化工原理習題熱量傳遞答案

1、化工原理習題 第二部分 熱量傳遞一、填空題：1 .某大型化工容器的外層包上隔熱層，以減少熱損失,若容器外表溫度為500, 而環(huán)境溫度為20,采用某隔熱材料，其厚度為240mm，入=0.57w/m.K,此時單 位面積的熱損失為 1140w 。（注:大型容器可視為平壁）2 .牛頓冷卻定律的表達式為q=aAt ,給熱系數(shù)（或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)）a的單位是 _ w/m2.K 。3 .某并流操作的間壁式換熱器中，熱流體的進出口溫度為90和50c冷流體的 進出口溫度為30和40c此時傳熱平均溫度差At=27.9K 。4 .某并流操作的間壁式換熱器中，熱流體的進出口溫度為90和50,冷流體 的進出口溫度為15和3

2、0,此時傳熱平均溫度差At=41.6K。5 .熱量傳遞的方式主要有三種：.熱傳導 、 熱對流 、熱輻射 。6 .對流傳熱中的努塞特準數(shù)式是 Nu =al/人. ，它反映了對流傳 熱過程幾何尺寸對a的影響。7 .穩(wěn)定熱傳導是指傳熱系統(tǒng)中各點的溫度僅隨位置變不隨時間而改變。8 .兩流體的間壁換熱過程中，計算式Q=a.A.t, A表示為a 一側(cè)的換熱壁 面面積 。9 .在兩流體通過圓筒間壁換熱過程中，計算式Q=K.A.At中，A表示為 A泛指傳熱面，與K相對應 。10 兩流體進行傳熱,冷流體從10升到30,熱流體從80降到60,當它們逆 流流動時，平均傳熱溫差Atm=50,當并流時，Atm二11 .

3、2。10 .冷、熱氣體在間壁換熱器中換熱，熱氣體進口溫度1 = 400,出口溫度1 為200,冷氣體進口溫度1=50,兩股氣體的質(zhì)量流量相同，物性數(shù)據(jù)可視為相同, 若不計熱損失時，冷氣體出口溫度為250；若熱損失為5%時，冷氣體出口溫度為240 。11 .一列管換熱器，列管規(guī)格為“38X3,管長4m,管數(shù)127根，則外表面積 F=F1=127X4nX0.038=60.6m2, 而以 內(nèi)表面 積計的 傳熱面積FF2=127X4nX0.032=51.1m2。12 .當水在圓形直管內(nèi)作無相變強制湍流對流傳熱時，若僅將其流速提高1倍， 則其對流傳熱系數(shù)可變?yōu)樵瓉淼? 倍。13 .在傳熱實驗中用飽和水蒸

4、汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近于 空氣 側(cè)的 對流傳熱系數(shù)，而壁溫接近于飽和水蒸汽側(cè)流體的溫度值。14 .熱傳導的基本定律是傅立葉定律。間壁換熱器中總傳熱系數(shù)的數(shù)值接近于 熱阻 大 （大、?。┮粋?cè)值。間壁換熱器管壁溫凰 接近于a值 大 （大、 W小）一側(cè)的流體溫度。由多層等厚平壁構(gòu)成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數(shù)愈 小，則該壁面的熱阻愈大 （大、?。鋬蓚?cè)的溫差愈 大 （大、小）。15 .由多層等厚平壁構(gòu)成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數(shù)愈大，則該壁面的 熱阻愈 小 ，其兩側(cè)的溫差愈 小 。16 .在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在滯離層內(nèi)（或熱邊界層內(nèi)），減少熱阻的最有效措施是提高流

5、體湍動程度。17 .消除列管式換熱器溫差應力常用的方法有三種，即在殼體上加膨脹節(jié)、 采用浮頭式 或 U管式結(jié)構(gòu)；翅片管換熱器安裝翅片的目的是 增加面積， 增強流體的湍動程度以提高傳熱系數(shù)。18 .厚度不同的三種材料構(gòu)成三層平壁，各層接觸良好，已知、>2>2,導熱系數(shù) 入人<乙，在穩(wěn)定傳熱過程中，各層的熱阻I >R2> R3,各層導熱速率%=Q2 =Q。319 .傳熱的基本方式有傳導、 對流 和輻射三種。熱傳導的基本定律是 傅立葉定律，其表達式為dQ= -ds ± _。d n20 .水在管內(nèi)作湍流流動，若使流速提高到原來的2倍，則其對流傳熱系數(shù)約為 原來的

6、倍；管徑改為原來的1/2而流量相同，則其對流傳熱系數(shù)約為 原來的 3.48 倍。（設條件改變后仍在湍流范圍）21 .導熱系數(shù)的單位為 W/（m），對流傳熱系數(shù)的單位為W/（m2），總傳熱系數(shù)的單位為W/ （m2）。22 .在設計列管式換熱器時，設置 折流擋板，以提高殼程的傳熱系數(shù)，設置2 管程，以提高管程的傳熱系數(shù)。如該換熱器用水蒸氣冷凝來加熱原油，那么水 蒸氣應在殼程程流動。二、選擇題：1 .間壁傳熱時，各層的溫度降與各相應層的熱阻（A ）A.成正比 B.成反比 C.沒關(guān)系2 .有一列管換熱器，用飽和水蒸汽（溫度為120 ）將管內(nèi)一定流量的氫氧化 鈉溶液由20加熱到80,該換熱器的平均傳熱溫

7、度差八10為（B ）。A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln53 .通過三層平壁的定態(tài)熱傳導過程，各層界面接觸均勻，第一層兩側(cè)面溫度分 別為120和80,第二層外表面溫度為40,則第一層熱阻R與第二、三層 熱阻R2、R的大小關(guān)系為 C 。A. R1> R2+R3B. R1< R2+R3C.R1=R2+R3D.無法確定4 .在設計固定管板式列管換熱器時，危險性大有毒、易燃易爆、強腐蝕性的 流體應走 B。A.殼程 B.管程 C.殼程和管程均無5 .某一套管換熱器，管間用飽和水蒸氣加熱管內(nèi)空氣（空氣在管內(nèi)作湍流流動）， 使空氣溫度由20升至80,現(xiàn)需空氣

8、流量增加為原來的2倍，若要保持空氣 進出口溫度不變，則此時的傳熱溫差應為原來的A 倍。A 1.149 B 1.74 C 2D 不定6 . 一定流量的液體在一 *25X2.5mm的直管內(nèi)作湍流流動，其對流傳熱系數(shù) ai=1000W/m2；如流量與物性都不變，改用一。19X2mm的直管，則其a將變?yōu)?D。A 1259B 1496 C 1585D 16787 .對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準數(shù)是表示的準數(shù)。A對流傳熱B流動狀態(tài)C物性影響D自然對流影響8 .在蒸氣一空氣間壁換熱過程中，為強化傳熱，下列方案中的在工程上 可行。A提高蒸氣流速B提高空氣流速C采用過熱蒸氣以提高蒸氣溫度 D在蒸氣一側(cè)管壁加裝翅

9、片，增加冷凝面積9 .將1500 kg/h , 80的硝基苯通過換熱器冷卻到40,冷卻水初溫為30,出口溫度不超過35,硝基苯比熱為1.38kJ/kg.K ，則換熱器的熱負荷為（B ）。A. 19800 kJ.h ; B. 82800 kJ.h ; C. 82800 kw;10 .對流傳熱是由（C ）因素產(chǎn)生的。A.流體分子的熱振動； B.流體體內(nèi)電子的移動；C.流體質(zhì)點的位移、擾動。11 .法定計量單位中，屬于國際熱量計算單位的是（C ）。A. kw; B. kcal; C. J12 .熱量傳遞的基本方式是（D ）。A.恒溫傳熱和穩(wěn)態(tài)變溫傳熱；B.導熱給熱和熱交換；C.氣化、冷凝與冷卻；D.

10、傳導傳熱、對流傳熱與輻射傳熱13 .在比較多的情況下，尤其是液一液熱交換過程中，熱阻通常較小可以忽略 不計的是（D ）。A.熱流體的熱阻；B.冷流體的熱阻；C.冷熱兩種流體的熱阻； D.金屬壁的熱阻。14 .公式q = KAAtm中，Atm的物理意義是（B ）。A.器壁內(nèi)外壁面的溫度差；B.器壁兩側(cè)流體對數(shù)平均溫度差；C.流體進出口的溫度差；D.器壁與流體的溫度差。15 .湍流流體與器壁間的對流傳熱（即給熱過程）其熱阻主要存在于（C ）。A.流體內(nèi)； B.器壁內(nèi)；C.湍流體滯流內(nèi)層中；D.流體湍流區(qū)域內(nèi)。16 .對一臺正在工作的列管式換熱器，已知a =116w/m.K a. = 11600 w

11、/m.K要提高傳熱系數(shù)（K）,最簡單有效的途徑是（A ）。A.設法增大ao ；B.設法增大a i ;C.同時增大ao 和 aio17 .用飽和水蒸汽加熱空氣時，傳熱管的壁溫接近（A ）A.蒸汽的溫度；B.空氣的出口溫度；C.空氣進、出口平均溫度18 .在間壁式換熱器內(nèi)用飽和水蒸汽加熱空氣，此過程的總傳熱系數(shù)K值接近于A. a蒸汽 B. a空氣 C. a蒸汽與a空氣的平均值19 .對流傳熱僅發(fā)生在（C ）中。A.固體 B.靜止的流體 C.流動的流體20 .冷熱流體在換熱器中進行無相變逆流傳熱，換熱器用久后形成垢層，在同樣 的操作條件下，與無垢層相比，結(jié)垢后的換熱器的K B ，t A 。A.變大

12、B.變小 C.不變 D.不確定21 .某兩流體在套管換熱器中進行逆流換熱（無相變），今使熱流體進口溫度降低，而其他條件不變，則熱流體出口溫度B，平均推動力T B 。A.上升 B.下降 C.不變 D.不確定22穩(wěn)定的多層平壁的導熱中，某層的熱阻愈大，則該層的溫度差（A ）。A.愈大 B.愈小 C.不變23 .流體與固體壁面間的對流傳熱，當熱量通過滯流內(nèi)層時，主要是以（A ） 方式進行的。A.熱傳導 B.對流傳熱C.熱輻射24 .當殼體和管束之間溫度大于50時，考慮熱補償，列管換熱器應選用（B）A.固定管板式B.浮頭式 C.套管式25 .強化傳熱的主要途徑是（B ）。A.增大傳熱面積 B.提高K值

13、 C.提高Atm26 .物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的 熱運動而引起的熱量傳遞稱為（A ）。A熱傳導；B熱傳遞；C熱放射；D熱流動。27 .流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為（A ）。A對流；B流動；C傳遞；D透熱。28 .因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱為（D ）。A熱傳導；B熱傳遞；C熱放射；D熱輻射。29 .在管殼式換熱器中，不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，因為管內(nèi)（A ）。A清洗比較方便；B流速較快；C流通面積小；D易于傳熱。30 .在管殼式換熱器中，腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免（A ）,而且管子也便于清洗和檢修。A殼體和管子同時受

14、腐蝕；B流速過快；C流通面積過?。籇傳熱過多。31 .在管殼式換熱器中，壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免（A ）,可節(jié)省殼程金屬消耗量。A殼體受壓；B流速過快；C流通面積過?。籇傳熱過多。32 .在管殼式換熱器中，飽和蒸氣宜走管間，以便于（A ）,且蒸氣較潔凈， 它對清洗無要求。A及時排除冷凝液；B流速不太快；C流通面積不太?。籇傳熱不過多。33 .在管殼式換熱器中，有毒流體宜走管內(nèi)，使（A ）。A泄漏機會較少；B流速很快；C流通面積變?。籇傳熱增多。34 .在管殼式換熱器中，被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用， （A ）。A以增強冷卻效果；B以免流速過快；C以免流通面積過?。籇以免傳熱

15、 過多。35 .在管殼式換熱器中，粘度大的液體或流量較小的流體宜走（ B ）,因 流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re >100）下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。A管內(nèi)；B管間；C管徑；D管軸。36 .在管殼式換熱器中安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的（C ）, 使湍動程度加劇，以提高殼程對流傳熱系數(shù)。A粘度；B密度；C速度；D高度。37 .當換熱器中冷熱流體的進出口溫度一定時，判斷下面的說法哪一個是錯誤的 （ B ）。A逆流時，Atm一定大于并流、錯流或折流時的Atm；B采用逆流操作時可以節(jié)約熱流體（或冷流體）的用量；C采用逆流操作可以減少

16、所需的傳熱面積；D溫度差校正系數(shù)a t的大小反映了流體流向接近逆流的程度。38 .對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準數(shù)是表示的準數(shù)。A對流傳熱B流動狀態(tài)C物性影響D自然對流影響39 .在蒸氣一空氣間壁換熱過程中，為強化傳熱，下列方案中的B_在工程上可 行。A提高蒸氣流速 B提高空氣流速C采用過熱蒸氣以提高蒸氣溫度 D 在蒸氣一側(cè)管壁加裝翅片，增加冷凝面積40 .冷熱流體在換熱器中進行無相變逆流傳熱，換熱器用久后形成垢層，在同樣 的操作條件下，與無垢層相比，結(jié)垢后的換熱器的K B ,t A 。A.變大 B.變小 C.不變 D.不確定41 .某兩流體在套管換熱器中進行逆流換熱（無相變），今使熱流體進口溫

17、度降低，而其他條件不變，則熱流體出口溫度 B，平均推動力、 B 。A.上升 B.下降 C.不變 D.不確定三、判斷題：1 .凡穩(wěn)定的圓筒壁傳熱，熱通量為常數(shù)。（義）2 .傳導和對流傳熱的傳熱速率與溫度的一次方之差成正比，而輻射的傳熱速率與 溫度的四次方之差成正比。（J ）3 .凡穩(wěn)態(tài)的園筒壁傳熱過程，單位時間單位面積所傳遞的熱量相等。（義）4 .熱量傳遞過程的規(guī)律與流體流動過程相似，流速越大，則其過程的阻力越大。（義）5 .當保溫材料的厚度加大時，內(nèi)外壁面的總溫度差增大，總的熱阻也增大，總推 動力與總阻力之比為定值，即導熱速率不變。（義）6 .多層平壁導熱過程中，傳熱總推動力為各壁面溫度差之和

18、。（J ）7 .無相變的折，錯流換熱器，其平均溫度差At都比逆流時為小。（ J ）8 .換熱器的導熱管，應選用導熱系數(shù)值大的材料。（J ）9 .導熱系數(shù)是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)（J ）,10 .在列管換熱器管間裝設了兩塊橫向折流檔板，則該換熱器變成為雙殼程的換 熱器（義）11 .在穩(wěn)定的多層平壁導熱中，若某層的熱阻較大，則這層的導熱溫度差就較?。╔ ）.12 .在對流傳熱中，傳熱管壁的溫度接近a值小的哪一側(cè)流體的溫度（X ）.13 .對于問壁兩側(cè)流體穩(wěn)定變溫傳熱來說，載熱體的消耗量逆流時大于并流時的用量。（X ）14 .列管式熱交換器內(nèi)用飽和水蒸汽加熱管程的空氣，為提高換熱器的K值，在 管外裝設折

19、流擋板。（X ）15 .蛇管換熱器是屬于間壁式換熱器的一種（J ）16 .列管換熱器采用多管程的目的是提高管內(nèi)流體的對流傳熱系數(shù)a（ J ）17 .維持膜狀沸騰操作，可獲得較大的沸騰傳熱系數(shù)。（X ）18 .為了提高間壁式換熱器的傳熱系數(shù)K值，必須設法提高a值大的那一側(cè)流體 的對流傳熱系數(shù)。（X ）19 .強化傳熱的途徑主要是增大傳熱面積（X ）20 .付立葉定律適用于流體與壁面間的傳熱計算。（X ）四、簡答題：1 .在化工生產(chǎn)中，傳熱有哪些要求？傳熱一般有兩方面的要求：(1)、盡量使傳熱情況良好,即要求高的傳熱效率，以減少設備尺寸；(2)、盡量避免傳熱，即保溫或保冷。2 .傳導傳熱,對流傳熱

20、和輻射傳熱,三者之間有何不同？傳導熱是固體或靜止流體的分子運動或分子振動傳遞熱量。對流傳熱則是流 體質(zhì)點發(fā)生相對位移來傳遞熱量，輻射傳熱是高溫物體以電磁波形式向空間發(fā) 射能量來傳遞熱量。3 .試述對流傳熱的機理？熱流體流過管道時，在湍流主體中，流體劇烈攏動，形成漩渦，使質(zhì)點強烈 混合而交換熱量，溫度較均勻，幾乎不存在溫度梯度；但在緊靠管壁，有一層很 薄的作層流流動的流體層(層流底層)，在這層薄層內(nèi)，熱量傳遞以導熱方式進 行，從微觀上言，是靠分子傳遞。由于流體的導熱系數(shù)很小，故熱阻絲要集中層 流底層內(nèi)。對管內(nèi)層流流動，熱量傳遞也是主要靠導熱。但由于溫度存在(軸向 的，徑向的)，有密度差，會引起質(zhì)

21、點的對流，比較復雜。4 .強化傳熱過程應采取哪些途徑？根據(jù)q=K.A.t方程，指任一個K、A、4t都能提高強化傳熱(1)增加傳熱面積，如在管內(nèi)外壁裝上翅片，采用螺旋管或粗糙管代替光滑 管；(2)增大傳熱溫差4土可采用逆流操作，因為當T ,T ,t ,t四個溫 度一定時，逆流傳熱溫差4土最大；(3)提高傳熱系數(shù)K由K=1/ (1/a+1/a+2(5 /人)提高a 、a 降低5 ，都能強化傳熱,要提高a由單層改為多層，或在 殼程中增設檔板，對于蛇管中，加入攪拌裝置或在蛇管圈中增設杯狀物(強化圈) 在列管換熱器中可,還可采用導熱系數(shù)大的流體作載熱體。5 .傳熱有哪幾種方法？各有何特點？試就鍋爐墻的傳

22、熱分析其屬哪些傳熱方式？傳導、對流、輻射導熱一一分子原位振動，電子定向流動。對流一一流體質(zhì)點流動與混合。鍋爐壁為導熱，外壁對煙氣為對流，火焰和爐墻的熱輻射。6 .為什么工業(yè)換熱器的冷、熱流體的流向大多采用逆流操作？操作可以獲得較大的平均傳熱溫度差，從傳遞相同熱負荷言，須較小的傳熱 面積，節(jié)省設備費用。此外，逆流熱流體出口溫度T可接近冷流流體進口溫度t， 對相同熱負荷言，需加熱劑少；同樣，就冷流體而言，逆流體出口溫度士可接近 熱流體進口溫度1，對相同熱負荷言，需要冷卻劑少，故對逆流就加熱劑或冷卻 劑用量考慮，逆流操作費小。7 .什么是穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱？在傳熱過程中，傳熱面上各點的溫度不隨時間

23、變化，稱為穩(wěn)定傳熱。穩(wěn)定傳 熱時，傳熱速率為定值。反之，若傳熱面上各的溫度隨時間而變，則為不穩(wěn)定傳熱。不穩(wěn)定傳熱時， 傳熱速率也隨時間而變。8 .導熱系數(shù)受哪些因素影響？現(xiàn)有建筑磚(P=1800kg.m-3)和煤灰磚(p=700 kg.m-3)兩種材料，哪種保溫性能好？組成：純物質(zhì)的導熱系數(shù)好；結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)致緊、密度大的材料導熱系數(shù)大；溫度：一般溫度升高，非金屬固體導熱系數(shù)增大。煤灰磚的保溫性能好。9 .說明流體流動類型對給熱系數(shù)的影響。流體為層流時，傳熱是以導熱方式進行的。則此時給熱系數(shù)較小。當為湍流 時，傳熱是以對流方式進行的，此時給熱系數(shù)增大。所以流體的傳熱，多在湍流 情況下進行。10 .

24、給熱系數(shù)受哪些因素影響？流動類型：湍流時的給熱系數(shù)大。流體的物性：粘度口、密度P、比熱Cp, 導熱系數(shù)人均對給熱系數(shù)有影響。傳熱面的形狀、大小和位置：管子的排列、 折流都是為了提高給熱系數(shù)。流體的對流情況，強制對流比自然對流的給熱系數(shù) 大，流體在傳熱過程有無相變，有相變a大。11 .說明列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)。由殼體、管束、管板、封頭等組成。12 .換熱器的散熱損失是如何產(chǎn)生的？應如何來減少此熱損失？由于換熱器外壁面溫度往往高于周圍外界空氣的溫度，外壁面不斷通過對流 和輻射傳將熱量傳給換熱器周圍的空氣而散失，即產(chǎn)生散熱損失。為了減少散熱 損失，一般在換熱器外壁面上包上一層（或兩層）導熱系數(shù)較小

25、的絕熱材料（或 不同的兩種導熱系數(shù)較小的絕熱材料），使傳熱熱阻增大，外壁面溫度降低，從 而減小了散熱損失。13 .列管換熱器由哪幾個基本部分組成？各起什么作用？主要由殼體、管束、管板和頂蓋（又稱封頭）等基部分組成。殼體和管束作 為冷熱兩流體的流動空間，通過管壁進行換熱。管束安裝在管板上，通過管板使 管束與殼體連成一體。頂蓋（封頭）上有管程流體進出口，且有分程、密封，封 頭可拆卸，便于管子清洗等作用。14 .當間壁兩側(cè)流體穩(wěn)定變溫傳熱時，工程上為何常采用逆流操作？并簡要定性 分析主要原因。因為逆流操作有較高的經(jīng)濟效益。主要原因可由以下兩方面分析：（1）當T 、T 、t 、t四個溫度一定時，逆流操

26、作的At比其它流向大。 根據(jù)：Q=KAt ，當K、A 一定時，At t則Qt,對現(xiàn)有的換熱器來說，可提 高生產(chǎn)能力。當Q、K 一定時，At t則Al,對生產(chǎn)能力要求一定時，新設計 制造換熱器由于A較小，設備尺寸可減小，節(jié)省投資費。（2） 一般逆流操作的正常操作費比其它流向要少。逆流操作時，載熱體用量比 其它流向的要小，降低能耗，提高了經(jīng)濟效益。15 .各種傳熱方式相比較，熱傳導的主要特點是什么？在熱傳導中，物體各部分之間不發(fā)生相對位移。16 .各種傳熱方式相比較，對流的主要特點是什么？對流僅發(fā)生在流體中，流體各部分之間發(fā)生相對位移。17 .在一套管換熱器中，若兩流體的進、出口溫度不變，應選擇并

27、流換熱還是逆 流換熱？為什么？應選擇逆流換熱，因為此時的對數(shù)平均溫差較大，可以節(jié)省換熱面積。18 .在設計換熱器時，如何安排不潔凈和易結(jié)垢的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？ 簡述理由。走管內(nèi)，因為管內(nèi)清洗比較方便。19 .在設計換熱器時，如何安排腐蝕性流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡述理由。走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。20 .在設計換熱器時，如何安排壓強高的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡述理 由。走管內(nèi)，以免殼體受壓，可節(jié)省殼程金屬消耗量。21 .在設計換熱器時，如何安排飽和蒸氣的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡述理由。 走管間，便于及時排出冷凝液。22 .在設計換熱器時，如

28、何安排被冷卻的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡述理 由。走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。23 .在設計換熱器時，如何安排粘度大的液體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡述理 由。走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變， 在低Re值（Re>100）下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。24 .在強化傳熱的過程中，為什么要想辦法提高流體的湍動程度？由于對流傳熱的熱阻主要集中在層流底層內(nèi)，提高流體的湍動程度能減薄層 流底層的厚度，可以提高傳熱效果。25 .換熱器的殼程為什么要安裝擋板？可以提高殼程流體的湍動程度，增強傳熱效果。26 .間壁式換熱器與混合式換熱器的區(qū)

29、別是什么？間壁式換熱器是由固體壁面將冷、熱兩種流體分開，通過固體壁面?zhèn)鳠?，而混?式換熱器中則是將冷、熱兩種流體直接接觸、混合換熱。五、計算題：1.某平壁爐的爐壁由耐火磚，絕熱磚和普通磚組成，它們的導熱系數(shù)分別為 1.163, 0.233和0.582w/m.K,為使爐內(nèi)壁溫度保持1000,每平方米爐壁 的熱損失控制在930w以下，若普通磚厚度取為10cm,爐外壁溫度為83,求： 耐火磚和絕熱磚厚度各為多少?絕熱磚和普通磚交界面溫度t為多少？（假設絕 熱磚與耐火磚交界面溫度為800）設耐火磚厚度b1,絕熱磚厚度b2跨過耐火磚的熱通量為： q=（t1-t2）/（b1/入1）b1二人1(t1-t2)

30、/q=1.163(1000-800)/930=0.25m跨過三層磚的熱通量為：q=(t1-t4)/(b1/入1) + (b2/入2) + (b3/入3)b2=(t1-t4)/q-b1/人1-b3/入3入2= (1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.582X0.233 =0.14m,跨過普通磚的熱通量:=t3-t4/b3/入3,t3=q.b3/入3+t4=930X0.1/0.582+83=2432.在內(nèi)管為“180X10mm的套管換熱器中，將流量為3500kg/h的某液態(tài)烴從100 冷卻到60,其平均比熱為2.38kJ/kg.K,環(huán)隙走冷卻水,其進出口溫度分別為 40和50

31、,平均比熱為4.174kJ/kg.K,基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù) K=2000w/m2K,且保持不變.設熱損失可以忽略。試求：(1)冷卻水用量；(2) 計算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及管長。冷卻水用量：Wc (T -T )=Wc (t t )3500X2.38X(100 60)=W X4.174X(50-40)W =7982kg.hAt 逆=(50 20) /ln(50/20)=32.75At 并=(6010) / ln(60/10)=27.9Q = KAAtQ = 333200kJ.hA 逆= 333200X 10 / (2000X32.75X3600)=1.41mnd l=1.41

32、3.14X0.18X1=1.41.1=2.5 mA 并= 333200X 10 / (2000X27.9X3600) =1.66 m 3.14X0.18X1=1.66.二1=2.93 m3.已知一外徑為75mm,內(nèi)徑為55mm的金屬管，輸送某一熱的物流，此時金屬管 內(nèi)表面溫度為120,外表面溫度為115,每米管長的散熱速率為4545w/m, 求該管材的導熱系數(shù)。為減少該管的熱損失，外加一層石棉層(導熱系數(shù)為0.15w/m.K )此時石棉層外表面溫度為10,而每米管長的散熱速率減少為原來的3.87%,求石棉層厚度及鋼管和石棉層接觸面處的溫度。 Q/L=2n(120-115)/1/入(ln(75/

33、55)=4545(1/人)ln(75/55)=2X3.14(125-115)/4545=0.00691入=44.9w/m.K設外加石棉層厚度為5則:Q'/L=2X3.14(120-10)/(1/44.9)ln(75/55) + (1/0.15)ln(75+2 5 )/75) =4545X0.0387=175.9w.m690.8=175.9(0,00691+(1/0.15)ln(75+2 5 )/75解得：5=30mm(石棉層厚度)設鋼管和石棉層接觸面間的溫度為t2'則：2X3.14(120-t2')/(1/44.9)ln(75/55)=175.9解得：t2'=1

34、19.84 .在一套管換熱器中用水逆流冷卻某種溶液，溶液量為1.4kg/s,比熱為2kJ/kg.K,走內(nèi)管(規(guī)格為“25X2.5mm),從150 冷卻到100。冷卻水走 套管環(huán)隙，從25升溫至60,水的比熱為4.18kJ/kg.K。(1)已知溶液一側(cè) 的對流傳熱系數(shù)為1160w/m2.K,冷卻水一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為930w/m2K,忽略 管壁和污垢的熱阻及熱損失，求(1)傳熱外表面積為基準的總傳熱系數(shù)K和 冷卻水的用量(kg/h)。(2).計算內(nèi)管的外表面積和管長。溶液放熱 Q=msCpAT=1.4X2X10 X(150-100) = 1.4X10 w1/K =d /(a d )+1/a=0.

35、025/(1160X0.02)+1/930=2.15X 10K=464w/m2.K冷卻水用量 ms'=Q/Cp'(t2-t1)= 1.4X10 /4180(60-25)=0.957kg.s =3445kg.htm=(150-60)-(100-25)/ln(150-60)/(100-25)=82.3A =Q/(K Atm)=1.4X10 /(464X82.3)=3.67m2L=A/(nd )=3.67/(nX0.025)=46.7m5 .某車間有一臺換熱面積(以外表面積計)為2.5 m2的單程列管換熱器。用180 的熱廢氣預熱輕油，輕油走管外，其流量為200kg/h,比熱為2&#

36、169;48.仁溫度 由30升至80。輕油與熱氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為70。求：換 熱器的熱負荷和傳熱系數(shù)。A = 2.5m, C =2kJ.kg .KAtm =(180-80)-(70-30) / In (100/40) = 65.5Q = 200X2X(80-30) =20000kJ.h Q = KAAtm K=20000/(65.5X2.5)= 122.2kJ/m.K .h=34 w/.m.K6.用一傳熱面積為3m2由“25X2.5mm的管子組成的單程列管式換熱器，用初溫 為10的水將機油由200冷卻至100,水走管內(nèi)，油走管間。已知水和機 油的質(zhì)量流量分別為1000kg/h和1

37、200kg/h,其比熱分別為4.18kJ/kg.K和 2.0kJ/kg.K；水側(cè)和油側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為2000w/m.K和250w/m.K,兩流 體呈逆流流動，忽略管壁和污垢熱阻。(1)計算說明該換熱器是否合用？(2)夏天 當水的初溫達到30,而油的流量及冷卻程度不變時，該換熱器是否合用？(假 設傳熱系數(shù)不變)(1) Q1=1200X2X(200-100)=240000kJ.hQ2=Q1,t2=t1+Q1/(mp2Cp2)=10+240000/(1000X4.18)=67.4 tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110 1/K1=1/a1+d1/(a2d2)=1/250+

38、25/(2000X20)K1=2 16.2w.m .KA1=Q1/(Ktm) =240000X10 /(216.2X3600X110)=2.8 m2<3m2 故適用(2) t1=30時t2=30+240000/(1000X4.18)=87.4tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6A1=240000X10 /(3600X89.6X216.2)=3.45m2>3m2不適用。7.采用傳熱面積為4.48m2單程管殼式換熱器,進行溶劑和某水溶液間的換熱.流 量為3600kg/.h,比熱為1.88kJ/kg.K的苯，80冷卻至30,水溶液由20 被加熱到30。忽略熱損失

39、。試求：傳熱系數(shù)K由Q=K.Atm式求K其中：Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600X1.88X10 (80-5 0)=56400wAt = (At At ) /ln(At /At )二(80 30) (50 20) /ln (80-30)/(50-20)= 39.2 56400=KX4.48X39.2解得 K=321w/m.8 .在單程逆流列管式換熱器中用水冷卻空氣，水和空氣的進口溫度分別為20 及110,在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45及40, 使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量及進口溫度不變的情況下， 冷卻水出口溫度降至38。熱損失可以忽略不

40、計。求：(1)空氣出口溫度變?yōu)槎?少？(2)總傳熱系數(shù)為原來的多少倍？(1)初期 m1 CP1(110-40)= m2 CP2(45-20)= K AAtm一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38-20)= K' AAtm '(110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20)解出 T2 ' =59.6(2)Atm =(110-45)-(40-20)/ln(65/20)= 38.2Atm ' =(110-38)-(59.6-20)/ln(72/39.6)=54.2 (38-20)/(45-20) = (

41、K' /K)X(54.2/38.2)解出 K'/K=0.5079 .一套管換熱器,外管為“83X3.5mm,內(nèi)管為“57X3.5mm的鋼管，有效長度 為60m。用120的飽和水蒸汽冷凝來加熱內(nèi)管中的油.蒸汽冷凝潛熱為2205kJ/kg。已知油的流量為6500kg/h,比熱為2.2kJ/kg.K,進口溫度為30, 出口溫度為80。試求：(1)蒸汽用量；(不計熱損)(2)傳熱系數(shù)；(1) 蒸汽用量(3放=亞.=2205義亞kJ.h(3吸=曠CP(t出一t入)= 6500X2.2X(80-30)=7.15X 10 kJ.hQ 放=0 吸w=7.15X 10 /2205324kg.h(

42、2)傳熱系數(shù)的計算 由Q = KAAtmAtm =(120-30)-(120-80) /ln(120-30)/(1 20-80)= 50/ln(90/40)=61.66，Ki=Q/AiAtm= 7.15X10 /60XnX(50/1000)X61.661231 kJ.h .m .= 342 (w/m2.K)10 .有一逆流熱交換器，將1.25 kg/s的苯從77冷卻至27,苯的平均比熱 Cp為1.88 KJ/kg.K。冷卻水的進、出口溫度分別為25和47。換熱器采用 “25X2.5 mm的鋼管，水在管內(nèi)，苯在管外，水和苯的傳熱膜系數(shù)分別為a = 850w/m2.K 和a=1700w/m2.K。

43、鋼的導熱系數(shù)入=49w/m.K。若忽略污垢的熱阻， 試求冷卻水消耗量及管子的總長度。q=CpG(t -t )=117.5 KJ/SW=117.5/4.187X(47-25)=1.276 kg.SAt =(77-47)-(27-25)/ln(30/2)=10.34 1/K=1/a+1/a+6/人K=550.7 w/m2.KA=q/K.At =20.635 mL=A/ndm=292.1 m11 .一臥式列管冷凝器，鋼質(zhì)換熱管長為3m,直徑為25X2mm。水以0.7m/s的 流速在管內(nèi)流過，并從17被加熱到37。流量為1.25kg/s、溫度為72烴的飽和蒸氣在管外冷凝成同溫度的液體。烴蒸氣的冷凝潛熱

44、為315kJ/kg。已測得：蒸氣冷凝傳熱系數(shù)a =800W/（m2），管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)的40%，污垢熱阻又為 0管內(nèi)側(cè)熱阻的70%,試核算：（1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準）;（2）換熱管的總根數(shù)；（3）換熱器的管程數(shù)。計算時可忽略管壁熱阻及熱損失，水的比熱為4.18kJ/（kg）解：（1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準），S； 1由題意知，水以0.7m/s的流速在管內(nèi)流過，欲求S1，需先知道每程的管子數(shù)，每程的管子數(shù)等于所需冷卻水的總流量與單管內(nèi)水的流量之比。兩流體交換的熱量為：Q =k=1.25 義 315 = 394kwC = 4.18kJ / kg-oC ,3944

45、.18 (37 - 17 )4.713 kg / s單管內(nèi)水的流量為：W =2d2u = 0.785 義 0.0212 義 0.7 義 1000 = 0.2423kg /s 14每程所需管子數(shù)為：=匕=:黑 =19.51 W 0.2423c1取每程管子數(shù)為20,則每程所能提供的傳熱外表面積為：S1 =兀d ln1 = 0.025 x 20 x 3xk = 4.71 m2（2）換熱管的總根數(shù);由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數(shù)。由題給數(shù)據(jù)，+ 0.4 x ao+ 0.7 x 0.4)aoo+ 0.4 x1800+ 0.7 x 0.4 x1800=476.2W / m2 A t = 11 -

46、A12m A tIn1A t2(72 -17) - (72 - 37)1 72 -17In72 - 37=44.25°C則任務所需的傳熱外表面積為:3940.4762 x 44.25=18.7 m 2S =兀 d In換熱管總根數(shù)為:三二 18.7 二 79.4兀d l兀 x 0.025 x 3on = 80（2）換熱器的管程數(shù)。由題意管程數(shù)為：N = - = 4 t n i12.在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進口溫度分別為20和 110。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45和40，使 用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進口溫度不變的情況

47、下， 冷卻水出口溫度降至38，試求：（1）空氣出口溫度為多少？ （2）總傳熱系數(shù) 為原來的多少倍？ 解： （1）空氣出口溫度T2題意可得：使用初期 Q = W C (ttj = WC h (Ti - T2) = KSAt(1)使用一年后Q' = 2W C (t，-1 ) = W C (T - T') = KSAt'c pc 21h ph 12m(2)兩式相比/ ，得(110-?(110-40)= (38-20)(45-20)則：T' =59.6 2(2)總傳熱系數(shù)K' / KA tmA t'm(Tt2)-(T2-t JT -tln2-T2 -11

48、65 - 20T"6rln =34.2(110 - 38) - (59.2 - 20)i 110 - 38In59.6 - 2072 - 39.6i 72In39.6=54.2方程式/(1)式，得：(38 20) = K .出 故K'7 = 0.50%(45 - 20) K 38.2,K(3)冷熱流體的出口溫度t 及T 22一年后 Q' = W C (t，t ) = W C (T T') = K'aSAt'(3)c pc 21h ph 12mQ" = 2W C (t" t ) = W C (T T) = K"SAt

49、"(4)c pc 21h ph 12m方程(4)式/(3)，得：110 T" 2( t 20) K" 1 (110 -1 ) (T 20)2=2= ,22110 - 59.638 - 20 K' 54.21 110 Tln2-T7 - 20（5）整理前半式的方程t =39.6 - 0.179T 22又因a Ja空氣，K氏a空氣,Px 1由等比定理(110 - T') - (t - 20)1(110 -1 )-(T-20)22 = 22110 - 59.6 - 954.2. 110 -1 ln2-T7 - 20 110 - f 41.4ln2-=T；

50、-2054.2整理得，t = 153 - T(6)22聯(lián)立（5）和（6），可得：t= 29.4。，T" = 57.5。22（4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌?A t =(110- 29.4) - (57.5 - 20) m 110 - 29.4 ln57.5 - 2080.6 - 37.5 = 56.3 C1 80.6ln37.5At /' m A t'=56.3-54.2 = L0413.有一換熱器，管內(nèi)通90的熱流體，膜系數(shù)a 1為1100攻/ m 2.。C，管外有某種液體沸騰，沸點為50，膜系數(shù)a2為5800攻/m2.。C。試求以下兩種情

51、況下 的壁溫：（1）管壁清潔無垢；（2）外側(cè)有污垢產(chǎn)生，污垢熱阻為0.005m2.。C/攻解：忽略管壁熱阻，并假設壁溫為Tw（1） 當壁很薄時，根據(jù)壁兩側(cè)的對流傳熱方程式可得:T TT -190 - T T - 50r=irrw= il可 111005800則 T = 56.4（2） 同理T - T T -190 - TT - 50w- = ww = w + R-L_ + 0.005a a 01100580012則 T = 84。C由此可知，壁溫總是比較接近熱阻小的那一側(cè)流體的溫度。14.流量為2000kg/h的某氣體在列管式換熱器的管程流過，溫度由150降至 80；殼程冷卻用水，進口溫度為1

52、5，出口溫度為65，與氣體作逆流流動， 兩者均處于湍流。已知氣體側(cè)的對流傳熱膜系數(shù)遠小于冷卻水側(cè)的對流傳熱膜系 數(shù)，管壁熱阻、污垢熱阻和熱損失均可忽略不計，氣體平均比熱為1.02kJ/kg, 水的比熱為4.17kJ/kg,不計溫度變化對比熱的影響，試求：（1）冷卻水用 量；（2）如冷卻水進口溫度上升為20,仍用原設備達到相同的氣體冷卻程度， 此時對數(shù)平均溫差為多少？ （3）此時的出口水溫將為多少？ （4）此時的冷卻水 用量為多少？解：（1）冷卻水用量；Q = W C (12 -11) = WC h (T1 - T2)Q = W x 4.17(65 -15) = 2000 * 1.02(150

53、- 80)W = 685 kg / h(2)如冷卻水進口溫度上升為20,仍用原設備達到相同的氣體冷卻程度，此 時對數(shù)平均溫差為多少？原情況Q = W C (12 -11) = WC h (T1 - T2) = KS A t =a SA t(1)新情況Q' = W C (t，-1') = W C (T - T ) = K S A t '=a'S 'A t'c pc 21h ph 12i m i i m(2)因aja空氣，K六a空氣，換熱器與氣體的情況未變，則 Q = Q a =a' S '" S , 故A t '八

54、 ti ii imm(150 - 65) + (80 -15)At =二 75 Cm2人，(150 -1) + (80 - 20) 210 -1'A t = 2 = 2m22則 t' = 60。，( AtAtf <2，則At'用算術(shù)平均值合適)212m對新情況下的熱量進行衡算，Q，= W x 4.17 x (60 - 20) = 2000 x 1.02 x (150 - 80)故W，= 856kg / h15 .在套管換熱器中用120的飽和蒸汽于環(huán)隙間冷凝以加熱管內(nèi)湍流的苯。苯 的流量為4000kg/h,比熱容為1.9kJ/(kg),溫度從30升至60。蒸汽冷 凝

55、傳熱系數(shù)為1X104W/(m2 ),換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻為4X10-4m2 /W,忽略 管壁熱阻、換熱管外側(cè)污垢熱阻及熱損失。換熱管為幀4X2mm的鋼管，有效長 度為12m。試求：(1)飽和蒸汽流量(其冷凝潛熱為2204kJ/kg)； (2)管內(nèi)苯的 對流傳熱系數(shù)ai。解：(1)飽和蒸汽流量；Q = Wr = WC (12 -11) = 4000x 1.9 x (60 - 30) = 2.28 x 105 kJ / hQ _ 2.25 x 10572204二 103.4kg / h(2)管內(nèi)苯的對流傳熱系數(shù)ai；(T -t )-(T -t ) / Q t -tQ = W C (t t ) = K S A t = K S 12 = K S 2-1pc 21 o o m o oT 一 to o T 一 tln1In1T