第五章-傳熱試題

第五章傳熱一．填空傳熱的三種基本方式為___________、_____________、____________。工業(yè)上兩種流體熱交換的基本方式有_________、__________、__________。熱流體將熱量通過壁面?zhèn)鹘o冷流體的過程是______________________、_______________、________________________________。對(duì)流傳熱又分___________對(duì)流和___________對(duì)流。不需要任何介質(zhì)的傳熱稱為_________傳熱。傅立葉定律表達(dá)式為_________，負(fù)號(hào)表示_____________________。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)開__________。金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大多隨其純度的增加而_____，隨其溫度的升高_(dá)____。對(duì)流傳熱的熱阻主要集中在______________，因此____________________是強(qiáng)化對(duì)流傳熱的重要途徑。蒸汽冷凝有二種方式，即_____________和________________。吸收率等于1的物體稱為_____________。反射率等于1的物體稱為_____________。透過率等于1的物體稱為_____________。能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波長(zhǎng)范圍的輻射能的物體稱為_____________?；殷w的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比，稱為物體的_____________。用二種厚度相同的材料保溫時(shí)，往往把_____________的材料包在內(nèi)層，以達(dá)到好的保溫效果。式中兩個(gè)準(zhǔn)數(shù)=__________，Pr=__________.若液體被冷卻時(shí)n=____________。二．選擇題對(duì)雙層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，壁厚相同，各層的導(dǎo)熱系數(shù)分別為和，其對(duì)應(yīng)的溫差分別為和，若>，則和的關(guān)系為____。A.<B.=C.>D.不確定物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的順序?yàn)椋ǎ?。A.金屬>一般固體>液體>氣體B.一般固體>金屬>液體>氣體C.液體>一般固體>金屬>氣體D.氣體>液體>一般固體>金屬14、冷熱兩流體的對(duì)流給熱系數(shù)α相差較大時(shí)，提高總傳熱系數(shù)K值的措施是（）。A.提高小的α值B.提高大的α值C.兩個(gè)都同等程度提高；D.提高大的α值，同時(shí)降低小的α值關(guān)于傳熱糸數(shù)K下述說法中錯(cuò)誤的是（）。A.傳熱過程中總傳熱糸數(shù)K實(shí)際上是個(gè)平均值；B.總傳熱糸數(shù)K隨著所取的傳熱面不同而異；C.總傳熱糸數(shù)K可用來表示傳熱過程的強(qiáng)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；當(dāng)換熱器中冷熱流體的進(jìn)出口溫度一定時(shí)，判斷下面的說法哪一個(gè)是錯(cuò)誤的（）。A．逆流時(shí)，Δtm一定大于并流、錯(cuò)流或折流時(shí)的ΔtmB．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)φ的大小反映了流體流向接近逆流的程度。物體各部分之間不發(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為（）。A．熱傳導(dǎo)B.熱傳遞C.熱放射D.熱流動(dòng)。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。(2)W/(m2℃)（4分）(3)m2（2分）℃（3分）kJ/s，（3分）能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2.外徑為50mm的不銹鋼管，外包6mm厚的玻璃纖維保溫層，其外再包20mm厚的石棉保溫層，管外壁溫為300C，保溫層外壁溫為35C，已知玻璃纖維和石棉的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.07W/(mK)和0.3W/(m解：所以∴W/（ｍ·℃）3.某單程列管式換熱器，其換熱管為mm的不銹鋼管，管長(zhǎng)為3m，管數(shù)為32根。在該換熱器中，用25℃的水將殼程的110℃的某有機(jī)蒸汽冷凝成同溫度的液體，該有機(jī)蒸汽的冷凝傳熱系數(shù)為W/(m2℃)。水的流量為15000kg/h，平均比熱容為4.18kJ/(kg℃)；管壁與水的對(duì)流傳熱系數(shù)為1000W/(m2℃)；不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為17W/(m℃)。試求：1．總傳熱系數(shù)；2．水的出口溫度。解：1．總傳熱系數(shù)W/(m2·℃)2．水的出口溫度（1）m2代入（1）式，得解出℃4.直徑為60×3mm的鋼管用30mm厚的軟木包扎，其外又用100mm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—110℃，絕熱層外表面溫度10℃。已知軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.043和0.07W/（m·℃），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=30mm，r2=60mm，r3=160mm∴W/m負(fù)號(hào)表示由外界向系統(tǒng)內(nèi)傳熱，即為冷量損失量。

5.一套管式換熱器管內(nèi)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)αi=20W/（m2·℃），管間流體的對(duì)流傳熱系數(shù)α0=350W/（m2·℃）。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：原流動(dòng)情況m2·℃/WK=18.92W/m2·℃（1）管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù)增加一倍=2=2×20=40W/m2·℃K=35.9W/m2·℃（35.9-18.92）/18.92=89.75%（2）管外對(duì)流傳熱系數(shù)增加一倍=2×350=700W/m2·℃K=19.44W/m2·℃（19.44-18.92）/18.92=2.75%6.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349W/（m2·℃），管外油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為258W/（m2·℃）。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（m2·℃）/W，油側(cè)的污垢熱阻Rso為0.000176（m2·℃）/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)K。解：（1）產(chǎn)生污垢前的熱阻（m2·℃）/W產(chǎn)生污垢后的熱阻（m2·℃）/W（0.007177-0.00674）/0.00674=6.48%（2）總傳熱系數(shù)W/（m2·℃）

7．某平壁厚度為0.37m,內(nèi)表面溫度t1為1650℃,外表面溫度t2為300℃,平壁材料導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.815+0.00076t（式中ｔ的單位為℃,λ的單位為W／(ｍ·℃）。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。解：平壁的平均溫度為tm=（t1+t2）/2=（1650+300）/2=975℃λ=0.815+0.00076t=0.815+0.00076×975=1.556W／(ｍ·℃)導(dǎo)熱熱通量W/m28．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100mm，其導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.9W/（ｍ·℃）及0.7W/（ｍ·℃）。待操作穩(wěn)定后，測(cè)得爐壁的內(nèi)表面溫度為700℃,外表面溫度為130℃。為減少燃燒爐的熱損失，在普通磚的外表面增加一層厚度為40mm,導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/（ｍ·℃）的保溫材料。操作穩(wěn)定后，又測(cè)得爐內(nèi)表面溫度為740℃,外表面溫度為90℃。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)W/m2加保溫層后，是三層平壁的熱傳導(dǎo)W/m2熱損失減少的百分?jǐn)?shù)（q1–q2）/q1=（2240-707）/2240=68.4%

9．外徑為426mm的蒸氣管道,其外包扎一層厚度為426mm的保溫層,保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)可取為0.615W／(ｍ·℃)。若蒸汽管道的外表面溫度為177℃,保溫層的外表面溫度為38℃,求每米管長(zhǎng)的熱損失。解：由已知r2=0.426/2=0.213m，r3=0.213+0.426=0.639m每米管長(zhǎng)的熱損失W/m10．在列管換熱器中，水以1.2m/s的速度流過內(nèi)徑為25mm，長(zhǎng)為5m的管束。若管內(nèi)壁平均溫度為50℃，水的進(jìn)口溫度為20℃,求水的出口溫度。管壁對(duì)水的平均對(duì)流傳熱系數(shù)為4850W／(ｍ2·℃)，熱損失可忽略，水的密度取為1000kg/m3，比熱為4.187kJ/(kg·℃)。解：設(shè)水的出口溫度為t2換熱器一根管子的傳熱面積S=πdl=3.14×0.025×5流通截面積A=πd2/4=3.14×0.0252/4由熱量衡算和對(duì)流傳熱速率方程得Q=WcCpc(t2-t1)=αS[tW-(t1+t2)/2]即π/4×0.0252×1.2×1000×4.187×1000（t2-20)=4850×3.14×0.025×5[50-(20+t2)/2]解得t2=36.7℃

11．某列管換熱器由Φ25×2.5mm的鋼管組成。熱空氣流經(jīng)管程，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αi為50W／(ｍ2·℃),管外側(cè)的α0為1000W／(ｍ2·℃),鋼的λ為45W／(ｍ·℃)。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)K=38.37W／(ｍ2·℃)按平壁計(jì)算時(shí)，K=47.62W／(ｍ2·℃)

12．一單程列管式換熱器,由直徑為Φ25×2.5mm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℃冷卻到30℃，冷卻水在管間和苯呈逆流流動(dòng),進(jìn)口水溫為20℃,出口不超過50℃。已知水側(cè)和苯側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為1.70和0.85kW／(ｍ2·℃)，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1.9kJ/(kg·℃),管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m·℃)。解：由總傳熱速率方程式Q=KOSOΔtm式中Q=msCph（T1–T2）=1.25×1.9×103×（80-30）=118.8kWkW／(ｍ2·℃)℃∴m2

13．在一傳熱外表面積S0為300m2的單程列管換熱器中，300℃的某氣體流過殼方被加熱到420℃。另一種560℃的氣體作為加熱介質(zhì)。兩氣體逆流流動(dòng)，流量均為10000kg/h，平均比熱為1.05kJ／（kg·℃）。求總傳熱系數(shù)K0解：換熱器的傳熱量Q=msCpc（t2–t1）=（10000/