 保温材料应该选用导热系数小的绝热材料。（）V7. 在定态传热中，凡热阻大白层，其温差也大。（）V8. 传导和对流传热的传热速率与温度差的一次方成正比，而辐射的传热速率与温度差的四次方成正比。（）V9. 强化传热过程最有效的途径是增大传热面积。（）x10. 流体流动时，滞流内层的粘度是影响对流传热的主要因素。（）x11. 凡是定态的圆筒壁传热，单位时间单位面积所传递的热量相等。（）x12. 多层平面壁定态热传导中，推动力是内壁面与外壁面间总的温度差;总热阻是各层热阻的倒数之和。（）x13. 多层平壁导热过程中，传热总推动力等于各壁面温差之和。（）V14. 换热器的平均传热温度差，是指热流体进出口的平均温度与冷流体进出口的平均温度的差值。（）x15. 定态传热是指传热过程中的温度既不随时间而变，又不随位置而变的传热。（）x16. 蛇管换热器属于间壁式换热器的一种。（）V17. 强化传热的途径主要是增大传热面积。（）x18. 无相变的折，错流换热器，其平均温度差Tm都比逆流时的要小。（），19. 在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作所需的传热面积要小。（）V20. 换热器的传热管应选用导热系数入值大的材料。（）V21. 固体材料的内部结构越松疏，其导热系数则越大。（）x22. 当固壁两侧无相变的冷热流体的进、出口温度已确定时，为了提高传热平均温度差Tm,应采用逆流操作。（）V23. 在等温面上,温度处处相等,故沿等温面有热量传递.x24. 温度随距离的变化率以沿与等温面垂直的方向为最大.V25. 温度随距离的变化率以沿与等温面垂直的方向为最大,这一最大变化率的极限值称为温差.x26. 温度梯度是垂直于等温面的向量,其正方向为温度降低的方向.x27对流传热中，滞流内层在垂直于流体流动的方向上不存在对流传热.V28 .牛顿冷却定律适用于传导传热.x29 .牛顿冷却定律适用于对流传热.V30 .当流体呈湍流流动时，”值随Re的增大而增大.V31 .自然对流主要受温度引起的流体密度变化的影响.V32 .只要物体的温度高于0,物质就会向外发射各种波长的电磁波.x33 .热对流可以在真空中传播.x34 .热射线即可以在空气中传播，又可在真空中传播.V35 .辐射传热与传导传热和对流传热的主要差别在于辐射传热可以在真空中传播.V36 .物质的黑度在数值上等于该物体对辐射能的吸收率，37 .黑体的辐射能力与绝对温度的二次方成正比x38 .黑体的辐射能力与绝对温度的四次方成正比。V39 .无相变的对流给热系数的经验关联式在处理强制对流时，表示自然对流影响的Gr可以忽略.V40 .无相变的对流给热系数的经验关联式在处理自然对流时,表示自然对流影响的Gr可以忽略.x四、问答题：1 .传热有哪几种方式?各有何特点?答案：传导、对流、辐射传导传热：是物质内部分子微观运动，是由于相邻分子在碰撞时传递振动能的结果。也可因物质内部自由电子的转移而发生。需要介质。对流传热：是由流体质点发生相对位移即宏观运动而引起。需要介质。辐射传热：物体吸收来自外界其它物体的辐射能转化为热能。不需要介质，可在真空中传播。2 .换热器的热损失是如何产生的？如何来减少热损失？答案：一般换热器外壁面温度高于周围空气的温度，外壁就会不以过对流和辐射方式传将热量传给换热器周围的空气而散失。为了减少散热损失，一般在换热器外壁面上包上一层（或两层）导热系数较小的绝热材料，使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。仅供个人参考3 .对流传热的机理是什么？答案：热流体流过固壁时，在湍流主体中，由于流体质点的剧烈湍动形成许多漩涡，使质点强烈混合而交换热量，温差极小，几乎不存在温度梯度；但在紧靠壁面处，有一层很薄的作层流流动的流体层(称为层流底层)，在这薄层内，流体质点分层流动，热量以导热方式通过该层。由于流体的导热系数很小，因而层流底层热阻很大，相应温差也很大。在层流底层和湍流主体间还有一缓冲层，该层内，热对流和热传导同时存在，温度变化缓慢，温度梯度小。4 .何谓定态传热和非定态传热？答案：在传热过程中，若传热面上各点的温度不随时间变化，称为定态传热。定态传热时，传热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为非定态传热。非定态传热时，传热速率随时间而变。5 .强化传热过程应采取哪些措施？答案：根据4=K.A.方程，设法提高K、A、中的任一个都能提高强化传热(1)增加传热面积。通过改进传热面的结构，提高设备的紧凑性，使单位设备体积具有较大的面积，如在管内外壁装上翅片，用螺旋管或波纹管代替光滑管；(2)增大传热温差t，可以提高热流星二当换热器间壁两的流体均为变温时，柔.用逆流操作可得到较大的平均温度差。(3)提高传热系数K,由K=1/1/ai+1/a2+2(8i/入i)提高a1、a2降低8i,都能强化传热，具体有：增加列管的管程数和挡板数；平的传热板换成凹凸不平的波纹；对于史t管，加入搅拌装置或增设杯状物，在列管换热器中可，可采用导热系数大的流体作载热体，在管内装入麻花状的金属；防止结垢。6 .为什么工业换热器中冷、热流体的相对流向大多采用逆流操作？答案：当冷热流体的进出口温度都一定时，逆流的温差比并流的大。因此，在相同传热系数的条件下，为了完成同样的热负荷，采用逆流操作，可以节省传热面积；或在传热面积相同时，采用逆流操作可以提高热流量。此外，逆流操作可以减少加热剂或冷却剂的量。7 .简述列管式换热器的基本结构。答案：由壳体、管束、管板、封头等组成。8 .当间壁两侧流体定态变温传热时，工程上为何常采用逆流操作？答案：主要原因可由以下两方面分析：1)当冷热流体的T1、丁2、tl、t2四个温度一定时，逆流的温差tm比并流的大。因此，在相同传热系数的条件下，为了完成同样的热负荷，采用逆流操作，可以节省传热面积；或在传热面积相同时，采用逆流操作可以提高热流量，提高生产能力。2)逆流操作可以减少加热剂或冷却剂的量，降低能耗，提高了经济效益。9 .简述传热过程中冷热流体的接触方式。答案：直接接触式：冷热流体直接接触，伴有传质发生；间壁式：冷热流体不接触；蓄热式：热流体的热量积蓄在固壁中，而冷流体将热量取出，冷热流体交替流过固壁。10 .简述影响物体的导热系数的因素。答案：有材料的组成，结构，温度，湿度，压强及聚集状态等许多因素。11 .简述传热管道的特征尺寸如何求取。答案：.圆管：特征尺寸取管径；非圆管：特征尺寸取当量直径=4X流动截面/润湿周边12 .何谓黑体和黑度？黑体的辐射能力服从哪个定律？答案：等于1的物体称为黑体。不得用于商业用途仅供个人参考实际物体与同温度黑体的辐射能力的比值为该物体的黑度。黑体的辐射能力服从斯蒂芬-波尔兹曼定律。五、计算题：1.有一内管为。180x10mm的套管换热器，将流量为8000kg/h的某液态有机物从100c冷却到60C,其平均比热为2.38J/(kg.K),套管环隙走冷却水,其进出口温度分别为40c和50C,平均比热为4.174J./(kgK),基于传热外面积的总传热系数K=1000w/(m.K),且保持不变.设热损失可以忽略。试求：(1)冷却水用量；(2)计算两流体分别为逆流和并流下的平均温差及管长。【解】冷却水用量：WhCph(T1-T2)=WcCpc(t1t2)7000X2.38X(10060)=WcX4.174X(5040)1Wc=15964kg.hAt逆=15020)/In(50/20)=32.75At.井=(6010)/In(60/10)=27.9八-1Q=KAAtmQ=166600kJ.hA逆=166600X103/(2000X32.75X3600)=0.7m2兀d01=0.7X3.14X0.18X1=0.751=1.25mA并=166600X103/(2000X27.9X3600)=0.83m23.14X0.18X1=0.831=1.46m2 .有一根换热管，用100c的饱和水蒸汽冷凝管内的冷水进出口温度是20c和80C,使用一段时间后，由于管壁结垢，热阻增大，使得冷水出口温度降为70C,这时的传热系数下降了百分之几？设冷水的流量及进口温度均不变。【解】K=Qi/(A.Atm1)K=Q2/(A.Atm2)K/K=Q.Atm1/(Q.Atm2)=GCp(70-20)Atm1/(GCp(80-20)Attm2)=50Atm1/(60XAttm2)而Atm1=43.28C,Atm2=51cK2/Ki=50X43.28/(60X51)=0.71传热系数下降：(k1-K2)/K1=29%3 .硫酸工业生产中用氧化后的高温SO3混合气预热原料气(SO2及空气混合物)，已知：列管换热器的传热面积为180m2,原料气入口温度t1=300C,出口温度t2=430C.SO混合气入-四度=560C,两种流体的流量均为10000kg/h,热损失为原料气所得热量的6%,设两种气体的比热均可取为1.05kJ/kg,(两流体近似作为逆流处理)，求：1.SO3混合气的出口温度丁2；2.传热系数Kw.m-2.K-1。11SO 2【解】10000X1.05X(560丁2)=10000X1.05X(430300)X1.06得T二422.2C4 .在。120X5mm的蒸汽管外计划包一层保温材料，该保温材料导热系数为0.07w/(m.K)。设蒸汽管的内壁温度为110C,管壁导热系数为45w/(m.K)。要求保温层外壁温度不超过20C,每米蒸汽管的热损失控制在30w以下，试计算保温层至少有多厚。【解】按多层圆筒导热q1=(t一t3)/In(r2/1-1)/(2兀入1)+1n(r3/r2)/(2兀入2)将r2=0.06m,r1=0.055m,3=0.06+8入2=0.07w/(m-K),入1=45w/(m-K),q1=60w/mt1=110C,t3=20C代入上式600=(110-20)/(ln(0.06/0.055)/(2兀X45)+ln(r40.06)/(2兀X0.07)=90/(0.00031+(lnr3+2.813)/0.4398)解得r3=0.116m,8=0.116-0.06=0.056m=56mm(不计管壁热阻)5 .某一单管程单壳程列管换热器，列管规格为。25x2.5mm,管长3m,管数250根，管程走热气，流量5000kg/h,平均比热3.04kJ/(kg.K),进口温度500C；壳程走冷气,流量4000kg/h,平均比热3.14kJ/(kg.K),进口温度30Co逆流操作时，测得热气体的出口温度为200C,求总传热系数K(w.m-2.K-1)。【解】ms1Cp1(T1-T2)=ms2Cp2(t2-t1)=Qt2=5000X3.04X(500-200)/(4000X3.14)+30=393CQ=5000/3600X3.04X103(500-200)=1.26X106wA=n兀dl=250X兀X0.025X2=39m2tm=(500-393)+(200-30)/2=139CK=Q/(Atm)=1.26X106/(39X139)=6 .用单程管壳式换热器进行溶剂和某水溶液间的换热，其传热面积为8m2。流量为3600kg/h,比热为1.88kJ/(kg.K)的苯由80c冷却至50C,水溶液由20c被加热到30Co(忽略热损失)求传热系数K。【解】(1)由Q=K.Atm式求K其中：Q=m1.Cp1(Ti-T2)=3600/3600X1.88X103(80-50)=56400wAtm=(At1一At2)/In(At“At2)=(8030)(5020)/1n(80-30)/(50-20)=39.2C56400=KX9X39.2仅供个人参考得K=160.5w.m-2.K-17 .在一列管换热器内，用-15C的液氨蒸发来冷却空气。空气在换热器的簿壁列管内作湍流流动，由50c冷却到-5C,液氨侧的对流传热系数为1880w/m-2K-1,空气侧的对流传热系数为：46.4w.m-2.K-1。忽略管壁和污垢的热阻。求：(1)平均温度差；(2)总传热系数。【解】1)Atm=(40-(-15)-5-(-15)/1n(55/10)=26.4C2)1/K=1/46.4+1/1880K=45.4w.m-2.K-18.某厂一平壁炉的耐火醇厚度为0.211m,炉墙导热系数入=1.038w/(m.K)。其外用导热系数为0.07w/(m.K)的绝热材料保温。炉内壁温度为1000C,绝热层外壁温度为48C,如允许最大热损失量为950w.m-2。求：(1)绝热层的厚度；(2)耐火科与绝热层的分界处温度。【解】(1)q/A=(T1-T3)/(b1/入1+b2/入2)=(99048)/(0.211/1.038+b/0.07)=950得：b2=0.055m(2)q/A=(T1T2)/(b1/入1)=(990t2)/(0.211/1.038)=950得：T二795c9 .某一列管换热器由规格为()25x2.5mm长为1m的26根钢管组成。用120c饱和水蒸汽加热某冷液体，该液体走管内，进口温度为25C,比热为1.76J/(kg.K),流量为18600kg/h。管外蒸汽的冷凝传热系数为1.1X104w.m-2.K-1,管内对流传热热阻为管外蒸汽冷凝传热热阻的6倍。求冷液体的出口温度。(设换热器的热损失、管壁及两侧污垢热阻均可略去不计)【解】据题意RsiRso=0b/入=0do/(aidi)=6/a0Ko=1/(1/a0+dO/(aidi)=1/(1/a0+6/a0)=1.1X10/7=1571.43w.m-2.K-1A0=n兀d01=26X3.14X0.025X2=4.082mT1=120C-T2=120C(Ti=T2=T)t1=25Ct2=?CQ=wcCpc(t2t1)=KoAo(T-t1-T+t2)/In(T-t1)/(T-t2)18600/3600X1760)(t2-t1)=1571.43X4.082(t2-t1)/1n(T-t1)/(T-t2)In(T-t1)/(T-t2)=1571.43X4.082X3600/(18600X1760)=0.7054(T-t1)/(T-t2)=2.025120-25=2.025(120-t2)，t2=120-95/2.025=73.08C10 .有一个套管换热器，外管为(f)84X4mm,内管为()57X3.5mm的钢管，有效长度为50m。用120c的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油。蒸汽冷凝潜热为2205kJ/kg0已知油的流量为7200kg/h,密度为810kg.m-3,比热为2.2kJ/(kg.K),进口温度为30C,出口温度为80C。试求：(1)蒸汽用量；(不计热损失)(2)传热系数。【解】(1)蒸汽用量Q放=亚.r=2205XQ吸=W.Cp(t出一t人)=7200X2.2X(8030)=7.92X105kJ.h-1Q放=Q吸w=7.92X105/2205(2)传热系数的计算由Q=KAAtmAtm=(120-30)-(120-80)/ln(120-30)/(120-80)仅供个人参考=50/ln(90/40)=61.66CKi=Q/AiAtm=7.92X10/60X兀X(50/1000)X61.66=1363kJ.h-1.m-2.K-1=378.8(w.m-2.K-1)11 .在换热器中流量为2000kg/h的热水将流量为3000kg/h的冷水加热，热水进口温度=85,冷水进口温度t=15C,如要求将冷水加热到t2=40C,求采用并流和逆流时的平均温度差。(冷、热水的平均比热近似相等)。【解】GiC(T2)=GC(t211)2000(85T2)=3000(4015)得T二47.5C并流时85c47.5C15Cf35c7012.5At=(7012.5)/(In70/12.50)=33.4C逆流日85c47.5C35C15C5032.5At=(50+32.50)/2=41.25C12.60m3/h的空气在套管换热器的内管被加热到323K,内管规格为。57X3.5mm,试求管壁对空气的对流给热系数。已知：空气在定性温度t=323K时，物性数据如下：科=1.96x10-5Pa.s,入=2.826X10-2w/(m.K),Cp=1.017XkJ/(kg.K)【解】a=0.023(入/d)(dUp/(1)(Cpid人)-1U=Vs/A=8.49m.S-3p=W/V=PM/RT=2.19kg.ma=0.023X(2.826X10-2/(0.05)X0.05X8.49X2.19/1.96X10-50.8X1.017X103X1.96X10-5/2.826X10-20.4=62.27w.m-2.K-113.在列管换热器中，把氢氧化钠溶液从70c冷却到35C,氢氧化钠走管内，流量为2.22kg/s,比热为3770J/(kg.K),氢氧化钠对管壁的流传热系数为930w.m-2.K-1。现用15c的水作为冷却剂，水走管外，逆流操作，流量为1.67kg/s,比热为4180J/(kg.K),管壁对水的传热系数为1000w.m-2.K-1,(管壁热阻及垢阻略计，热损失为零，可近似按平壁处理)，求冷却剂出口温度及所需传热面积。【解】Q=GiCpi(Ti-T2)=忽略热损失，则Q=G2Cp2(t2-t1)即292929=1.67X4180(t2-15)得t2=57CAt1/At24.187(t-20)t=53.4Cq=(216/3600)2000(150-80)=8400wAtm=(96.6-60)/ln(96.6-60)=76.85C1/K=(1/1500)+(1/3500),K=1050w.m-2.K-1A=q/(k.Atm尸兀dll=8400/(1050X76.85XuX0.0225)=1.47m15. 在列管式换热器中用水冷却空气，水和空气逆流流动，水和空气的进口温度分别为20c及110C,在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45c及40C,使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38Co(热损失可以忽略不计)求(1)空气出口温度变为多少？(2)总传热系数为原来的多少倍？【解】(1)初期m1Cp1(110-40)=m2Cp2(45-20)=KAAtm一年后m1Cp1(110-T2)=m2Cp2(38-20)=KAAtm(110-T2)/(110-40)=(38-20)/(45-20)解得T2=59.6CAtm=(110-45)-(40-20)/ln(65/20)=38.2CAtm=(110-38)-(59.6-20)/ln(72/39.6)=54.2C(38-20)/(45-20)=(K/K)(54.2/38.2)解得K/K=0.50716. 一釜式反应器在100c恒温反应，用蛇管冷却器取走反应热，使其温度恒定。蛇管换热面积为A时，冷却水进口温度为20C,出口温度80Co假定冷水流量及进水温度不变，而得蛇管面积增大一倍，此时水的出口温度为多少？(假设传热系数不变)【解】Q1=KA1atm1=GCp(80-20)KA1(100-20)-(100-80)/ln(80/20)=GCp(80-20)KA1/(GCp)=ln(80/20)(1)Q=K.2A1Atm2=GCp(t2-20)2KA1(100-20)-(100-t2)/ln80/(100-t2)=GCp(t2-20)2KA1/GCp=ln80/(100-t2)(2)(2)/(1)得：21n(80/20)=ln80/(100-t2)t=95C17. 100C的水蒸汽被冷却水冷凝，冷凝潜热为2258.4kJ/kg,总传热系数2039w.m-2.K-1,换热器的传热面积为25.5m2,15c的冷却水以2.25x105kg/h的流量在管内流过，设总传热温差可以用算术平均值计算，求水蒸汽冷凝量kg/h?【解】Q=Gc-Cpc(t2-t1)=KAAtm,tm=(100-15)+(100-t2)/2=(185-t2)/2Q=2.25M054.18103中2-15)/3600=2039XI2.75(185-t2)/2不得用于商业用途仅供个人参考t2=23.1CQ=2039X12.75(185-23)/2=2105kwD=2105X3600/2258.4=3355kg.h-118. 某液体被河水从140c冷却至40C,液体处理量为7000kg/h(比热为2.3kJ/(kg.K),河水进口温度为20C,出口温度30C,采用逆流操作。若传热系数Ko=700w.m-2.K-1,热损失不计，试求：(1)冷却水的耗用量，以m3/h表示水的比热为4.18kJ/(kg.K),密度1000kg.m-3(2)现仓库有一台单程列管式换热器，内有()19X2mm的钢管60根，管长3m,试核算该换热器可否满足上述工艺要求？【解】Q=mh1Ao.此换热器可满足工艺要求19 .为了测定套管式甲苯冷却器的传热系数，测得实验数据如下：冷却器传热面积A=9m2,甲苯的流量为2000kg/h,由80c冷却到40C,甲苯的平均比热为1.84kJ/(kg.K)。冷却水从20c升高到30C,两流体呈逆流流动，求所测得的传热系数K为多少？若水的比热为4.18kJ/(kg.K),求水的流量。【解】热负荷Q=wheph(T1-T2)=2000/3600X1.84(8040)=40.9kwAt:804030-205020At=(50-20)/1n(50/20)=32.7CK=Q/(A8tm)=40.9X10/(7X32.7)=178w.m-2.K-1Q=WCCPC(t2-t1)Q二Q/cPC(t2-tj=40.9/4.18(3020)-1=0.978kg.s-1=3522kg.h20 .有一逆流热交换器，将1.5kg/s的苯从77c冷却至27C,苯的平均比热Cp为1.88kJ/(kg.K)。冷却水的进、出口温度分别为25c和47Co换热器采用425X2.5mm的钢管，水在管内，苯在管外，水和苯的传热分系数分别为“1=850w.m-2.K-1和“2=1700w.m-2.K-1。钢的导热系数入=49w/(m.K)。若忽略污垢的热阻，试求冷却水消耗量及管子的总长度。解】q=CpG(t211)=117.5KJ/S_-1W=117.5/4.187X(47-25)=1.276kg.SAt=(77-47)-(27-25)/ln(30/2)=10.34C1/K=1/51+1/a2+8/入不得用于商业用途仅供个人参考K=550.7w.m-2.K-12A=q/K.At=20.635mL=A/兀dm=292.1m21 .在厚度为240mm的砖墙内抹上10mm厚的砂浆，砖的导热系数为0.6W/(m.K),砂浆的导热系数为0.4W/(m.K)。若内外表面温度差保持为30K,求通过单位面积墙面的热流量。【解】此题是通过双层平壁的传热，设传热面积为1m2,则有：ctQ =曳.且A 2A300.240.01+0.6 1 0.4 1= 70.6W不得用于商业用途22 .燃烧炉的壁由一层耐火砖与一层普通科组成，两层厚度均为100mm,其导热系数为1.163W/(m?K)及0.5815W/(m?K)。当操作达到稳定后，测得炉内外表面的温度为700c和130C。为了减少热损失，在炉壁外表面增加一层导热系数为0.07W/(m?K)的氧化镁，测得稳定时的内外壁面温度为740c和90C,而热损失减少了2/3。求氧化镁层的厚度。【解】开始是通过双层平壁的导热，设导热面积为1m2,其传热Q1,为:-2209Wt-t2570二b1b2=01011A2A1.16310.58161增加氧化镁，成为三层平面壁的导热，因热损失减少了2/3,故传热量Q2为:Q2=1Q13二40。1-1-Q1-220933b3R3=ER-R1-R2=0.883-0.086-0.172=0.6253Ab3=R33A=23.170X5的蒸气管外包扎两层绝热材料，第一层厚25mm第二层厚40mm两层的导热系数分别为0.08W/(m.K)和0.04W/(m.K),蒸气管导热系数为58.15W/(m.K)。若管内壁为300C,绝热材料外表面为50Co试求每米管长热损失。【解】此为三层圆筒壁的稳定热传导，依题意：r1=0.080m,r2=0.085m,r3=0.110m,r4=0.150m匕叫2,可用算术平均值求每米管长的平均面积0.0800.0852Ami=2ttXx1=0.518m；：tbib2b3iAmi2Am23Am3同理可求：Am2=0.612m2Am3=0.816m2二 144W300-500.0050.0250.040+58.150.5180.080.6120.040.81624.50x3的钢管外包扎两层绝热材料，内、外厚度分别为25mnO40mm导热系数分别为0.08W/(m.K)及0.04W/(m.K)。若内层内表面及外层外表面的温度分别为275c及57C,求每米管长热损失及两绝热层界面之间的温度。【解】由于是稳定热传导，故每米管长的热损失可用两层绝热材料的传热量计算。已知：r1=0.025m,r2=0.050m,r3=0.090mAm1 =2 兀 m0.025 0.050221=0.2355mAm2 =2 兀 m0.050 0.09021=0.4396 m2275 -576,b2,1 Am, 2 Am120.0250.040+0.08 0.2355 0.04 0.4396= 60.5 W设界面温度为t,则有:275-t0.025= 60.50.080.2355解出：t=194.7oC25.水以1m/s的速度在中48X3.5的管内流动。水进管的温度为20C,出管温度为80Co求管壁对水的传热分系数。_1一【解】先求定性温度，tm=-(t1t2)=50C2水在50oC时的物性数据为：-0.54910Pas=0.647W/(mK)D=988kg/m3cp=4.174kJ/(kgK)Redu：0.041 1 988.10.549 10”= 7.38 104 104Pr=3.54(查表)管壁对水的传热分系数为二二0.023Re0.8Pr0.4=0.02347(7.38104)0.8(3.54)0.4=4719W/(m2K)d0.04126.水在套管热交换器的内管流动，流量为700kg/h,进口温度为20C,出口温度为50Co乙醇在套管环隙仅供个人参考流过，进口温度为78C,出口温度为30Co该条件下乙醇的导热系数为0.15W/(m.K),密度为752kg/mf,粘度为0.61X10-3N.s/m2,平均比热为2.8kJ/(kg.K).若热交换器的内管及外管尺寸分别为20X2.5及30X2.5,试求水及乙醇的传热分系数。设热损失为零。【解】先求水的传热分系数1水的定性温度tm=(2050)=35C235oC时水的物性数据需用内插法计算，以密度计算为例，水在30时的密度为995.7kg/m3,40C时密度为992.2kg/m3,故在35C时密度为：_35-4035-303=995.7992.2=994kg/m30-4040-30同样计算的：Cp=4.174103J/(kgK)0.72710Pas=0.626W/(mK)Pr=4.86w 700V =一二:3600 99443= 1.96 10 m /s1.96 10，= 1.1m/ sReji- d4J：20.0154_ du 口-m-0.015 1.1 9940.727 10 “ 4= 2.26 10不得用于商业用途WhCph(T1 -T2)wc 二Cpc(t2 -3)wrV = cP652.23600 752= 2.4 10“m3/s0.80.4_0.6264、0.80.42二二0.023RePr=0.023(2.2610)(4.86)=5491W/(mK)d0.015求乙醇的传热分系数乙醇的质量流量Wc可由热量衡算求出：whcDh(T1-T2)=wccDC(t2-t1)cpcpc3=652.2kg /h7004.17410(50-20)2.8103(78-30)二_22二_2_2.42A环=一(D内一d外)=一(0.025-0.02)=1.77父10m44V = 2.4 10A环 1.77 10“=1.36m/s流道尺寸需用传热当量直径de计算仅供个人参考de2,2、4M 内-d外)47rd外4 1.77 10 4二 0.02= 0.011mdeu：0.011 1.36 752Re = =30.61 10_4= 1.84 10Pr_ 3 _ 32.8 103 0.61 100.15= 11.39-0.8_0.3一0.15，一,_4、0.8,一一0.32.、:=0.023RePr=0.023-(1.8410)11.39=1676W/(mK)de0.01127 .用冷凝器将热流体从80c冷去口至40C,热流体流量为0.54kg/s,平均比热为1.38kJ/(kg.K),冷却水温度由30c升至45Co试求冷却器的热负荷及冷却水用量，不计热损失。【解】冷却器的热负荷可由热流体放热量计算：QL=whcph(T2-T1)=0.541.38(80-40)=29.8kW冷却水用量可由热量衡算计算:whcph(T2-T1)=wccph(t2-t1)whcph(T2-T1)29.8=0.475kg/s=1710kg/hc”(t2T)4.18(45-30)28 .苯在套管式冷却器内管内流动，流量为2000kg/h,温度从74c降至45Co冷却水在套管环隙内逆流流动，温度从25c升至40C。冷却器传热面积为2m,该条件下苯的平均比热为1.82kJ/(kg.K)。试求传热总系数K。【解】求传热系数K,需用传热基本方程Q=KAqm,传热速率可由热量衡算计算:-20003Q=wcp(t2-t1)1.82103(74-45)-29.3kWp3600(74-40)-(45-25)=26.4K,74-40ln45-25QK 二A tm一一一一 329.3 1032 25.42二 555W /(mK)29 .石油厂常利用渣油废热来加热原油。若渣油初温为300C,终温为200C;原油初温为25C,终温为175C。试分别计算并流和逆流时的平均温度差，并讨论计算结果。【解】两流体作并流流动渣油300200原油25175:t1=275t2=25不得用于商业用途不得用于商业用途in*：t22755.10400in经25两流体作逆流流动渣油300原油17520025”1=125.=175二ti畀.42tm11o(.：t1.：t2)=-(125175)=150C22由计算结果可知，当两流体的进、出口温度是确定值时。逆流流动时的平均温度差比并流大。30.反映器中有一个冷凝蛇管，内通冷却水。冷却水进、出口温度分别为为360K。若将蛇管长度增加一倍，设传热总系数不变，出口水温将为多少?【解】蛇管未加长时，有下列关系：280K及320K,KAtm=wcp.t=wcp(320-280)=40wCp蛇管加长后，设出口水温位t,则有K(2A).：tm=wcp(t-280)反应器内液体温度（2）(A)/(B)得-tm2；：tm40t-280：tm二3htm240而.，二（360一280）一（3602ln36360-tt-280,8c-in360-t= 57.7K，tm二(360-280)-(360-320)：m-,360-280in360-320代入（C）式得:国 57.780t-280.80-in360-t.ln4360-t-80-=1.38657.7仅供个人参考
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