第4章 傳熱過程 題解

1、4-1（多選題）傳熱的基本方式有（1） 熱傳導(dǎo)（2）熱輻射（3）熱交換（4） 對(duì)流傳熱4-2（多選題）關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)，以下說法中正確的是（1） 一般說來，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大于非金屬（2） 純銅的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)十倍于不銹鋼（3） 金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而下降（4） 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度無關(guān) 4-3（多選題）對(duì)于穩(wěn)態(tài)下的多層平壁熱傳導(dǎo)過程，以下說法中正確的是（1）溫差最大的那一層材料的導(dǎo)熱系數(shù)最?。?） 溫差最大的那一層熱阻最大（3）各層單位面積上傳遞的熱量均相同（4）各層上傳遞的熱量均相同 4-4（多選題）對(duì)于各層厚度相同的多層圓筒壁穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)過程，以下說法中正確的是（1） 溫差最大的那一層材料的導(dǎo)

2、熱系數(shù)最?。?） 溫差最大的那一層熱阻最大（3）各層單位面積上傳遞的熱量均相同（4）各層上傳遞的熱量均相同4-5（多選題）對(duì)于管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱，以下說法中正確的是（1） 在雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)相同的前提下，液體的給熱系數(shù)大于氣體（2）給熱系數(shù)隨溫度的升高而增大 （3）給熱系數(shù)隨雷諾數(shù)的增大而增大（4）給熱系數(shù)與管壁粗糙度無關(guān) 4-6（多選題）對(duì)于管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流傳熱，以下說法中正確的是（1） 直管的給熱系數(shù)大于彎管（2）湍流的給熱系數(shù)大于層流 （3） 短管的給熱系數(shù)大于長(zhǎng)管（4）異型管的給熱系數(shù)大于圓管 4-7計(jì)算管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流給熱系數(shù)時(shí)，定性溫度應(yīng)選?。?） 流體進(jìn)口溫度與壁面溫度的算術(shù)平均值（2）壁

3、面溫度（3）流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值（4）流體進(jìn)出口溫度的對(duì)數(shù)平均值 4-8（多選題）為提高水蒸汽冷凝的給熱系數(shù)，采取下列措施是有效的（1） 將垂直管改為水平管（2）降低水對(duì)冷凝面的浸潤(rùn)性（3）大幅度提高蒸汽流速（4）提高冷凝管表面粗糙度4-9（多選題）為提高液體沸騰的給熱系數(shù)，采取下列措施是有效的（1） 提高液體與壁面的溫度差（2）設(shè)法將膜狀沸騰變?yōu)楹藸罘序v（3）將光滑表面粗糙化（4）降低液體的表面張力 4-10在普通的管殼式換熱設(shè)備中，用飽和蒸氣冷凝來加熱輕油，管壁溫度大約是（1） 蒸汽與輕油進(jìn)口溫度的平均值（2）蒸汽與輕油出口溫度的平均值（3）與蒸汽溫度很接近（4）與輕油出口溫度很接近

4、 4-11 在普通的管殼式換熱設(shè)備中，用飽和蒸氣冷凝來加熱輕油，如果希望提高總傳熱系數(shù)K，應(yīng)采取的措施有（1） 將并流操作改為逆流操作（2）提高輕油在管程的流速（3）提高飽和蒸汽壓力（4）加大飽和蒸汽流量 4-12 （多選題）關(guān)于輻射傳熱，下列說法中正確的是（1） 輻射是能透過真空中的唯一傳熱方式（2）介于黑體和白體之間的物體為灰體（3）吸收率、反射率和透過率三者之和為一（4） 黑體的反射能力最強(qiáng)4-16 蒸發(fā)器內(nèi)，用中壓蒸汽蒸發(fā)某無機(jī)鹽溶液，此時(shí)理想狀態(tài)下的平均溫度差為：4-13 在有保溫的高溫管線的熱損失中，占主要部分的方式是（1） 輻射傳熱（2）對(duì)流傳熱（3）二者都有可能（4）二者都不是

5、 4-14 （多選題）用循環(huán)水冷卻200的高溫油品，選用下列哪種換熱器是不合適的？（1） 浮頭式換熱器（2）固定管板式換熱器（3） U型管式換熱器（4）空氣冷卻器 4-15 使用管殼式換熱器用中壓蒸汽加熱某高粘度流體，以下哪種安排比較合適？（1） 蒸汽走管程，被加熱流體走殼程（2） 被加熱流體走管程，蒸汽走殼程（3） 上述二者差別不大（4）管殼式換熱器根本不能用（1）蒸汽進(jìn)出口溫度差（2）溶液進(jìn)出口溫度差（3） 蒸汽與溶液的進(jìn)出口對(duì)數(shù)平均溫差（4）蒸汽與溶液的溫度差 4-17 某爐壁由下列三種材料組成：耐火磚1=1.4W.m-1-1,1=240mm，保溫磚2=0.15W.m-1-1,2=120

6、mm，建筑磚3=0.8W.m-1-1,3=240mm，若其內(nèi)部溫度t1=900，外壁溫度t4=80，求單位面積的熱損失及保溫磚和建筑磚之間縫隙處的溫度。CtttmWqmWRttbttqoniinniiin5 .2739 .6448 . 024. 080.9 .6448 . 024. 015. 012. 04 . 124. 080900.33322111111設(shè)縫隙處的溫度為解4-17 4-18 蒸汽管道外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同的絕熱層，設(shè)外層的平均直徑為內(nèi)層的兩倍，其導(dǎo)熱系數(shù)為內(nèi)層的二分之一。若將兩層材料位置互換，而假定其它條件不變，試問每米管長(zhǎng)的熱損失將改變多少？（設(shè)改變前后管道內(nèi)

7、外壁溫度不變） 20%8 . 05 . 22215 . 0125 . 0225 . 0121111112211211111122111111即互換后熱損失減少Q(mào)QldbtldbldbtldbldbtQldbtldbldbtldbldbtQWAbttQniiin解4-18 4-19 某單程管殼式蒸汽冷凝器內(nèi)管為100根252.5mm鋼管，管長(zhǎng)2m。冷卻水在管內(nèi)的流速為1m.s-1，冷卻水的進(jìn)口溫度為20，出口溫度為50，求管壁對(duì)水的膜系數(shù)。（水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)為=997kg.m-3，CP=4.174kJ.kg-1K-1，=0.6257W.m-1K-1，=0.7225mPas） 124 .

8、08 . 048 . 01111334331.482082. 41076. 202. 06257. 0023. 04 . 0PrRe023. 082. 4.6257. 0.10174. 4107225. 0Pr1076. 2107225. 0.997.102. 0Re3525020KmWndKmWKkgJPasCPasmkgsmmduCnpo取水被加熱，湍流定性溫度解4-19 4-20 如果將上述冷凝器改為雙管程，而水流量不變，管壁對(duì)水的膜系數(shù)為多少？（假設(shè)忽略水的物性隨水出口溫度的改變）128 . 0218 . 08 . 018 . 0228 . 01112.8392482022PrRe20

9、23. 0PrRe023. 0PrRe023. 082. 4PrRe2ReKmWdddnnn倍改為雙程后流速增加一解4-20 4-21 列管式換熱器，由50根252.5mm鋼管組成，管長(zhǎng)為2m。 CO2在管程流動(dòng)，i=50W.m-2K-1，冷卻水在殼程流動(dòng)，o=2500W.m-2K-1。管內(nèi)外均為強(qiáng)制湍流。管壁導(dǎo)熱系數(shù)取45W.m-1K-1，污垢熱阻RO=0.5810-3m2K.W-1，Ri=0.510-3 m2K.W-1。求： (1) Ko，Ki； (2) CO2流速增大一倍，Ko增加多少？ (3) i增大一倍，Ko增加多少？ (4) o增大一倍，Ko增加多少？9 .4620255 .37

10、:.9 .46025. 0020. 025001025. 0020. 01058. 00225. 0020. 0450025. 0105 . 05011111.5 .37250011058. 00225. 0020. 0450025. 0020. 0025. 0105 . 0020. 0025. 05011111 ) 1 (123312o33ooiiiioiooiomiiiiooomoioiioioAKAKKmWKKddddRddbRKKmWKKRddbddRddK驗(yàn)解4-21%7 .66%1005 .375 .375 .62.5 .62111.05.8750741. 1741. 12ReRe

11、, )2(12128 . 08 . 08 . 02oooooomiioiioioiiiKKKKmWKRddbddRddKKmWuuCO流速增加一倍%53. 0%1005 .375 .377 .37.7 .37.500025002 2)4(%8 .87%1005 .375 .374 .70.4 .70.100502 2)3( 12 12 12 12 oooooooooooiiiKKKKmWKKmWKKKKmWKKmW 4-22 一套管換熱器，用196kPa水蒸汽加熱某料液，料液在542mm的管道中流動(dòng)，蒸汽在管外冷凝，已知料液進(jìn)口溫度為30，出口溫度為60，流量為4000kg.hr-1，已知料液

12、對(duì)管壁的傳熱系數(shù)為500W.m-2-1，蒸汽對(duì)管壁的傳熱系數(shù)為10000W.m-2-1，管內(nèi)壁的污垢熱阻為0.0004m2K.W-1，忽略管壁及管外污垢的熱阻，則： （1）換熱面積多大？ （2）管壁平均溫度為多少 （3）若蒸汽改為150kPa，料液出口溫度為多少 已知：196kPa時(shí)水蒸汽飽和溫度為120，150kPa時(shí)水蒸汽飽和溫度為109，料液的定壓比熱容Cp=1.9kJ.kg-1K-1，水蒸汽汽化潛熱2200kJ.kg-1，改變條件后認(rèn)為液體物性不變，傳熱系數(shù)不變。 21121213. 20 .742 .40136001000228000.22800030609 . 140000 .74

13、6012030120ln6012030120.2 .401054. 01000005. 00004. 050011111mAAtAKQhrkJttWCQCtKmWKddRKiimiiPmioioiii面積為：以管內(nèi)徑為基準(zhǔn)的傳熱總傳熱方程：總傳熱量：解4-22 CtttAtAKtAKQtAQCCtKmWKWWooomiimiiooomi25.1171201054. 0100000 .74105. 02 .4011200 .74.2 .401212給料液的熱量相同。給管壁的熱量與蒸汽傳，穩(wěn)定狀態(tài)下，蒸汽傳由總傳熱速率方程的傳熱量殼程水蒸汽到管壁之間壁溫也近似于常數(shù)數(shù)遠(yuǎn)大于管內(nèi)，而且，管外的給熱系

14、，溫度恒為由于管外壁為蒸汽冷凝 CttttttttKAtKAQQtWCptWCpQQtQkPamm33.5610979ln74300 .7410930109ln109301093060300 .7410930109ln109301093060303060301503同變與傳熱速率的改變相變化前后總換熱量的改又由傳熱速率方程，出口溫度為設(shè)改變后總換熱量為發(fā)生變化。蒸汽加熱，總換熱量將用 4-23 某生產(chǎn)過程中需用冷卻水將油從105冷卻至70，已知油的流量為6000kg.hr-1，水的初溫為22，流量為2000kg.hr-1?，F(xiàn)有一傳熱面積為10m2的套管換熱器，問在下列兩種流動(dòng)形式下，換熱器能否

15、滿足要求。 （1）兩流體呈逆流流動(dòng)； （2）兩流體呈并流流動(dòng)。 （3）要完成此生產(chǎn)任務(wù)，冷卻水進(jìn)口的最高允許溫度是多少？ 設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)在兩種情況相同，均為300W.m-2K-1；油和水的平均比熱容分別為1.9kJ.kg-1K-1和4.17kJ.kg-1K-1，熱損失可以忽略。 器不能滿足要求。有換熱面積，現(xiàn)有換熱需要的換熱面積大于現(xiàn)或者不滿足要求滿足要求荷生產(chǎn)要求的換熱器熱負(fù)并并并并水并水逆并并并逆逆逆水油水水油油水2111188.271000/3600251431001000/360025.131030025.1384.697022105ln84.69702

16、2105.4455001000/360025.411030025.41227084.69105ln227084.6910584.69.3990002217. 42000.399000701059 . 16000:mAAtKAQQQQQhrkJtKAQthrkJtKAQtCthrkJQttCWQhrkJtCWQmmmmmoutoutPP解4-23 。意為可以將油冷卻到可以滿足要求逆流時(shí)CTCWCpQTTWtTWCpQRNTURRNTU1 .68701 .683167101683. 1105101683. 12210523176076. 06076. 0)7316. 01 (295. 1exp73

17、16. 01)7316. 01 (295. 1exp1)1 ()(exp1)1 ()(exp125max12511min 295. 12317103007316. 031672317.3600/109 . 16000.3600/1017. 42000min1313maxminWCpKANTUKWKWWCpWCpRNTU傳熱單元數(shù)熱容比法求解用 。只能將油冷卻到不滿足要求并流時(shí)CTCWCpQTTWtTWCpQRRNTU6 .73706 .73316710993. 010510993. 02210523175162. 05162. 07316. 01)7316. 01 (295. 1exp11)1

18、 ()(exp125max12511min CxCxxxxtCxCthrkJttKAQCthrkJQttCWQhrkJtCWQmmmmPP27.2694.367084.47105ln7084.4710594.36.3990001000/36001030084.47.39900017. 42000.399000701059 . 16000:111逆逆逆逆逆水油水水油油設(shè)水進(jìn)口溫度為荷生產(chǎn)要求的換熱器熱負(fù)水 4-24 80熱水在管道流動(dòng)中自然冷卻，環(huán)境溫度為15，若距管道入口100米處的溫度為40，距管道入口50米處的溫度為多少？ CttttDKWCpttDKtWCpDKWCpDKWCptKATW

19、CpQm3 .551565256511565ln502565ln1001565ln50151580ln15158050802565ln10015401580ln1540158010040802222222解得解4-24 4-25 一雙管程列管換熱器中，殼側(cè)飽和水蒸汽加熱管內(nèi)空氣，110的飽和水蒸汽冷凝成同溫度的水，將空氣由20加熱至80。則換熱器第一管程出口溫度為多少？ %3720805880%6320802058582700110120110110ln11080110ln20110110ln2011011011080110ln110801102080:20:80,20800212021212

20、22111第二管程完成換熱量第一管程完成換熱量有設(shè)所求的溫度為溫度差決定。承擔(dān)的比例由兩個(gè)平均和第二管程完成，各自全部換熱量由第一管程，默認(rèn)條件CxxxxxxxxxxTTxxCxAAKKTAKTAKWCpmmmm解4-25 4-26 容積為2.5升的保溫瓶?jī)?nèi)裝滿95熱水，鍍銀壁的黑度=0.02，環(huán)境溫度25，保溫瓶外表面積為0.1m2，并假設(shè)瓶蓋絕熱。求經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間水溫降到80。水的密度以1000kg.m-3計(jì)，比熱容為4200J.kg-1K-1 提示:axarctgaxaxaaxdxln2121344 WdtdTdtdTdtdTmCpQWTTQTTACQ4441144121122121424

21、1012121005. 142005 . 215.29810727. 510015.2732510067. 51 . 00101. 00101. 0102. 0102. 01111111100100，內(nèi)膽完全被外膽包圍輻射小，視為無限大平板間輻射傳熱。由于縫隙很保溫瓶夾層為真空，靠解4-26 弧度角度注約以上兩式相等8901. 03602997.50997.502348. 115.29815.368:85103063. 002046. 04716. 22532. 22110452. 315.29815.35315.29815.36815.29815.35315.29815.353ln15.29815.36815.29815.368ln2115.29821083. 115.29815.298115.29815.298ln15.2982115.29821083. 115.298115.298115.29821083. 115.29815.298