化工原理課后作業(yè)(熱量傳遞與換熱器)

1、4傳熱一、單選題1熱傳遞的基本方式是：（ ）、對(duì)流、輻射。 AA傳導(dǎo)； B 傳遞； C 放射； D 流動(dòng)。2熱傳遞的基本方式是：傳導(dǎo)、（ ）、輻射。 AA對(duì)流； B 流動(dòng)； C 傳遞； D 透熱。3熱傳遞的基本方式是：傳導(dǎo)、對(duì)流、（ ）。 DA流動(dòng)； B 傳遞； C 放射； D 輻射。4物 為（體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移， 僅借分子、 原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱(chēng) ）。 AA熱傳導(dǎo)； B 熱傳遞； C 熱放射； D 熱流動(dòng)。5流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程稱(chēng)為（ ）。 AA對(duì)流； B 流動(dòng)； C 傳遞； D 透熱。6因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞，稱(chēng)為

2、（ ）。 DA熱傳導(dǎo)； B 熱傳遞； C 熱放射； D 熱輻射。7物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的順序是：（ ）。 AA金屬一般固體液體氣體；B金屬液體一般固體氣體；C金屬氣體液體一般固體；D金屬液體氣體一般固體。8（）等于 1 的物體稱(chēng)為黑體。 AA吸收率； B 反射率； C 透過(guò)率； D 折射率。9吸收率（） 1 的物體稱(chēng)為黑體。CA大于； B 小于； C 等于； D 近似于。10吸收率等于 1 的物體稱(chēng)為（）。 CA 白體； B 灰體； C 黑體； D 透熱體11（）等于 1 的物體稱(chēng)為白體。A 吸收率； B 反射率； C 透過(guò)率； D 折射率。12反射率（）1 的物體稱(chēng)為白體。 CA 大于； B 小于；

3、 C 等于； D 近似于。13反射率等于 1 的物體稱(chēng)為（）。 AA 白體； B 灰體； C 黑體； D 透熱體。14（）等于 1 的物體稱(chēng)為透熱體。 CA 吸收率； B 反射率； C 透過(guò)率； D 折射率。15透過(guò)率（） 1 的物體稱(chēng)為透熱體。 CA 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。16透過(guò)率等于 1 的物體稱(chēng)為（）。 DA 白體； B 灰體； C 黑體； D 透熱體。17單原子氣體和對(duì)稱(chēng)雙原子氣體均可視為（）。 DA 白體； B 灰體； C 黑體； D 透熱體。18液體是（）。 DA 白體； B 灰體； C 透熱體； D 不透熱體。19. 凡能以相同的吸收率且部分地吸收由零到g

4、所有波長(zhǎng)范圍的輻射能的物體，定義為（）。 DA 白體； B 灰體； C 透熱體； D 不透熱體。20. 灰體是（）。 DA 白體； B 黑體； C 透熱體； D 不透熱體。21. 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?yàn)楣軆?nèi)（）。 AA 清洗比較方便； B 流速較快； C 流通面積?。?D 易于傳熱。22. 在管殼式換熱器中，腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免（），而且管子也便于清洗和檢修。AA 殼體和管子同時(shí)受腐蝕； B 流速過(guò)快； C 流通面積過(guò)??； D 傳熱過(guò)多），可節(jié)省殼程金屬消耗量23. 在管殼式換熱器中，壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免（A殼體受壓；B流速過(guò)快；C流通面積過(guò)?。籇傳熱

5、過(guò)多。24. 在管殼式換熱器中，飽和蒸氣宜走管間，以便于（），且蒸氣較潔凈，它對(duì)清洗無(wú)要求。AA及時(shí)排除冷凝液；B流速不太快；C流通面積不太小；D傳熱不過(guò)多。25. 在管殼式換熱器中，有毒流體宜走管內(nèi)，使（）。 AA泄漏機(jī)會(huì)較少；B流速很快；C流通面積變小；D傳熱增多。26. 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，（）。AA以增強(qiáng)冷卻效果；B以免流速過(guò)快；C以免流通面積過(guò)?。籇以免傳熱過(guò)多。27在管殼式換熱器中，粘度大的液體或流量較小的流體宜走（），因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低 Re值（Re> 100 ）下即可達(dá)到湍流，以提高

6、對(duì)流傳熱系數(shù)。BA 管內(nèi)；B管間；C管徑；D管軸。28對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的溫差較大，對(duì)流傳熱系數(shù)較大者宜走（），因壁面溫度與 ;大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力。BA 管內(nèi)；B管間；C管徑；D管軸。29. 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（），使湍動(dòng)程度加劇，以提高殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。CA粘度；B密度；C速度；D高度。30. 有一套管換熱器，環(huán)隙中有119.6 'C的蒸氣冷凝，管內(nèi)的空氣從20C被加熱到50C，管壁溫度應(yīng)接近（）。 DA 20 C； B 50 C； C 77.3 C； D 119.6 C。31 已知在溫度T時(shí)耐火磚的發(fā)射能力（輻射能力）

7、大于銅的發(fā)射能力，則銅的黑度為（），耐火磚的黑度為（）。 A BA 0.6 ； B 0.9 ； C 1.0 ； D 1.2。32.兩灰體間進(jìn)行輻射換熱，兩者間的溫度差為100 C。若將兩灰體的溫度各升高 100 C，則此時(shí)的輻射傳熱量與原來(lái)的傳熱量相比，將（）。 AA 增大； B 減小； C 不變； D 不一定。33判斷下面的說(shuō)法哪一種是錯(cuò)誤的（）。 BA 在一定的溫度下，輻射能力越大的物體，其黑度越大；B在同一溫度下，物體吸收率 A與黑度£在數(shù)值上相等，因此 A與£的物理意義相同;C 黑度越大的物體吸收熱輻射的能力越強(qiáng)；D 黑度反映了實(shí)際物體接近黑體的程度。34當(dāng)換熱器中

8、冷熱流體的進(jìn)出口溫度一定時(shí)，判斷下面的說(shuō)法哪一個(gè)是錯(cuò)誤的（）。 BA逆流時(shí)， t m一定大于并流、錯(cuò)流或折流時(shí)的 t m；B 采用逆流操作時(shí)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所需的傳熱面積；D溫度差校正系數(shù)© At的大小反映了流體流向接近逆流的程度。、填空題4）傳熱僅發(fā)生在流體中。對(duì)流5對(duì)流傳熱又分（）對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。自然6對(duì)流傳熱又分自然對(duì)流和（）對(duì)流。強(qiáng)制7不需要任何介質(zhì)的傳熱稱(chēng)為（）傳熱。輻射8在列管式換熱器中，流體在（）流動(dòng)稱(chēng)為流經(jīng)管程。管內(nèi)9在列管式換熱器中，流體在管內(nèi)流動(dòng)稱(chēng)為流經(jīng)（）。管程熱傳遞的基本方式為（）、對(duì)流和輻射。導(dǎo)熱熱傳遞的基本方式為導(dǎo)

9、熱、（ ）和輻射。對(duì)流熱傳遞的基本方式為導(dǎo)熱、對(duì)流和（）。輻射12310列管式換熱器中，流體在（）流動(dòng)稱(chēng)為流經(jīng)殼程。管間11列管式換熱器中，流體在管間流動(dòng)稱(chēng)為流經(jīng)（）。殼程12傳熱速率Q的單位為（）。 W131415161718192021222324252627282930313233熱通量 q 的單位為（）。2W/m2一般固體、液體和氣體相比較，導(dǎo)熱系數(shù)值的大小順序?yàn)椋ǎ?。固體液體氣體流體與固體壁面間對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在（）。層流底層吸收率等于 1 的物體稱(chēng)為（）。黑體反射率等于 1 的物體稱(chēng)為（）。白體透過(guò)率等于 1 的物體稱(chēng)為（）。透熱體能以相同的吸收率且部分地吸收由零到8的所有波

10、長(zhǎng)范圍的輻射能的物體稱(chēng)為）?；殷w氣體的反射率為（）。黑體的反射率為（）。黑體的透過(guò)率為（）?；殷w的透過(guò)率為（）。白體的透過(guò)率為（）。白體的吸收率為（）。在輻射傳熱中，在輻射傳熱中，在輻射傳熱中，在輻射傳熱中，在輻射傳熱中，在輻射傳熱中，灰體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比，稱(chēng)為物體的（換熱器設(shè)計(jì)中，流體流徑的選擇：換熱器設(shè)計(jì)中，流體流徑的選擇：腐蝕性的流體宜走（換熱器設(shè)計(jì)中，流體流徑的選擇：壓強(qiáng)高的流體宜走（）。黑度）。管內(nèi)）。管內(nèi)）。管內(nèi)不潔凈和易結(jié)構(gòu)的流體宜走（換熱器設(shè)計(jì)中，流體流徑的選擇：飽和蒸氣宜走（）。管間換熱器設(shè)計(jì)中，流體流徑的選擇：有毒流體宜走（）。管內(nèi)換熱器設(shè)計(jì)中，流體流

11、徑的選擇：被冷卻的流體宜走（）。管間換熱器設(shè)計(jì)中，流體流徑的選擇：粘度大的液體或流量較小的流體宜走）。管間34換熱器設(shè)計(jì)中，流體流徑的選擇：對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的溫差較大，對(duì)流傳熱系數(shù)較大 的流體宜走（ ）。 管間35在列管換熱器中，若用飽和蒸氣加熱空氣，則傳熱管的壁溫接近（飽和蒸氣36.在列管換熱器中，若用飽和蒸氣加熱空氣，則總傳熱系數(shù)K接近（）的溫度）的對(duì)流傳熱系數(shù)。 空氣37.在列管換熱器中，若用飽和蒸氣加熱空氣，則空氣應(yīng)走（）。 管內(nèi)38.在列管換熱器中，若用飽和蒸氣加熱空氣，則飽和蒸氣應(yīng)走（）。 管間39.污油與汽油在列管換熱器中換熱，污油應(yīng)走（）。 管內(nèi)40.污油與汽油在

12、列管換熱器中換熱，汽油應(yīng)走（）。 管間三、簡(jiǎn)答1. 熱傳遞有哪幾種基本方式？熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。2. 各種傳熱方式相比較，熱傳導(dǎo)的主要特點(diǎn)是什么？在熱傳導(dǎo)中，物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移。3. 各種傳熱方式相比較，對(duì)流的主要特點(diǎn)是什么？對(duì)流僅發(fā)生在流體中，流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移。4. 各種傳熱方式相比較，熱輻射的主要特點(diǎn)是什么？熱輻射不需要任何介質(zhì)，可以在真空中傳播。5. 流體與固體壁面間對(duì)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)。6. 強(qiáng)化對(duì)流傳熱的主要途徑是什么？提高流體的湍動(dòng)程度，減小層流底層的厚度。7.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

13、并流換熱還是逆流換熱？為什么？應(yīng)選擇逆流換熱，因?yàn)榇藭r(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差較大，可以節(jié)省換熱面積。8什么是黑體？吸收率等于 1 的物體稱(chēng)為黑體。9什么是白體？反射率等于 1 的物體稱(chēng)為白體。10什么是透熱體？透過(guò)率等于 1 的物體稱(chēng)為透熱體。11什么是灰體？能以相同的吸收率且部分地吸收由零到 8所有波長(zhǎng)范圍的輻射能的物體稱(chēng)為灰體。12什么是物體的黑度？灰體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比稱(chēng)為物體的黑度。13在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，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(jiǎn)述理由。 走管內(nèi)，因?yàn)楣軆?nèi)清洗比較方便。14在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排腐蝕性流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。 走管內(nèi)

14、，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。15在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排壓強(qiáng)高的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。 走管內(nèi)，以免殼體受壓，可節(jié)省殼程金屬消耗量。16在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排飽和蒸氣的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。走管間，便于及時(shí)排出冷凝液。17在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排被冷卻的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。18在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排粘度大的液體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由。走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re> 100）下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱

15、系數(shù)。19在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，如何安排流量較小的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡(jiǎn)述理由走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re> 100）下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。20在列管換熱器中，擬用飽和蒸氣加熱空氣，傳熱管的壁溫接近哪一種流體的溫度？壁溫接近飽和蒸氣的溫度。21 在列管換熱器中，擬用飽和蒸氣加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近哪一種流體的對(duì)流傳熱系數(shù)？總傳熱系數(shù)K接近空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。22在列管換熱器中，擬用飽和蒸氣加熱空氣，如何確定兩流體在換熱器中的流徑？為什么？空氣走管內(nèi)，飽和蒸氣走管間，以便于冷凝液的排放。23 污油與汽油換熱，如何安排兩

16、流體的流徑？為什么？污油走管內(nèi)，汽油走管間，便于清洗。24 為什么內(nèi)部孔隙多的材料保溫效果好？因?yàn)榇罅康目紫吨邪鴮?dǎo)熱系數(shù)非常小的氣體，對(duì)導(dǎo)熱不利，從而起到了保溫的作用。25. 鋼板的黑度為0.78,其反射率為多少？反射率為 0.22。26. 在強(qiáng)化傳熱的過(guò)程中，為什么要想辦法提高流體的湍動(dòng)程度？由于對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在層流底層內(nèi)，提高流體的湍動(dòng)程度能減薄層流底層的厚度，可以提高 傳熱效果。27 在夏季人們?yōu)槭裁磹?ài)穿淺色衣服 ？由于在陽(yáng)光下淺色的衣服反射率較大，吸收的熱量少，使人們不至于感覺(jué)太熱。28 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(dòng)程度，增強(qiáng)傳熱效果。29 雖然大

17、氣層包圍著地球，但陽(yáng)光仍能照射到地球表面，因?yàn)榭諝馐峭笩狍w。此話對(duì)嗎？為什么？不對(duì)，只有單原子氣體和對(duì)稱(chēng)雙原子氣體是透熱體，而空氣中的二氧化碳和水蒸氣都可以部分地 吸收太陽(yáng)發(fā)射的輻射能。30.間壁式換熱器與混合式換熱器的區(qū)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(kāi)，通過(guò)固體壁面?zhèn)鳠幔旌鲜綋Q熱器中則是 將冷、熱兩種流體直接接觸、混合換熱。四、計(jì)算題1 平壁爐的爐壁由三種材料所組成，其厚度和導(dǎo)熱系數(shù)列于附表中序號(hào)材料厚度bmm導(dǎo)熱系數(shù)i2W/m2 °C1 （內(nèi)層）23耐火磚絕緣磚鋼20010061.070.1445若耐火磚層內(nèi)表面的溫度 ti為1150C，鋼板外表面溫度t

18、4為30C，計(jì)算導(dǎo)熱的熱通量。實(shí)際測(cè)得通過(guò) 爐壁的熱損失為300 W/m2,分析原因并計(jì)算附加熱阻。解：由多層平壁導(dǎo)熱速率方程求導(dǎo)熱的熱通量，即112Q0WQ »-»11J0 -30q_ 7= kr' -12040.006= + + =+Xj 姑 1.07.0.1445計(jì)算結(jié)果的熱通量大于實(shí)測(cè)的熱損失，表明平壁間接觸不良，有空氣層存在，產(chǎn)生附加熱阻，即11加0.901+R2.直徑為】60X3 mm的鋼管用30 mm厚的軟木包扎，其外又用100 mm厚的保溫灰包扎， 以作為絕 熱層?，F(xiàn)測(cè)得鋼管外壁面溫度為一110C，絕熱層外表面溫度10C。已知軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分

19、別為0.043和0.07 W/ (m-C)，求每米管長(zhǎng)的冷量損失量。解：由圓筒壁的導(dǎo)熱速率方程知其中 r1 = 30 mm，=60 mm，r3 = 160 mm=-25 W/mQ _2n-110-10)T = nS 1160"* In +In 0 04330 0.0760負(fù)號(hào)表示由外界向系統(tǒng)內(nèi)傳熱，即為冷量損失量3. 套管式換熱器管內(nèi)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)a = 20 W/ ( m2 C),管間流體的對(duì)流傳熱系數(shù) a = 350 W/(m2 ：c)。若將管內(nèi)和管間兩種流體的對(duì)流傳熱系數(shù)分別提高一倍，總傳熱系數(shù)K分別相應(yīng)增加多少？(管壁熱阻及污垢熱阻可忽略不計(jì)，管壁厚度按薄壁管處理)解：原

20、流動(dòng)情況' -'I 'r；：' '7 m2 C /WK叫叫 20 3509K=18.92 W/ m 2 C(1)管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)增加一倍 = 2何=2 >20= 40 W/m2 C9K=35.9 W/ m2 C(35.9-18.92) /18.92 = 89.75%(2)管外對(duì)流傳熱系數(shù)增加一倍亠| = 1:. = 2 >50 = 700 W/ m2 C9K = 19.44 W/ m C(19.44-18.92) /18.92 = 2.75%4 在列管式換熱器中用水冷卻油，水在管內(nèi)流動(dòng)。已知管內(nèi)水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)：為349 W/(卅-C)，管外

21、油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為258 W/ (m - C)。換熱器在使用一段時(shí)間后，管壁面兩側(cè)均有污垢形成，水側(cè)的污垢熱阻Rsi為0.00026 (卅-C) /W,油側(cè)的污垢熱阻 R。為0.000176 ( m - C) /W。若此換熱器可按薄壁管處理，管壁導(dǎo)熱熱阻忽略不計(jì)。求：(1)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù);(2)總傳熱系數(shù)Ko解：(1)產(chǎn)生污垢前的熱阻產(chǎn)生污垢后的熱阻(m C) /WK 旳 岬 349258(0.007177-0.00674) /0.00674 = 6.48%(2)總傳熱系數(shù):一-: j W/ ( m2C)0.0071775 .在一間壁式換熱器中，用裂化渣油來(lái)加熱原油。裂化渣油的初溫

22、為300C ,終溫為200C，原油的初溫為25C，終溫為150C ,分別求出并流與逆流操作時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫度差。解:(1) 并流絢=300-25 = 275 C ,比=200-150 = 50 C tm= (275-50) /In (275/50) = 131.98C(2) 逆流 t1 = 300-150 = 150 C , t2 = 200-25 = 175 C tm= (175-150) /ln (175/150) = 162.8C6 在列管換熱器中將某種液體從20 C加熱到50 C。加熱介質(zhì)的進(jìn)口溫度為 100C，出口溫度為60'C,分別求岀該換熱器中兩流體呈逆流流動(dòng)和并流流動(dòng)時(shí)的

23、對(duì)數(shù)平均溫度差。解:(1) 逆流t1 = 100-50 = 50 C , H2 = 60-20 = 40 C tm= (50-40) /ln (50/40) = 44.8C(2) 并流 t1 = 100-20 = 80 C , t2 = 60-50 = 10 C tm= (80-10) /ln (80/10) = 33.66C7在并流換熱器中，用水冷卻油。水的進(jìn)、出口溫度分別為15C和40C,油的進(jìn)、出口溫度分別為150C和100C?，F(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口溫度降至80C ,設(shè)油和水的流量、進(jìn)口溫度及物性均不變，若原換熱器的管長(zhǎng)為1m,求將此換熱器的管長(zhǎng)增加多少米才能滿(mǎn)足要求。換熱器的熱損失可

24、忽略。解:原平均溫度差如=150-15 = 135 C , &2 = 100-40 = 60 Ctm = (135-60) /ln (135/60) = 92.5 C由熱量衡算Q = WhCph (T1 - T2)= WcCpc (t? - tjWhCph/WcCpc = (t2 - t1) / (T1- T2) = (40- 15) / ( 150-100) = 0.5當(dāng)油的溫度降至80C時(shí)，由熱量衡算得Q = WhCph (150- 80) = WcCpc (t2 -15)或 WhCph/WcCpc = (t2'- 15) / (150- 80) = 0.5解得 t2 =

25、50 C新的平均溫度差，At1 = 150-15 = 135 °C , At2 = 80- 50 = 30 C，Atm' = ( 135- 30) /In ( 135/30) = 69.8 C由傳熱速率方程可分別得原換熱器WhCph (150- 100) = KS Atm = Kn nL ( 92.5)新?lián)Q熱器WhCph (150- 80) = KS' Atm = Kn ndL' (69.8)L' = (70/50) X( 92.5/69.8) X1 = 1.855 m8 = 1.855 - 1 = 0.855 m&兩平行的大平板，放置在空氣中

26、相距為5 mm。一平板的黑度為 0.1，溫度為350 K ;另一平板的黑度為0.01，溫度為300 K。若將第一板加涂層，使其黑度變?yōu)?.025，計(jì)算由此引起輻射傳熱變化的百分率。（角系數(shù)與總輻射系數(shù)的計(jì)算式見(jiàn)附表）解：傳熱的熱通量二1 二.，II】，卩護(hù)僅與偽“的計(jì)尊式序號(hào)SB起情股11?<1*H CtBfl大的唬悴2也 注帖比$J軌4.構(gòu)恫2魁J包性Wit 7嚴(yán)&1曲出T在3 M曲秤配1*1 *15.67 卩兄)0.1 0 01Soo)l而丿第一板加涂層后，-. I一2W/m輻射傳熱變化的百分率(3.59 -2.82 ) /3.59 = 21.45%9.用熱電偶測(cè)量管道中熱空

27、氣流的溫度。熱電偶的讀數(shù)為200C ,管道內(nèi)壁溫度為100C ,熱電偶熱端的黑度為0.8，由空氣流至熱端的對(duì)流傳熱系數(shù)為46.52W/ (m2 C),求空氣的真實(shí)溫度和以熱電偶讀數(shù)作為空氣溫度的測(cè)量誤差。(角系數(shù)與總輻射系數(shù)的計(jì)算式見(jiàn)附表)號(hào)SB起情股1攝大10.F "" JL 12畫(huà)用克樂(lè)忙苦繪 粵網(wǎng)平fj甌<1*1 - *1 * G廈大的蚯悴殳也14Wit ZT1叭亡75在億4曲秤配1呎+2培°Mt與0“的計(jì)第式附表解：設(shè)空氣的真實(shí)溫度為t，熱電偶的表面積為 S空氣向熱電偶對(duì)流傳熱Qi = aS (t- 200) = 46.52S (t-200)熱電偶向

28、管壁輻射傳熱Q2 = CoS(Ti/1OO)4- (T2/100)4=0.8 5.67S (200+273) /1004- ( 100+273) /1004=1392.45S達(dá)到熱平衡時(shí)Q1=Q2,46.52S (t-200) = 1392.45St = 229.93 °C誤差5 = | 200-229.93 | /229.93 = 13 %10.某平壁厚度為0.37 m,內(nèi)表面溫度ti為1650C ,外表面溫度t?為300C ,平壁材料導(dǎo)熱系數(shù) 心0.815 + 0.00076t (式中t的單位為C ,入的單位為 W/(m :C)。若導(dǎo)熱系數(shù)可取平均值計(jì)算時(shí)，求平壁的導(dǎo)熱熱 通量。

29、解：平壁的平均溫度為tm = (t1 + t2) /2 = ( 1650 + 300) /2 = 975 C心 0.815 + 0.00076t = 0.815 + 0.00076 975 = 1.556 W/ (m C )導(dǎo)熱熱通量：' 'll :,'1''''! ' W/m2Sv 0.37 'f11 某平壁燃燒爐是由一層耐火磚與一層普通磚砌成，兩層的厚度均為100 mm,其導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.9 W/ (m C)及0.7 W/ (m C)。待操作穩(wěn)定后，測(cè)得爐壁的內(nèi)表面溫度為 700C ,外表面溫度為130C。 為減少燃

30、燒爐的熱損失，在普通磚的外表面增加一層厚度為40 mm,導(dǎo)熱系數(shù)為0.06 W/ (m C)的保溫材料。操作穩(wěn)定后，又測(cè)得爐內(nèi)表面溫度為740 C ,外表面溫度為90 C。設(shè)兩層材料的導(dǎo)熱系數(shù)不變。計(jì)算加保溫層后爐壁的熱損失比原來(lái)減少百分之幾？解：設(shè)單位面積爐壁的熱損失為q (q = Q/S)，加保溫層前，是雙層平壁的熱傳導(dǎo)t-L700 -130十沖I,一.1 一：W/m2 +如鮎0.9 0.7加保溫層后，是三層平壁的熱傳導(dǎo)ti ti740 -90：'-'I 匸W/m+ - + + 久1 鮎0? 0.7 006熱損失減少的百分?jǐn)?shù)(q1 -q2)4 = (2240 - 707)

31、/2240 = 68.4%12. 外徑為426 mm的蒸氣管道，其外包扎一層厚度為 426 mm的保溫層，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)可取為0.615 W/(m C )。若蒸汽管道的外表面溫度為177C ,保溫層的外表面溫度為 38C ,求每米管長(zhǎng)的熱損失。解：由已知 匕=0.426/2 = 0.213 m，r3 = 0.213 + 0.426 = 0.639 m每米管長(zhǎng)的熱損失W/mLkA0.(539In0 21313. 在列管換熱器中，水以1.2 m/s的速度流過(guò)內(nèi)徑為 25 mm，長(zhǎng)為5 m的管束。若管內(nèi)壁平均溫度為 50C，水的進(jìn)口溫度為 20C ,求水的出口溫度。管壁對(duì)水的平均對(duì)流傳熱系數(shù)為4

32、850 W/(m2 C )，熱損失可忽略，水的密度取為 1000 kg/m3，比熱為4.187 kJ/(kg C-)。解：設(shè)水的出口溫度為t2換熱器一根管子的傳熱面積S =ni = 3.14 0.025 爲(wèi)流通截面積A = n2/4 = 3.14 0.252/4由熱量衡算和對(duì)流傳熱速率方程得Q = WcCpc(t 2- ti) = oStw- (t什t2)/2即n4 0252 X.2 X000 M.187 X000(t2-20)=4850 3.14 .0.025 ：550-(20+t2)/2解得 t2 = 36.7 °C14. 某列管換熱器由0252.5 mm的鋼管組成。熱空氣流經(jīng)管

33、程，冷卻水在管間與空氣呈逆流流動(dòng)。已知管內(nèi)側(cè)空氣的a為50 W/(m2 C ),管外側(cè)的 a為1000 W/(m2 C ),鋼的入為45 W/(m C)。求K及按平壁計(jì)的總傳熱系數(shù)。解：基于管外表面積的總傳熱系數(shù)1 0.02510.0025x0.025+ 45 x0.022542K = 38.37 W / (m 2 C)按平壁計(jì)算時(shí) ' , I. <:.，9K = 47.62 W /( m C )換熱器一根管子的傳熱面積S =ni = 3.14 0.025 爲(wèi)換熱器一根管子的傳熱面積S =ni = 3.14 0.025 爲(wèi)K*丄+竺1ad 1. d1 1m 80-0In30-20

34、鼠 0.472x18.2m215. 一單程列管式換熱器，由直徑為25 >2.5 mm的鋼管束組成。苯在換熱器的管內(nèi)流動(dòng)，流量為1.25kg/s，由80 C冷卻到30 C,冷卻水在管間和苯呈逆流流動(dòng)，進(jìn)口水溫為20 C ,出口不超過(guò)50 C。已知水側(cè)和苯側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為1.70和0.85 kW/(m2 C ),污垢熱阻和換熱器的熱損失可忽略，求換熱器的傳熱面積。苯的平均比熱為1.9 kJ/(kg C ),管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為 45 W/(m C)。解：由總傳熱速率方程式Q = KoSo Atm3式中 Q = WhCph (T1 -T2)= 1.25 >.9 >0 x (8

35、0 - 30) = 118.8 kWJ.L：匕I弟1kW/？ C)+ d+cc 0.S5 x0 02 0.045 x0.022517At, - Atq= -In竺16 .在一傳熱外表面積 So為300 m2的單程列管換熱器中, 一種560C的氣體作為加熱介質(zhì)。兩氣體逆流流動(dòng)，流量均為300C的某氣體流過(guò)殼方被加熱到420'C。另10000 kg/h，平均比熱為 1.05 kJ/( kg C)。求總傳熱系數(shù)K0。解：換熱器的傳熱量Q = WQpc (t2-tj = (10000/3600)X1050X (420 - 300)5=3.5 W W熱氣體出口溫度Q = WhCph (T1 -T

36、2)即 3.5 X05 = ( 10000/3600) X050 X (560 -T2)解得 T2 = 440 C流體的平均溫度差= 3.33Q _ 3.5xlOJ S At = 300 x14017用平板法測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，平板狀材料的一側(cè)用電熱器加熱，另一側(cè)用冷水冷卻，同時(shí)在板之間兩側(cè)均用熱電偶測(cè)量其表面溫度。所測(cè)固體的表面積為0.02 m2，材料的厚度為20 mm?，F(xiàn)測(cè)得電流表的讀數(shù)為2.8 A，伏特計(jì)的讀數(shù)為14 V，兩側(cè)溫度分別為 280C和100C，求該材料的導(dǎo)熱系數(shù)。解：平板的導(dǎo)熱速率方程式其中Q = IV = 2.8X 14 = 39.2 WQb39.2x0.020.02 x

37、(280 -100)-I W/ (mC)在如圖所示的平板導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置中，試樣直徑 d = 120mm，且由于試樣厚度 b遠(yuǎn)小于直徑d，可以忽略試樣徑向的熱損失。由于安裝不好，試樣與冷、熱表面之間均存在著一層厚度為0.1mm的空氣隙。設(shè)熱表面溫度t180C，冷表面 溫度t2 =30 C。測(cè)試時(shí)測(cè)得的傳熱速率 Q =58.2W。空氣隙在t1下的導(dǎo)熱系數(shù)Am u2l=d =3.780 10"W/(m K)，在t?下的導(dǎo)熱系數(shù)2 =2.675 10W/(m K)。試計(jì)算空氣隙的存在給導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定帶來(lái)的誤差。(提示：不考 慮空氣隙計(jì)算得到的導(dǎo)熱系數(shù) 為表觀值，考 慮空氣隙計(jì)算得到的導(dǎo)熱系

38、數(shù)為真實(shí)值，即要計(jì)算解：由58.2 bQbt1 _t22 =34.3067 b tl _t2 -d2180-30 0.785 0.124又由-t bb1 '1S S2a 2Sh £ Sb1 b b2/. 1 A /. 2所以b1bb212ti -上2Qbt| -t2 Sb1=b2"“233180 -30 0.7850.120.1 100.1 10=22 = 0.0 2 2 7 6 558.23.780 102.675 10怎=43.9271 b所以43.9271 -34.3067 "三侶。乜偵43.927150mm的不銹鋼管，外包6mm厚的玻璃纖維保溫層，

39、其外再包 20mm18外徑為解:Q _2 二龍1 -上3L 1 |213InIn-1 1- 22厚的石棉保溫層，管外壁溫為 300 C，保溫層外壁溫為35 C，已知玻璃纖維和石 棉的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.07W/(m K)和0.3 W/(m K)，試求每米管長(zhǎng)的熱損失及玻璃纖 維層和石棉層之間的界面溫度。2- 300-353 5.9W / m1 . 62 1 . 102InIn0.07500.362QL2 叱tl 21 I D _ In/. 1r3 5.9W/m所以t2 =300 -351.9 307 =128 C2兀19. 某液體在一直管內(nèi)(忽略進(jìn)口段的影響)穩(wěn)定強(qiáng)制湍流流動(dòng)，該管內(nèi)徑為20mm

40、, 測(cè)得其對(duì)流傳熱系數(shù)為：，現(xiàn)將管內(nèi)徑改為27mm,并忽略出口溫度變化對(duì)物性所 產(chǎn)生的影響。(1) 若液體的流速保持不變，試問(wèn)管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)有何變化？(2) 若液體的質(zhì)量流量保持不變，試問(wèn)管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)有何變化?知： d = 0.020m = 20mmd = 27mm求:解:(1)由>小.8duP1 ©廠d1U )1丸nu2 = u1，: = 0.023.8：'20.8d2d2 _ d1d10.820200.94 1727所以W?二 Wi， Wu2 A2 二 u1 A，U2U1二:?uAd12卩8d2U2d2:1 d1U1 0.8a：'2=did2d2u2d

41、u0.8d1d208 If2丫.8<d1 J|_ld2 /魚(yú) ° 8 _d_ d2 a d21.61.8/a1.827二 0.5 8 2 620. 飽和溫度為100°C的水蒸汽，在外徑為40mm、長(zhǎng)度為2m的單根豎管 外表面上冷凝。管外壁溫為94 C。試求每小時(shí)的蒸汽冷凝量100 C下水的汽化潛熱r = 2258 103 J/kg, 97 C下水的物性數(shù)據(jù)為:-43-=0.682 W/(mK),= 2.82 104 Pas,= 958 kg/m3。解：由得又由：o =1.13»L(ts -tw )：o1d “ 2258 103 95829.807 0.682

42、3 刁 =匸13 |42.82漢10 漢 2漢(100 94)=7 46£6 5/9/ m2 KQ = ： oS ts -tw = ： 0 二d。L ts -tw、L o o L ts - tw .1r7465.4659 二 0.04 2100 -9432258 10-4.9857 10”kg/s=17.9484kg/h21.在管長(zhǎng)為1m的冷卻器中，用水冷卻油。已知兩流體作并流流動(dòng)，油由420K冷卻到370K，冷卻水由285K加熱到310K。欲用加長(zhǎng)冷卻管的辦法，使油出口 溫度降至350K。若在兩種情況下油、水的流量、物性、進(jìn)口溫度均不變，冷卻 器除管長(zhǎng)外，其他尺寸也不變。試求加長(zhǎng)后

43、的管長(zhǎng)。知： h =1mT1 =420KT2 二 370K，T2 二 350Kt285Kt2 =310K求:12解：由WhCph T1 -丁2 】 = WcCpc t2 - t1WhCph 420-370 二 WcCpc 310-285WhCph 420-350 二 Ws t 285所以42 03 70 31 02 85 502542 03 5 0 t2 - 2 8 5，70 t? -285,70t2 =285 25 泊=3 2K50又由tT1 - b IT? t2In T2 -1?得:tm1 J35 一6° =92.49Km1135In60135 (350 t； ) 13530 .-=tm2269.81K,135, 135InIn350 -t230又由Q = KS=tm 二 K n d I 二tm得Q2_I2-：tm2Q1I1tm1所以12Q2-t m1_ 7092.49 _ 1 8 5 4 8I1Q1Ltm250