(完整版)化工原理傳熱復習題

1、傳熱復習題1(1)保溫瓶在設(shè)計和使用過程中采取了哪些防止熱損失的措施？答：首先，保溫瓶瓶膽設(shè)計成玻璃夾層結(jié)構(gòu)。夾層因空氣被抽出接近真空，可防止對流散熱損失。其次，瓶膽夾層內(nèi)兩表面均鍍有銀、鋁等低黑度涂層，增加了輻射傳熱熱阻大幅度降低了輻射散熱量。舉例說，如夾層內(nèi)壁溫度為98支，外壁溫度為28 黑度為0.95的玻璃表面鍍上黑度為 0.02的銀層后，其輻射散熱量可由原來的 550W42降至6.15 %2。 第三，在使用保溫瓶時，瓶蓋選用導熱系數(shù)很小的軟木制作，而且在灌水時還要在瓶頸處留出一段空氣的導熱系數(shù)比水在 小得多，從而有效地降低了瓶口的導熱熱損失。(2)計算蒸氣在水平管外冷凝的凱恩(Kern

2、)公式為：a =0.725( 瑞修)。試定性說明各種因素對冷凝給熱系數(shù)a的影響。答：應(yīng)當指出，冷凝給熱的熱阻是凝液造成的，因此式中各物性常數(shù)都是凝液的物性，而非蒸氣的物性。當人大時，液膜導熱性能良好，a自然就大；p大，液膜容易從壁面上往下滑，同樣使 a增大，潛熱r大，a也大。相反，若蒸氣溫度和壁溫之間的溫差 At大，則意味著單位時間內(nèi)凝液量增多，凝液膜增厚，這反而不利于傳熱，因此a會變??；當粘度口增大時，因流動阻力增大，液膜增厚，a必然減??；至于水平管的直徑 d0大了，會使管子下部液膜加厚，同樣不利于傳熱， a也要變小。將上面定性分析結(jié)果與凱恩公式對照后可以發(fā)現(xiàn)：二者是完全一致的.(3)換熱器

3、的熱負荷與傳熱速率有何不同？答：冷、熱流體在單位時間內(nèi)在換器中所交換的熱量，稱為換熱器的熱負荷.它是針對換熱任務(wù)的需要提出的，是生 產(chǎn)上要求換熱器應(yīng)具有的換熱能力，熱負荷可根據(jù)生產(chǎn)中物流量、進出口溫度及狀態(tài)變化求化求出。而傳熱速率則是指換熱器本身在一定操作條件下所具有的傳遞熱量的能力，是換熱器本身的特性，二者是不相同的。容易混淆的是，實際生產(chǎn)中設(shè)計或標定換熱器時，常把傳熱速率與熱負荷視為相等，一般都是通過熱負荷的計算，求得換熱器應(yīng)具有的傳熱速率，再依據(jù)傳熱基本方程求出所需換熱器的傳熱面積，盡管二者在數(shù)值上常視為相等，但就其本 質(zhì)講，含義是完全不同的。(4)何謂換熱器的控制熱阻？答：換熱器的總熱

4、阻1/K主要取決于冷、熱流體的對流傳熱熱阻，當然也和管壁的熱阻及污垢熱阻有關(guān)，即，1K 二 i 二 0 一 一 111若忽略管壁及污垢熱阻，則有K : i ： 0如果Oti和Ct0相接近，也就是兩種流體的傳熱阻力差不多時，在謀求強化傳熱過程中， 一般要考慮把口0(0都增大。11、一11但往往有這種情況，兩者的u 值相差很大，例如ct i >>o( 0則 « 。這時 上 K %a 0'：0K : 0即總傳熱系數(shù)K值接近對流傳熱系數(shù)小的一側(cè)流體的a值，在本例條件下總熱阻完全被管外的對流傳熱熱阻所控制。1/ 1a0被稱為控制熱阻?？刂茻嶙璧母拍顚娀瘋鳠嵫芯渴欠浅Ｖ匾?/p>

5、。它可以使我們在尋求強化的過程中緊緊抓住主要矛盾，提醒我們?yōu)榱?增大換熱器的總傳熱系數(shù)，減少熱阻，關(guān)鍵在于增大控制熱阻一側(cè)的a o(5)室內(nèi)暖氣片為什么只把外表面制成翅片狀？答：室內(nèi)暖氣片內(nèi)部的熱流體(水或水蒸氣)與片外的冷流體(空氣)之間的熱遞屬對流一傳導一對流過程。因為暖氣片外壁與空氣的對流傳熱系數(shù)遠小于片內(nèi)水或水蒸氣與內(nèi)壁的對流傳熱系數(shù)，即片外對流傳熱熱阻為控制熱阻。要增大冷、熱介質(zhì)的換熱速率，改變片外的對流傳熱狀況即減小控制熱阻至關(guān)重要。暖氣的外表面制成翅片狀后，明顯地增大了外表面的傳熱面積，使總傳熱系數(shù)（按光管傳熱面積計）較原來增大幾倍。加之安裝翅片后，加劇了空氣的湍動程度，破壞了滯

6、流內(nèi)層，亦可使總傳熱系數(shù)增大。至于水或蒸汽側(cè)由于不是控制熱阻，改善其傳熱狀況對整個冷、熱流體的換熱影響甚微。這就是室內(nèi)暖氣片只外表面制成翅片狀的道理。（ 6） 工業(yè)上常使用飽和蒸汽做為加熱介質(zhì)而不用過熱蒸汽，為什么？答： 使用飽和蒸汽做為加熱介質(zhì)的方法在工業(yè)上已得到廣泛的應(yīng)用。這是因為飽和蒸汽與低于其溫度的壁面接觸后，冷凝為液體，釋放出大量的潛在熱量。雖然蒸汽凝結(jié)后生成的凝液覆蓋著壁面，使后續(xù)蒸汽放出的潛熱只能通過先前形成的液膜傳到壁面，但因氣相不存在熱阻，冷凝傳熱的全部熱阻只集中在液膜，由于冷凝給熱系數(shù)很大，加上其溫度恒定的特點，所以在工業(yè)上得到日益廣泛的應(yīng)用。如要加熱介質(zhì)是過熱蒸汽，特別是

7、壁溫高于蒸汽相應(yīng)的飽和溫度時，壁面上就不會發(fā)生冷凝現(xiàn)象，蒸汽和壁面之間發(fā)生的只是通常的對流傳熱。此時，熱阻將集中在靠近壁面的滯流內(nèi)層中，而蒸氣的導熱系數(shù)又很小，故過熱蒸汽的對流傳熱系數(shù)遠小于蒸汽的冷凝給熱系數(shù)，這就大大限制了過熱蒸汽的工業(yè)應(yīng)用。（ 7） “為了節(jié)省冷卻介質(zhì)的用量，在設(shè)計換熱器的過程中，應(yīng)盡量提高冷卻介質(zhì)的出口溫度。 ”這種說法是否正確？答：不正確。冷卻介質(zhì)的出口溫度越高，其用量越小，回收熱能的品位也越高，動力消耗也隨之減小。但出口溫度升高的結(jié)果，導致傳熱推動力即對數(shù)平均溫差降低，所需傳熱面積增大，設(shè)備費用增大。因此必須從綜合角度考慮，全面加以權(quán)衡，確定一個適宜的出口溫度。對于常

8、用的冷卻介質(zhì)工業(yè)水，出口溫度不宜過高。還因為工業(yè)水中含有許多鹽類。如CaCO3、 MgCO3、 CaS04、 、 MgSO4等。若出口溫度過高，上述鹽類就會因溶解度減小而析出，附在器壁表面上形成熱阻很大的垢層，使傳熱過程惡化。盡管可以采取在冷卻水中添加阻垢劑等化學方法，但至少從目前看，效果很有限。所以無節(jié)制了提高冷卻介質(zhì)出口溫度的方法是行不通的。設(shè)計時常取冷卻水進、出口的溫度差為5-10 四、選擇題（一 ） 單項選擇題3-53對下述幾組換熱介質(zhì)，通常在列管式換熱器中K值從大到小正確的排列順序應(yīng)是（）。A.，> >；B.，>；C.3 >；D."> >

9、；冷流體熱流體水氣體水沸騰水蒸氣冷凝水水水輕油答案： D3-54 關(guān)于傳熱系數(shù)K 下述說法中錯誤的是（）A.傳熱過程中總/專熱系數(shù) K實際是個平均值；B.總傳熱系數(shù)K隨著所取的傳熱面不同而異；C.總傳熱系數(shù)K可用來表示傳熱過程的強弱，與冷、熱流體的物性無關(guān)；D.要提高K值，應(yīng)從降低最大熱阻著手；答案： C3-55 為了在某固定空間造成充分的自然對流，有下面兩種說法： 加熱器應(yīng)置于該空間的上部； 冷凝器應(yīng)置于該空間的下部；正確的結(jié)論應(yīng)該是（） 。A. 這兩種說法都對；C. 第一種說法對，第二種說法錯；B. 這兩種說法都不對；D. 第二種說法對，第一種說法錯答案： B3-56 下述各種情況下對流傳

10、熱系數(shù)由大到小的正確順序應(yīng)該是（） 。A. >，；B. %>句；C.D.3；3;空氣流速為30m/S時的a;水的流速為1.5m/s時的a;蒸汽滴狀冷凝時的a;水沸騰時的a;答案：C3-57傳熱過程中當兩側(cè)流體的對流傳熱系數(shù)都較大時，影響傳熱過程的將是（A.管避熱阻;B.C.管內(nèi)對流傳熱熱阻;答案：B污垢熱阻；D.管外對流傳熱熱阻3-58在冷凝器中用水冷凝苯蒸汽，水走管程，其雷若數(shù)4Re =1.2x10，此時對流傳熱系數(shù)為若將水的流量減半，其對流傳熱系數(shù)A. >(1/2)0.8 ：B. <(1/2)0.8 :C.=(1/2)0.8 aD.無法確認答案:分析:4、水的流量減

11、半后，按流（Re >10 ）公式計算，a,.一、0.8,（1/2） 0但本例中流型 已變成渡流3= 5X10 ),',6 105,'此時 a =90(。又108- <1,二口 <(1/2)Re .3-59揭示了物體輻射能力與吸效率之間關(guān)系的定律是（A.斯蒂芬-波爾茲曼定律;B.克希霍夫D.C. 折射普郎克答案：B3-60A.關(guān)于輻射傳熱，下述幾種說法中錯誤的是（ 除真空和大多數(shù)固體外，熱射線可完全透過；B.C.D.答案:熱輻射和光輻射的本質(zhì)完全相同，不同的僅僅是波長的范圍;熱射線和可見光一樣，都服從則折射定律；物體的溫度不變，其發(fā)射的輻射能也不變A3-61關(guān)于

12、下面兩種說法的正確結(jié)論應(yīng)是（1)2)物體的相應(yīng)位置確定后，系統(tǒng)的黑度只與表面黑度有關(guān);通過改變表面黑度的方法不能強化或消減輻射過程。A.B.這兩種說法都對；C.第一種說法對,這兩種說法都不對；D.第二種說法對,第二種說法不對; 第一種說法不對答案：C3-62 關(guān)于下面兩種說法的正確結(jié)論應(yīng)是（1)2)固體的輻射和吸收只能在表面上進行，因此只和表面積的大小和表面特性有關(guān);氣體的輻射和吸收是在整個龍積上進行的，必然和氣體積的大小和形狀有關(guān)。A.B.答案：這兩種說法都對;這兩種說法都錯;AC. 第一種說法對，第二種說法錯;D.第二種說法對，第一種說法錯（二）多項選擇題3-63 用流子翅片管制成空氣預熱

13、管回收加熱爐煙器氣中的余熱，可以（ A.節(jié)省料油（氣）的用量；B. 提高加熱爐的熱效率；C. 增大空氣預器的總傳熱系數(shù)；D. 降低動力消耗.答案：A B、C3-64確定換熱器總傳熱系數(shù)的方法有（）。A.查樣本書；B.經(jīng)驗估算；C. 公式計算；D.實驗測定答案：B、C、D分析：總傳熱系數(shù) K是一個與流體物性、流體流動狀態(tài)等有關(guān)的參數(shù)，而非某臺換熱器的屬性。換言之同一臺換熱器 如果流體不同，流動狀態(tài)不同或其它工藝條件不同，K值是不同的。所以換熱器的總傳熱系數(shù)不能象離心泵的流量和壓頭的對應(yīng)關(guān)系那樣從樣本書上查到。經(jīng)驗估計、實驗測定和公式計算3種方法常常是互相結(jié)合的，很難輕易下結(jié)論哪種方法比其他兩種方

14、法更好些。3-65熱管換熱器特別適合氣一氣換熱的原因在于（）。A. 把傳統(tǒng)的內(nèi)、外表面間的傳熱巧妙地轉(zhuǎn)化為兩管外表面的傳熱；B. 可以耐高溫；C.冷熱兩端皆可用加翅片的方法進行強化；D. 熱管內(nèi)部熱量的傳遞是一個沸騰一冷凝過程，汽較大答案：A、C、D分析：熱管空氣預換器是一種新型高效傳熱設(shè)備。但目前我國大部分煉廠用水作為熱管工質(zhì)，由于其飽和蒸汽壓較大，一般工質(zhì)許用溫度在300 0cM應(yīng)壓強為8.82MPa,（87atm） 13-66下述措施中對提高換熱器殼程對流傳熱系數(shù)有效的是（）。A.設(shè)備折流板；B .增大板間距；C .換熱器采用三角形排列；D.增加管程數(shù)答案：A、C3-67在確定換熱介質(zhì)的

15、流程時，通常走管程的有（），走殼程的有（）。A.高壓流體；B.蒸汽；C.易結(jié)垢的流體；D.腐蝕性流體；E .粘度大的流體；F .被冷卻的流體；答案：A、C、D;B、E、F3-68下列換熱器中屬于間壁式換熱器的有（）。A.蛇管式；B.螺旋板式；C. 板翅式；D.夾套式答案：A、B、C、D3-69通過一換熱器用一定溫度的飽和蒸汽加熱某油品。經(jīng)過一段時間后發(fā)現(xiàn)油品出口溫度降低。究其原因可能是（）。A.油的流量變大；C. 管內(nèi)壁有污垢積存；B.油的初溫下降；D.管內(nèi)汽側(cè)有不凝氣體產(chǎn)生答案:A,B,C,D3-70在套管換熱器中用冷卻水從熱流體中移走一定的熱量.已知該地冬（I）.夏（X ）兩季水的平均溫度

16、相差10c.若維持水的終溫不變，則（）.答案:A,D,F3-71高翅片管換熱器對下述幾種情況無明顯效果的是（）.A. 一側(cè)為空氣冷凝，一側(cè)為液體沸騰；B. 一側(cè)為油氣冷凝，一側(cè)為氣體被加熱；C. 兩側(cè)均為液體；D. 一側(cè)為水，一側(cè)為空氣答案:A,C3-72采用多管程換熱器，雖然能提高管內(nèi)流體的流速，增大其對流傳熱系數(shù)，但同時也導致（）.A.管內(nèi)易結(jié)垢； C.平均溫差下降；B.殼程流體流速過低；D. 管內(nèi)流動阻力增大答案：C,D3-73 物質(zhì)的導熱系數(shù)與其（）有關(guān).A.組成；B. 顏色；C. 溫差；D. 密度答案:A,C,D3-74 關(guān)于對流傳熱系數(shù)有兩種說法：1）對流傳熱系數(shù)是衡量對流傳熱過程

17、強烈程度的標志；2）對流傳熱系數(shù)越大，在相同傳熱推動力下所交換的熱量越多.正確的結(jié)論應(yīng)是（）.A.兩種說法都對；C. 第一種說法對，第二種說法錯；B.兩種說法都錯；D. 第二種說法對，第一種說法錯答案:A3-75 影響對流傳熱系數(shù)的因素有（）.A.產(chǎn)生對流的原因；B.流體的流動狀況；C.流體的物性；D.流體有無相變；E.壁面的幾何因素答案:A,B,C,D,E3-76 增大換熱器傳熱面積的辦法有（）A.選用粗管排列；B .選用翅片管；C .增加管程數(shù)；D .采用板式換熱器；答案：B、D3-77 選擇換熱器管長的原則是（）。A.和殼程相適應(yīng)；B.管材使用合理；C.與管板配套；D.清洗方便答案：A、

18、B、D3-78 下面關(guān)于輻射的說法中正確的是（）oA.同一溫度下，物體的輻射能力相同；B.任何物體的輻射能力和吸收率的比值僅和物體的絕對溫度有關(guān)；C.角系數(shù)的大小與兩表面的形狀、大小、相互位置及距離有關(guān)；D.只要物體與周圍環(huán)境的溫度相同，就不存在輻射和吸收過程答案：B、C3-79 黑度表明物體的輻射能力接近黑體的程度，其值大小與物體的（）有關(guān)。A.種類；B.表面狀況；C.表面溫度；D.顏色答案：A、B、C（三）選擇連線3-80 請將換熱器的種類與其對應(yīng)的特點用直線連接。螺旋板式換熱器翅片式換熱器 板式換熱器 板翅式換熱器、緊湊、強度大可以任意調(diào)整傳熱面積能充分利用低溫熱源也用于兩側(cè)a過于懸殊的

19、場合3-81側(cè)是冷、熱換熱介質(zhì)，右側(cè)是通常采取的強化措施，試將對應(yīng)項用直線連接。管內(nèi)空氣、管外煙氣少加擾流子管內(nèi)水，和外蒸汽口翅片管內(nèi)輕油，管外空氣 管內(nèi)加翅片管內(nèi)二氧化碳，管外水1口擾流子，管外加翅片3 -82試將左側(cè)的各種物質(zhì)與右側(cè)其相對應(yīng)的導熱系數(shù)大致范圍用直線連接。建筑材料、0.°9/°C W/(m . 0 C)金 屬、025 3W/(m0C)液 體 23 420W/(m0C)氣 體 0.0060.4W/(m.0C) 3-85 一立式換熱器規(guī)格如下：管長3m管數(shù)30根，管徑為 小25M 2.5 mm,管程為1?，F(xiàn)擬選用此換熱器冷凝、 冷卻 CS2飽和蒸氣，使之從飽和

20、溫度46 C降至10 c ,走管外，其流量 W=0.07kg/s ,其冷凝潛熱為 356kJ/kg，比熱容為1.05kW/(kg C)。水走管內(nèi)，且與 CS2呈逆流流動。冷卻水進出口溫度為5 C和30C 。已知冷凝和冷卻段基于換熱管外表面的總傳熱系數(shù)分別為K1 =200w/(m2，C)和K2 = 100w/(m2，C)。問此換熱器是否合用？分析：判斷一臺換熱器是否合用，一般可以采用比較傳熱速率或傳熱面積的方法，本例采用后一種方法：分別計算已有換熱器面積和所需換熱器面積，比較二者后即可以得出結(jié)論。本例不同之點在于：該換熱器既作冷凝器又作冷卻器，需分段計算所需面積，即冷凝段所需面積A1和冷卻段所需

21、面積A2，而A1、A2的求得又須以 Atm1、Atm2為前提。因此，解決該題的重點在于求出冷凝、冷卻段交界處的冷卻水溫度，即冷卻水離開冷卻段的溫度t解：(1)以管子外表面為基準計算已有換熱器的傳熱面積：(D求所需的傳熱面積冷凝段與冷卻段的傳熱量Q =W r =0.07 356 =24.9kWQ2 =WhcPh Ts -T2 =0.07 1.05 46 -10 =2065kW兩段的平均溫差總傳熱量：Q =Q1 Q2 = 24.9 2.65 = 27.5kW冷卻水用量Wc =27.5Cpc t2 -t1 - 4.1830-5=0.263kg/s冷卻水離開冷卻段的溫度q2t =t1W：Cpc廣 2.

22、65=5 += 7.4 c0.263 4.18冷凝段的平均溫差46 >46 c30 167.4c38.6 ：tm138.6-16=16.4 c 38.6ln16冷卻段的平均溫差46T 46c7.4 38.6m238.6-5 =16.438.6 In所需傳熱面積冷凝段QiKi .小24.9 103200 25.7=4.84 m2冷卻段A2 =Q2K2 tm22.65 103100 16.42=1.61m2. ' . . .A>A ,即已有傳熱面積大于所需傳熱面積，所以此換熱器合用。將流量為2200kg/h的空氣在蒸汽預熱器內(nèi)從 20 C加熱到80Co空氣在管內(nèi)作湍流流動，11

23、6c的飽和蒸汽在管外冷 凝?，F(xiàn)因工況變動需將空氣的流量增加20%而空氣的進、出口溫度不變。問采用什么方法才能完成新的生產(chǎn)任務(wù)？請作出定量計算（要求：換熱器的根數(shù)不作變化）。分析：由傳熱基本方程 Q =KAAtm著眼考慮：空氣流量增加 20%而進出口溫度不變，即 Q增加20%因為蒸汽的冷凝系數(shù)遠大于空氣的對流傳熱系數(shù) ，所以總傳熱系數(shù) K接近空氣的對流傳熱系數(shù)?？諝饬髁吭黾雍?，總傳熱系數(shù)增大，但其增大的幅度不能滿足熱負荷增大的要求，故可以改變的只有m及A。解：10 a蒸汽口空氣，又管壁較薄可忽略其熱阻在物性不變的前提下口六氣=C1WA-（a）工d由題意，n為常數(shù)W08 t二 將（a）式代入：Q

24、=C2 0-8（b）d .（a）、（b）二式中CC2均為比例系數(shù)。設(shè)“1”，“2”分別代表工況改變前后的情況，由（b）式:已知：Q2 = 1.2Q1t2 -11(b)In100 之100 .L 2比較（a）、（b）二式得將已知數(shù)據(jù)代入增加冷凝量為即蒸氣冷凝量增加了 64%。止匕例可以幫助我們加深對控制熱阻的理解。由于原來的冷卻水出口溫度已經(jīng)很低，冷卻水流量加倍后， 平均溫差即傳熱推動力增加很少，這可由t2與t2的比較看出。但因蒸氣冷凝給熱系數(shù)遠大于冷卻水的對流傳熱系數(shù)，所以管內(nèi)對流傳熱熱阻就成為整個冷凝過程的控制熱阻。冷卻水流量加倍后，管內(nèi)對流傳熱系數(shù)增大到原來的20.8 =1.74倍，控制熱

25、阻相應(yīng)降低，導致總傳熱系數(shù)幾乎以與管內(nèi)對流傳熱系數(shù)相同的幅度增大，結(jié)果使冷凝液大量增加，由此可見，降低控制熱阻，是增大傳熱速率的一個重要途徑。某廢熱鍋爐由425mm<2。5mm的鍋爐鋼管組成。管外為水沸騰，絕對壓強為2。8Mpa ,管內(nèi)走合成轉(zhuǎn)化氣，溫度由22550c降至450Co已知轉(zhuǎn)化氣一側(cè)，0tl =250W/（m2 'C）水側(cè)。0 =10000W/（m2 c）o若忽略污垢熱阻，求換熱管的壁溫Tw及tw。解：方法一(1) 先求總傳熱系數(shù)(以管子內(nèi)表面為基準)(2) 平均溫度差 1 1bdidi-Ki- i ' dm 二 odo2.8Mp .下水的飽和溫度為23.00

26、25 20120a-2504525 10000 25熱通量 =0.004 0.0000495 0.00008(4)管壁溫度 4,喏K3& = 242 270 : 65.3kW/m 21)先著眼于管內(nèi)的對流傳熱。由牛頓冷卻定律：qi = ：. i(T -Tw)又3Tw =T %=500=239 c：i250再眼于管外的對流傳熱t(yī)w =t+% =230 十52303 = 235C：010000方法(1) 先求傳熱過程的總熱阻及分熱阻(基于內(nèi)表面)2 =0.00413( m C)/W(2)再求管壁溫度在連續(xù)傳熱過程中，溫降與熱阻成正比。故.0550 450已知：t = 230 0c T = 500 CR 、Tw = T-(T -1)R0.004=500 (500 - 230) = 239 c0.00413tw = t +(T -t)R0.0008=230 +父(500 -2