化工基礎(chǔ)第四章習(xí)題課

1、第四章第四章 傳熱傳熱(chun r)(chun r)過程及換熱器過程及換熱器 習(xí)習(xí) 題題 課課精品資料1.1.重點內(nèi)容重點內(nèi)容（1 1）熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用（單層、多層平壁熱傳導(dǎo)速率方程，單層、）熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用（單層、多層平壁熱傳導(dǎo)速率方程，單層、多層圓筒壁熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用）；多層圓筒壁熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用）；（2 2）對流傳熱系數(shù)的影響因素）對流傳熱系數(shù)的影響因素（3 3）傳熱過程）傳熱過程(guchng)(guchng)的計算的計算（4 4）總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算；）總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算；精品資料2.2.難點內(nèi)容難點內(nèi)容（1 1）總傳熱速率方程；）

2、總傳熱速率方程；（2 2）因次分析法在建立對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的應(yīng)用；影響對流傳）因次分析法在建立對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的應(yīng)用；影響對流傳熱系數(shù)的因素及不同情況下的幾種準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式；熱系數(shù)的因素及不同情況下的幾種準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式；（3 3）傳熱單元數(shù)法的概念及工程）傳熱單元數(shù)法的概念及工程(gngchng)(gngchng)的應(yīng)用（操作型的傳的應(yīng)用（操作型的傳熱計算）熱計算）（4 4）換熱器的結(jié)構(gòu)型式和強化途徑。）換熱器的結(jié)構(gòu)型式和強化途徑。精品資料精品資料dxdTA金屬金屬(jnsh)(jnsh) 液液體體 氣體氣體2 2、平壁熱傳導(dǎo)、平壁熱傳導(dǎo)單層單層多層多層RTATT21niiinATT111精品資料

3、3 3、圓筒壁熱傳導(dǎo)、圓筒壁熱傳導(dǎo)單層單層多層多層）（）（1221ln2rrTTLniiiirrTL11ln12T=T1Tn+1精品資料1 1、牛頓冷卻、牛頓冷卻(lngqu)(lngqu)定定律律)(WTThA2 2、表面表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)傳熱系數(shù)h h的計算的計算直管內(nèi)強制對流直管內(nèi)強制對流湍流湍流層流層流過渡流過渡流精品資料液體液體(yt)的沸的沸騰騰精品資料1.1.傳熱傳熱(chun r)(chun r)總方程總方程221111AhAAhtTKA t總阻力總推動力RtRtii1 12211h AAh AR精品資料2.2.傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K K單層平面單層平面(pngmin)壁壁21111hh

4、K1 122111h AAh ARKA單層圓筒壁面單層圓筒壁面2211111AhAAhmKA22112121hAAAhAmK 2111121hRRhKhih精品資料 12211 2121212l nl nmt tT T t ttttTttT 1 22 112121212l n l nmt tTT tttt tTt tT ldAnTKAmm管數(shù)：面積：精品資料一、填空一、填空(1) (1) 用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K K接近于接近于 側(cè)的對流傳熱系數(shù)，側(cè)的對流傳熱系數(shù)，而壁溫接近于而壁溫接近于 側(cè)流體的溫度值。側(cè)流體的溫度值。(2) (2) 熱傳導(dǎo)的基本定

5、律是熱傳導(dǎo)的基本定律是 。間壁換熱器中總傳熱系數(shù)。間壁換熱器中總傳熱系數(shù)K K的數(shù)值的數(shù)值接近于熱阻接近于熱阻 （大、?。┮粋?cè)的（大、?。┮粋?cè)的h h值。間壁換熱器管壁溫度值。間壁換熱器管壁溫度tWtW接近于接近于h h值值 （大、?。┮粋?cè)的流體溫度。（大、?。┮粋?cè)的流體溫度。(3)(3)由多層等厚平壁構(gòu)成的導(dǎo)熱由多層等厚平壁構(gòu)成的導(dǎo)熱(dor)(dor)壁面中，所用材料的導(dǎo)熱壁面中，所用材料的導(dǎo)熱(dor)(dor)系數(shù)愈大，則該壁面的熱阻愈系數(shù)愈大，則該壁面的熱阻愈 ，其兩側(cè)的溫差愈，其兩側(cè)的溫差愈 。(4)(4)在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集

6、中在 ，減少熱阻，減少熱阻的最有效措施是的最有效措施是 。習(xí)習(xí) 題題精品資料一、填空一、填空(1) (1) 用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K K接近于空氣接近于空氣 側(cè)的對側(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。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。(2) (2) 熱傳導(dǎo)的基本定律是傅立葉定律。間壁換熱器中總傳熱系數(shù)熱傳導(dǎo)的基本定律是傅立葉定律。間壁換熱器中總傳熱系數(shù)K K的數(shù)值接近于熱阻大（大、小）一側(cè)的的數(shù)值接近于熱阻大（大、?。┮粋?cè)的值。間壁換熱器管壁溫值。間壁換熱器管壁溫度度tWtW接近于接近于值大（大、?。┮粋?cè)的流體溫度。

7、值大（大、?。┮粋?cè)的流體溫度。(3)(3)由多層等厚平壁構(gòu)成的導(dǎo)熱壁面中，所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈大，由多層等厚平壁構(gòu)成的導(dǎo)熱壁面中，所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈大，則該壁面的熱阻愈小，其兩側(cè)的溫差愈小。則該壁面的熱阻愈小，其兩側(cè)的溫差愈小。(4)(4)在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要(zhyo)(zhyo)集中在集中在 滯滯離層內(nèi)（或熱邊界層內(nèi)），減少熱阻的最有效措施是離層內(nèi)（或熱邊界層內(nèi)），減少熱阻的最有效措施是 提高流體提高流體湍動程度。湍動程度。精品資料，（6) 6) 在大容積沸騰時液體沸騰曲線包括在大容積沸騰時液體沸騰曲線包括(boku) (boku) 、 和

8、和 三個階段。實際操作應(yīng)控制在三個階段。實際操作應(yīng)控制在 。在這一階段內(nèi)，傳熱系數(shù)隨著溫度。在這一階段內(nèi)，傳熱系數(shù)隨著溫度差的增加而差的增加而 。(7) (7) 傳熱的基本方式有傳熱的基本方式有 、 和和 三種。熱傳導(dǎo)的基本定律是三種。熱傳導(dǎo)的基本定律是其表達(dá)式為其表達(dá)式為dQ= dQ= 。(8) (8) 導(dǎo)熱系數(shù)的單位為導(dǎo)熱系數(shù)的單位為 ，對流傳熱系數(shù)的單位，對流傳熱系數(shù)的單位為為 ，總傳熱系數(shù)的單位為，總傳熱系數(shù)的單位為 。精品資料(6) (6) 在大容積沸騰時液體沸騰曲線包括自然對流在大容積沸騰時液體沸騰曲線包括自然對流 、 泡核沸騰和泡核沸騰和膜狀沸騰三個階段。實際操作應(yīng)控制在泡核沸騰

9、。在這一階段內(nèi)，膜狀沸騰三個階段。實際操作應(yīng)控制在泡核沸騰。在這一階段內(nèi)，傳熱傳熱(chun r)(chun r)系數(shù)隨著溫度差的增加而增加。系數(shù)隨著溫度差的增加而增加。(7) (7) 傳熱傳熱(chun r)(chun r)的基本方式有傳導(dǎo)、對流和輻射三種。熱傳的基本方式有傳導(dǎo)、對流和輻射三種。熱傳導(dǎo)的基本定律是導(dǎo)的基本定律是傅立葉定律傅立葉定律其表達(dá)式為其表達(dá)式為dQ=-dQ=-dAdt/d dAdt/d 。(8) (8) 導(dǎo)熱系數(shù)的單位為導(dǎo)熱系數(shù)的單位為W/W/（mm） ，對流傳熱，對流傳熱(chun r)(chun r)系系數(shù)的單位為數(shù)的單位為W/W/（m2m2），總傳熱），總傳熱(c

10、hun r)(chun r)系數(shù)的單位為系數(shù)的單位為W/W/（m2m2）。）。精品資料1 1熱傳遞的基本方式是：傳導(dǎo)、（熱傳遞的基本方式是：傳導(dǎo)、（ ）、輻射。）、輻射。 A A 對流；對流；B B 流動；流動；C C 傳遞；傳遞；D D 透熱透熱2 2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（微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為（ ）。）。 A A 熱傳導(dǎo)；熱傳導(dǎo)；B B 熱傳遞；熱傳遞；C C 熱放射；熱放射；D D 熱流動。熱流動。 3 3物質(zhì)物質(zhì)(wzh)(wzh)導(dǎo)熱系數(shù)的順序

11、是：（導(dǎo)熱系數(shù)的順序是：（ ）。）。 A A金屬一般固體液體氣體；金屬一般固體液體氣體；B B金屬液體一般固體氣體；金屬液體一般固體氣體； C C金屬氣體液體一般固體；金屬氣體液體一般固體；D D金屬液體氣體一般固體。金屬液體氣體一般固體。 A A、 A A、 A A、二、選擇二、選擇(xunz)精品資料4 4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)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；清洗比較方便；B B 流速較快；流速較快；C C 流通面積?。涣魍娣e??；D D 易于傳熱。易于傳熱。 5 5在管殼式換熱器中，被冷卻的流體宜

12、走管間，可利用外殼向外的在管殼式換熱器中，被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，（散熱作用，（ ）。）。 A A 以增強冷卻效果；以增強冷卻效果； B B 以免流速過快；以免流速過快； C C 以免流通面積過??；以免流通面積過小； D D 以免傳熱過多以免傳熱過多(u du)(u du)。 6 6有一套管換熱器，環(huán)隙中有有一套管換熱器，環(huán)隙中有119.6119.6的蒸氣冷凝，管內(nèi)的空氣從的蒸氣冷凝，管內(nèi)的空氣從2020被加熱到被加熱到5050，管壁溫度應(yīng)接近（）。，管壁溫度應(yīng)接近（）。A 20A 20；B 50B 50；C 77.3C 77.3；D 119.6D 119.6。 A、

13、A、D精品資料三、簡答三、簡答 1 1熱傳遞有哪幾種基本方式？熱傳遞有哪幾種基本方式？ 熱傳導(dǎo)、對流、輻射。熱傳導(dǎo)、對流、輻射。 2 2各種傳熱方式相比較，熱傳導(dǎo)的主要特點是什么？各種傳熱方式相比較，熱傳導(dǎo)的主要特點是什么？ 在熱傳導(dǎo)中，物體各部分之間不發(fā)生相對位移在熱傳導(dǎo)中，物體各部分之間不發(fā)生相對位移(wiy)(wiy)。 3 3各種傳熱方式相比較，對流的主要特點是什么？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)生相對位移對流僅發(fā)生在流體中，流體各部分之間發(fā)生相對位移(wiy)(wiy)。 4 4流體與固體壁面間對流傳熱的熱阻主要集中在何處？流體與固體

14、壁面間對流傳熱的熱阻主要集中在何處？ 熱阻主要集中在緊挨固體壁面處的層流底層內(nèi)。熱阻主要集中在緊挨固體壁面處的層流底層內(nèi)。 5 5強化對流傳熱的主要途徑是什么？強化對流傳熱的主要途徑是什么？ 提高流體的湍動程度，減小層流底層的厚度。提高流體的湍動程度，減小層流底層的厚度。 精品資料6 6在一套管換熱器中，若兩流體的進(jìn)、出口溫度不變，應(yīng)選擇在一套管換熱器中，若兩流體的進(jìn)、出口溫度不變，應(yīng)選擇并流換熱還是并流換熱還是(hi shi)(hi shi)逆流換熱？為什么？逆流換熱？為什么？ 應(yīng)選擇逆流換熱，因為此時的對數(shù)平均溫差較大，可以應(yīng)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。節(jié)省

15、換熱面積。 7 7在設(shè)計換熱器時，如何安排不潔凈和易結(jié)垢的流體的流徑在設(shè)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。（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。走管內(nèi)，因為管內(nèi)清洗比較方便。 精品資料精品資料四計算：四計算：1.在一間壁式換熱器中，用裂化渣油來加熱原油。裂化渣油的初溫在一間壁式換熱器中，用裂化渣油來加熱原油。裂化渣油的初溫為為300, 終溫為終溫為200，原油的初溫為，原油的初溫為25，終溫為，終溫為150, 分別求分別求出并流與逆流出并流與逆流(nli)操作時的對數(shù)平均溫度差。操作時的對數(shù)平均溫度差。 解：（解：（1）并流）并流

16、t1 = 300-25 = 275, t2 = 200-150 = 50 tm = (275-50) /ln (275/50) = 131.98 （2）逆流）逆流(nli) t1 = 300-150 = 150, t2 = 200-25 = 175 tm = (175-150) /ln (175/150) = 162.8 精品資料2一套管式換熱器管內(nèi)流體的對流傳熱系數(shù)一套管式換熱器管內(nèi)流體的對流傳熱系數(shù)i = 20 W/（m2），），管間流體的對流傳熱系數(shù)管間流體的對流傳熱系數(shù)0 = 350 W/（m2）。若將管內(nèi)和管間）。若將管內(nèi)和管間兩種流體的對流傳熱系數(shù)分別提高一倍，總傳熱系數(shù)兩種流體的

17、對流傳熱系數(shù)分別提高一倍，總傳熱系數(shù)K分別相應(yīng)增分別相應(yīng)增加多少？（管壁熱阻及污垢加多少？（管壁熱阻及污垢(wgu)熱阻可忽略不計，管壁厚度按熱阻可忽略不計，管壁厚度按薄壁管處理）薄壁管處理） 解：原流動情況解：原流動情況 m2/W K=18.92 W/ m2 （1）管內(nèi)對流傳熱系數(shù)增加一倍）管內(nèi)對流傳熱系數(shù)增加一倍 = 220= 40 W/ m2 K=35.9 W/ m2 （35.9-18.92）/18.92 = 89.75% （2）管外對流傳熱系數(shù)增加一倍）管外對流傳熱系數(shù)增加一倍 = 2350 = 700 W/ m2 K = 19.44 W/ m2 （19.44-18.92）/18.92

18、 = 2.75%精品資料3.3.在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進(jìn)口在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進(jìn)口溫度分別為溫度分別為2020和和110110。在換熱器使用的初期，冷卻水及。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口空氣的出口(ch ku)(ch ku)溫度分別為溫度分別為4545和和4040，使用一年后，使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進(jìn)口溫度不變的由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進(jìn)口溫度不變的情況下，冷卻水出口情況下，冷卻水出口(ch ku)(ch ku)溫度降至溫度降至3838，試求：，試求：（1 1）空氣出口）空氣出口(ch ku)

19、(ch ku)溫度為多少？溫度為多少？（2 2）總傳熱系數(shù)為原來的多少倍？）總傳熱系數(shù)為原來的多少倍？（3 3）若使冷卻水加大一倍，空氣流量及兩流體進(jìn)口溫度不）若使冷卻水加大一倍，空氣流量及兩流體進(jìn)口溫度不變，冷熱流體的出口變，冷熱流體的出口(ch ku)(ch ku)溫度各為多少？（溫度各為多少？（水水空氣）空氣）（4 4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲繛槎嗌?？精品資料解：解： 使用使用(shyng)(shyng)初期初期 使用使用(shyng)(shyng)一年后一年后 110 40 110 110 40 110 45

20、 20 38 20 45 20 38 202T（1 1）空氣出口）空氣出口(ch ku)(ch ku)溫度溫度題意可得：使用初期題意可得：使用初期 2TmphhpcctKSTTCWttCWQ)()(2112 使用一年后使用一年后 mphhpcctKSTTCWttCWQ)()(22112兩式相比得：兩式相比得： )2045()2038()40110()110(2T則：則： = 59.6= 59.62T（2 2）總傳熱系數(shù)）總傳熱系數(shù) KK / CtCtTtTtTtTtmm2 .546 .3972ln6 .3972206 .5938110ln)202 .59()38110(2 .342065ln2065ln)()(122112212 .382 .54)2045()2038(KK%50. 0KK精品資料（3 3）冷熱）冷熱(ln r)(ln r)流體的出口溫度流體的出口溫度 22Tt 及一年后：一年后： mphhpcctSKTTCWttCWQ)()(2112mphhpcctSKTTCWttCWQ )()(2211220110ln)20()110(2 .5412038)20(26 .59110110222222 TtTtKKtT兩式相比兩式相比(xin (xin b)b)得：