傳熱練習(xí)題2_化工原理

1、傳熱一、填空1、蒸汽冷凝放熱時(shí)，要經(jīng)常注意排放（），這是因?yàn)椋ǎ?、某物體（可近似為灰體），在 20c 時(shí)，其黑度為=0.8,則其輻射能力的大小為（）,其吸收率為（）。3、管內(nèi)對流傳熱，流體內(nèi)溫度梯度最大是在（），原因是（）。4、膜系數(shù)“越（），液體核狀沸騰時(shí)，t 越大，“越（）。5、在一列管換熱器中用殼程的飽和蒸汽加熱管程的液體（無相變），若飽和蒸汽側(cè)的飽和蒸汽壓力增大，而液體的流量和進(jìn)口溫度不變，則液體出口溫度（），蒸汽側(cè)的對流傳熱系數(shù)（）。6、某換熱器中用飽和水蒸汽加熱有機(jī)溶液，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)溶液的出口溫度比原來低，檢查溶液的初溫和流量均無變化，請列舉二個(gè)可以導(dǎo)致上述現(xiàn)象的原因：（）（）7、常

2、見的列管換熱器折流板型式有（），（）。在列管式換熱器的殼程中設(shè)置折流板的優(yōu)點(diǎn)是（），缺點(diǎn)是（）。8、隨著溫度的增加，空氣的黏度（），空氣的導(dǎo)熱系數(shù)（）。9、某一段流體流過一段直管后，在流入同一內(nèi)徑的彎管段，則彎管段的傳熱系數(shù)比直管段傳熱系數(shù)（）,因?yàn)椋ǎ?0、角系數(shù)取決于換熱物體的（），（）和（），而與（）和（）無關(guān)。11、基爾霍夫定律的表達(dá)式為（），該定律的前提假設(shè)條件是（）。12、在空氣一水換熱的換熱器中，為強(qiáng)化傳熱可能采取的措施有哪些（），傳熱壁面的溫度接近于（）的溫度。13、列管換熱器中，若冷熱兩種流體的溫度差相差較大，則換熱器在結(jié)構(gòu)上常采用（）辦法，常用的結(jié)構(gòu)形式有（）。14、化工

3、生產(chǎn)中常以水蒸汽作為一種加熱介質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是（）。水蒸汽冷凝時(shí)應(yīng)及時(shí)排除不凝性氣體，其原因是（）。15、大容積中的飽和沸騰傳熱可分為（），（）和（），而在工業(yè)生產(chǎn)中常在（）階段操作。16、一回收煙道氣熱量的廢熱鍋爐，在流程安排上，煙道氣（入口溫度為 60C）應(yīng)走（），水（入口溫度為 90C）應(yīng)走（），主要是為避免（）。17、三層圓筒壁熱傳導(dǎo)過程，最外層的導(dǎo)熱系數(shù)小于第二層的導(dǎo)熱系數(shù)，兩層厚度相同，在其它條件不變時(shí)，若將第二層和第三層的材質(zhì)互換，則導(dǎo)熱量變（），第二層與第三層的界面溫度變（）。18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管內(nèi)冷凝，若降低冷卻水的溫度，冷卻水的流量不變，則冷凝傳熱系數(shù)（）,冷凝傳熱量

4、（）。19、在管殼式換熱器中熱流體與冷流體進(jìn)行換熱，若將殼程由單程改為雙程，則傳熱溫度差（）。20、在高溫爐外設(shè)置隔熱擋板，擋板材料黑度愈低，熱損失愈（）。21、寫出兩種帶有熱補(bǔ)償?shù)牧泄軗Q熱器名稱（），（）。22、斯蒂芬波爾茨曼定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為（），它表示（）23、327c 的黑體輻射能力為 27c 黑體輻射能力的（）倍。24、若換熱器中流體溫度變化較大，總傳熱系數(shù)隨溫度變化大時(shí)，傳熱面積可采用（25、沸騰傳熱設(shè)備壁面越粗糙，氣化核心越（）,沸騰傳熱系數(shù)越（）求之。）26、黑體的表面溫度提高一倍，則黑體的輻射能力提高（27、在列管換熱器中使用飽和水蒸汽加熱冷空氣時(shí)，管壁的溫度接近（）側(cè)溫度。

5、二、選擇題1、管壁熱阻和污垢熱阻可忽略，當(dāng)傳熱面兩側(cè)的對流傳熱膜系數(shù)相差較大時(shí)，總傳熱系數(shù)總是接近于（）。熱阻大的那側(cè)的傳熱膜系數(shù) B 熱阻小的那側(cè)的傳熱膜系數(shù)C 上述兩者的平均值 D 不一定2、在兩灰體進(jìn)行輻射傳熱，兩灰體的溫度相差 50Co 現(xiàn)因某種原因，兩者的溫度差升高到 100C,則此時(shí)的輻射傳熱量與原來的輻射傳熱量相比，應(yīng)該（）。增大 B 變小 C 不變 D 不確定3、為減少室外設(shè)備的熱損失，擬在保溫層外包一層金屬皮，則選擇金屬皮時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮的因素是選用的材料（）。顏色較深 B 表面粗糟 C 顏色較淺 D 表面光滑4、推導(dǎo)過濾方程式的一個(gè)最基本的依據(jù)是（）。濾液通過濾餅時(shí)呈湍流流動(dòng)假

6、定濾餅大小均一濾液通過濾餅時(shí)呈層流流動(dòng)假定過濾介質(zhì)的阻力可忽略不計(jì)。5、某一套管換熱器，由管間的飽和蒸汽加熱管內(nèi)空氣，設(shè)飽和蒸汽的溫度為 100C,空氣進(jìn)口溫度為 20C,出口溫度為 80C,問此套管換熱器內(nèi)管壁溫度應(yīng)是（）。接近空氣溫度接近飽和蒸汽和空氣的平均溫度接近飽和蒸汽溫度三、計(jì)算題：1、 某一逆流操作套管換熱器， 冷卻水進(jìn)口溫度 t1=30C,出口溫度 t2=84C;熱流體進(jìn)口溫度 T1=180C,出口溫度 T2=120C.若改為并流操作，其它條件均不變，兩流體的出口溫度分別為多少？（設(shè)平均溫度差可用算術(shù)平均值）。2、一套管換熱器用 133c 的飽和水蒸汽將管內(nèi)的氯苯從 33c 加熱

7、至 73C,氯苯流量為 5500kg/h,現(xiàn)因某種原因，氯苯流量減少到 3300kg/h，但其進(jìn)出口溫度欲維持不變，試問此時(shí)飽和蒸汽溫度應(yīng)為多少，才能滿足要求？此時(shí)飽和蒸汽的冷凝量為原工況的百分之幾？（設(shè)在兩工況下蒸汽冷凝熱阻、管壁熱阻、垢層熱阻及熱損失均可忽略，且氯苯在管內(nèi)作湍流流動(dòng)，忽略兩工況下飽和蒸汽汽化潛熱的變化）。3、在套管換熱器中，冷流體以 500kg/h 流過。23x2mm 勺管內(nèi)，冷流體的比熱為 1kJ/kgC,進(jìn)出口溫度為 20c 和 80C,管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為 45w/mC,加熱介質(zhì)走管外，溫度由 150c 降為 90C,已知管內(nèi)傳熱膜系數(shù)為a1=700w/m2C,總傳熱系數(shù)

8、 K0（基于管外表面積）為 300w/mC,熱損失可以忽略不計(jì)。求：管外對流傳熱膜系數(shù) a0;逆流傳熱所需管長；如果加熱介質(zhì)換為 140c 的飽和蒸汽，冷凝為飽和液體，蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)a0=8000w/m2C,其它條件不變，所需管長；D 換熱器使用一年后，發(fā)現(xiàn)冷流體的出口溫度達(dá)不到 80C,請說明原因。4、在一單程的列管換熱器中，殼程通入 100c 的飽和水蒸汽，將管內(nèi)湍流的空氣從 10c 加熱至 60C,飽和蒸汽冷凝成同溫度下的水。若空氣流量和空氣的進(jìn)口溫度不變，僅將原換熱器改成雙管程。試求：A、空氣的出口溫度 t2）倍。日空氣冷凝量有何變化？（忽略管壁熱阻及換熱器的熱損失）例4-1某平壁

9、厚度為0.37m,內(nèi)表面溫度ti為1650C,外表面溫度t2為300C,平壁材料導(dǎo)熱系數(shù)二岫5+0-0。07&(式中t的單位為C,人的單位為W/(m-C)o若將導(dǎo)熱系數(shù)分別按常量(取平均導(dǎo)熱系數(shù))和變量計(jì)算時(shí)，試求平壁的溫度分布關(guān)系式和導(dǎo)熱熱通量。解：(1)導(dǎo)熱系數(shù)按常量計(jì)算平壁的平均溫度為：.二用。+列0二緲C平壁材料的平均導(dǎo)熱系數(shù)為:兒=0815+0.00076x975=L556啊fC)由式可求得導(dǎo)熱熱通量為:1556if)二卷(1650-300)-5677印加，設(shè)壁厚x處的溫度為t,則由式可得:竺=1650-工二1650-3649、21,556(2)導(dǎo)熱系數(shù)按變量計(jì)算由式得:”T

10、 四二一優(yōu)+源)生=-0,815+0.00076/)加dxdx或，；/上式即為平壁的溫度分布關(guān)系式，表示平壁距離x和等溫表面的溫度呈直線關(guān)系。積分引：次=115+。頗7曲1hCH-、0.00076/2口得 F)(a)翳附。-3。）+翳（。3。2677印當(dāng)6二1時(shí)，4=，代入式a,可得:-5677x=0,815(-1650)+000076-16502整理上式得:5677x-0215X1650+x1650I2解得：-上式即為當(dāng)人隨t呈線性變化時(shí)單層平壁的溫度分布關(guān)系式，此時(shí)溫度分布為曲線。計(jì)算結(jié)果表明，將導(dǎo)熱系數(shù)按常量或變量計(jì)算時(shí)，所得的導(dǎo)熱通量是相同的；而溫度分布則不同，前者為直線，后者為曲線。

11、例4-2燃燒爐的平壁由三種材料構(gòu)成。最內(nèi)層為耐火磚，厚度為150mm,中間層為絕熱轉(zhuǎn)，厚度為290mm,最外層為普通磚，厚度為228mm。已知爐內(nèi)、外壁表面分別為1016c和34C,試求耐火磚和絕熱磚間以及絕熱磚和普通磚間界面的溫度。假設(shè)各層接觸良好。解：在求解本題時(shí)，需知道各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)入，但入值與各層的平均溫度有關(guān)，即又需知道各層間的界面溫度， 而界面溫度正是題目所待求的。 此時(shí)需采用試算法， 先假設(shè)各層平均溫度 （或界面溫度） ，由手冊或附錄查得該溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù) （若知道材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的函數(shù)關(guān)系式， 則可由該式計(jì)算得到入值），再利用導(dǎo)熱速率方程式計(jì)算各層間接觸界面的溫度。

12、若計(jì)算結(jié)果與所設(shè)的溫度不符，則要重新試算。一般經(jīng)5幾次試算后，可得合理的估算值。下面列出經(jīng)幾次試算后的結(jié)果。a2x0,81520.000760.00076耐火磚【二絕熱磚/1普通磚.一 g設(shè)t2耐火磚和絕熱磚間界面溫度，t3絕熱磚和普通磚間界面溫度1Q16Q仆3靴由式可知:再由式得:&i=舄=01429x416.5=59斤C所以，一二廠一N%=R；q=1.933x416,5-805.1所以；.，一帆工-“1514-34=1174吧各層的溫度差和熱阻的數(shù)值如本列附表所示。由表可見，各層的熱阻愈大，溫度差也愈大導(dǎo)熱中溫度差和熱阻是成正比的。例4-2附表。，S4-4_J/%+%+%R；+出；

13、+3；4及左1016-349820.150：290西二01429+1,933+0.28151050150.81=416.5印/所材料溫度差熱阻耐火磚59.50.1429絕熱轉(zhuǎn)805.11.933普通磚117.40.2815例4-3在外徑為140mm的蒸氣管道外包扎保溫材料，一減少熱損失。蒸氣管外壁溫度為390C,保溫層外表溫度不大于40Co保溫材料的2=0.1+0.0002/(t的單位為C。入的單位為W/(mC)0若要求每米管長的熱損失Q/L不大于450W/m,試求保溫層的厚度以及保溫層中溫度分布。解：此題為圓筒壁熱傳導(dǎo)問題，已知：G二。07加小390噌小4。個(gè)先求保溫層在平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)

14、，即：2=01+0,0002390+401=043附/(%吧)I2J（1）保溫層厚度將式改寫為：二竺四遜 a 嘰1no.07450得r3=0,l41m故保溫層厚度為:fi=r3r2=0.141-0.07=0.07加=7加潴(2)保溫層中溫度的分布設(shè)保溫層半徑r處，溫度為t,代入式可得:2”CU43（39OT）75OIn0.07解上式并整理得：:1,.：J計(jì)算結(jié)果表明，即使導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，圓筒壁內(nèi)的溫度分布也不是直線而是曲線。例4-4某列管換熱器由(|)25X2。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氣流流動(dòng)。 已知管內(nèi)側(cè)空氣的“為50W/(m2C),管外水側(cè)的a0為1000W

15、/(m2C),鋼的人為45W/(m2.C)。試求基于管外表面積的總傳熱系數(shù)Ko及按平壁計(jì)的總傳熱系數(shù)。解：參考附錄二十二。取空氣側(cè)的污垢熱阻凡二OS。蘇詠/用,水側(cè)的污垢熱阻a=Q,2xl(T3.均吃由式知：上二旦-+扁土+絲+&+工此%慮&?般*%0.0250,0250.0025x0X25150 x0,020,0245x002251000=0.0269所以若按平壁計(jì)算，由式知：11nin1=+&/+T+R加+一K/X%=1+Q.5xW3+25+0.2xl0-3+=0021850451000由以上計(jì)算結(jié)果表明，在該題條件下，由于管徑較小，若按平壁計(jì)算K,誤差稍大，即為:

16、K-K,46-372LxlOO%=xlOO%=23.7%庫37.2例4-5在上例中，若管壁熱阻和污垢熱阻可忽略，為了提高總傳熱系數(shù)，在其他條件不變的情況下，分別提高不同流體的對流傳熱系數(shù)，即：（1）將ai提高一倍；（2）將a0提高一倍。試分別計(jì)算Ko值。解：（1）將ai提高一倍.=2x50=100JF/p）1=A+1=_+_L=O.OI35M04%100 x0.02woo所以,八.（2）將ao提高一倍%=2x1000=2000喊/吧）_L=且+_L=3_+_L=o必5M44%50 x0.022000所以 5山/雨計(jì)算結(jié)果表明，K值總是接近熱阻大的流體側(cè)的a值，因此欲提高K值，必須對影響K值的各

17、項(xiàng)進(jìn)行分析，如在本題條件下，應(yīng)提高空氣側(cè)的a,才有效果。例4-6在一單殼程、四管程換熱器中，用水冷卻熱油。用冷水管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)口溫度為15C,出口溫度為32Co熱油在殼方流動(dòng)，進(jìn)口溫度為120C,出口溫度為40Co熱油的流量為1.25kg/s,平均比熱為1.9kJ/(kg.C)。若換熱器的總傳熱系數(shù)為470W/(m2C),試求換熱器的傳熱面積。解：換熱器傳熱面積可根據(jù)總傳熱速率方程求得，即：換熱器的傳熱量為：Q=125xl.9xl0j120-40)=190上期1-4型列管換熱器的對數(shù)平均溫度差，先按逆流計(jì)算，即:&(120-32)-(40-15)In絲,120-32In40-15=50吧

18、=M=120-40=471溫度差校正系數(shù)為：二一由圖查得：外=Q29所以,=,1一S一上一幽辿一9環(huán)故一一例4-7在傳熱外表面積S0為300m2的單程列管換熱器中,300c的某種氣體流過殼方并被加熱到430C0另一種560c的氣體作為加熱介質(zhì)，兩氣體逆流流動(dòng)，流量均為ixi04kg/h,平均比熱均為1.05kJ/(kg.C)。試求總傳熱系數(shù)。假設(shè)換熱器的熱損失為殼方氣體傳熱量的10%O解：對給定的換熱器，其總傳熱系數(shù)可由總傳熱速率求得，即:Q二期”也一幻+。工=口帆展匕一幻|熱氣體的出口溫度由熱量衡算求得，即:1x10417x10：xl.05xl03（560-7：1或?：解得:-流體的對數(shù)平均

19、溫度差為：乂560T30=1.11100似02n在本題的條件下，管徑較小，流體的粘度較大，自然對流影響可忽略，故a可用下式進(jìn)行計(jì)算，即：dfupct2-q)二加“上4一“+口T-于附錄查得空氣在30C時(shí)的物性如下:=L86x1(T叩，p=1165機(jī)/譚除267x10町麻口，如盤1切(炮”dup0.089x8x1165Re=;=44600所以；-個(gè)ixioi.aexw5Pr=：=U/22Gl0”空氣流過10排錯(cuò)列管束的平均對流傳熱系數(shù)可由下式求得:d=a.33P”左=0.33x1(44600(0-7=54Wj.)空氣流過15排管束時(shí)，由表查得系數(shù)為1.02,則:=l02Kf=1.02x54-55

20、JF/(W3)表式此二。一33R”fpr以的修正系數(shù)k12345678910 121518253575昔0.48 0.75 0.83 0.89 0.92 0.95 0.97 0.98 0.99 1.0 1.01 1.02 1.03 1.041.05 1.06直列0.64 0.80 0.83 0.90 0.92。 .940.96 0.98 0.99 1.0例4-13在一室溫為20c的大房間中，安有直徑為0.1m、水平部分長度為10m、垂直部分高度為1.0m之蒸汽管道，若管道外壁平均溫度為120C,試求該管道因自然對流的散熱量。解：大空間自然對流的a可由式?jīng)r=c(GrPr)計(jì)算，即:心00296印

21、到，=206x10-5pq,$p=1,029加/,Pr=0.694(1)水平管道的散熱量Q1一二型工2x10%/$pL029GrPr=716xlOexO.694=4.97x10定性齦=等=7。吧該溫度下空氣的有關(guān)物性由附錄查得:7一70+273=2.92X10-31/Gr=所以2.92x10-39.81(120-=7.16x10由表查得：c-0.53,ft=7.41xffxO,1x10(120-20)=2330IF表式選二GrPr中的c和n值加熱表面形狀特征尺寸(GrPr)范圍cn水平圓管外徑do104-1090.531/410910120.131/3垂直管或板高度L1041090.591/4

22、10910120.101/3(2)垂直管道的散熱量_危4尸_292乂1。7乂9團(tuán)(120-20):仲廣(2x10葉GrPr=716xl09x0.694=4.97xl091由表查得：e=0.1,3a=0,1x12(497x10)J5.05叼何.)Q2=5.05xffx0.1xl(120-20)運(yùn)160獷所以a=0.53x0.02960.1(497xlO6=7.41PF/(3)=7.16xl0&所以蒸汽管道總散熱量為：O=0I+0=233Q+16OM25M例4-14飽和溫度為100c的水蒸氣，在外徑為0.04m、長度為2m的單根直立圓管外表面上冷凝。管外壁溫度為9Co試求每小時(shí)的蒸氣冷凝量

23、。又若管子水平放置，蒸氣冷凝量為多少？解：由附錄查得在100c下飽和水蒸氣的冷凝潛熱約為2258kJ/kg。定性溫度=1L+4)=3100+94)=9722由附錄查得在97c下水的物性為：a陽0.682叫麻叼,口二0.282麻ks,p=958ig/wJ(1)單根圓管垂直放置時(shí)先假定冷凝液膜呈滯流，由式知：958Jx9.81x0.682x2258x10-2x0.282x10(100-94)由對流傳熱速率方程計(jì)算傳熱速率，即:0=-)=7466xx004x2(100-94)=11250版故蒸氣冷凝量為:Q_112507-2258x10s核算流型:二7466甲/(/C)=1.13/_0,725(2串

24、III故以LI31dA所以曠工111x1793=30.7相一核算流型：R171R”L71%564=9641800(滯流)例4-15甲苯在臥式再沸器的管間沸騰。再沸器規(guī)格：傳熱面積So為50.7m2;管束內(nèi)徑為0.35m,由直徑為（|）19X2mm、長為5m的管子所組成。操作條件為：再沸器的傳熱速率為9.20X105W;壓強(qiáng)為200kPa（絕壓）。已知操作壓強(qiáng)下甲苯沸點(diǎn)為135C、氣化潛熱為347kJ/kg。甲苯的臨界壓強(qiáng)為4218.3kPa。試求甲苯的沸騰傳熱系數(shù)。解：甲苯沸騰傳熱系數(shù)可由下式計(jì)算，即：=1.052的泮_6_9.2xlOj其中；:000498”0.040.0397炊4M_4x0

25、.0397一萬0,282x15=5641800（滯流）（2）管子水平放置時(shí)若管子水平放置時(shí)，由式知:0,725(2,TTT1函=171/、皿9I333Z=0/1o|-r(L8K+4種+10那)9.81x10*J( (4?i只m口306=0.1071.8X0.0477+4X0.04712+10X0047109.81xlO4)=45所以i；，一二校核臨界熱負(fù)荷qc：%=S3說,產(chǎn)飛-碑，41國=038(4218.3xl03)(0047)033l-0.047)(，ix3.14x035x5/507二571x10”/蘇即:-；且JK二。,047(在0.010.9范圍內(nèi))例4-16在列管換熱器中，兩流體進(jìn)

26、行換熱。135C；管內(nèi)、外流體的對流傳熱系數(shù)分別為外側(cè)污垢熱阻分別為0.0002及0.0005m2阻可忽略。若已知管內(nèi)、外流體的平均溫度分別為170c和12000W/(m2C)及1100W/(m2C),管內(nèi)、C/W。試估算管壁平均溫度。假設(shè)管壁熱傳導(dǎo)熱1分一tv170+0,0005+0,0002110012000135-4170解得：計(jì)算結(jié)果表明，管壁溫度接近于熱阻小的那一側(cè)流體的流體溫度。例4-17車間內(nèi)有一高和寬各為3m的鑄鐵爐門，其溫度為227C,室內(nèi)溫度為27C。為減少熱損失，在爐門前50mm處放置一塊尺寸和爐門相同的而黑度為0.11的鋁板，試求放置鋁板前、后因輻射而損失的熱量。解：（

27、1）放置鋁板前因輻射損失的熱量由下式知:取鑄鐵的黑度二11本題屬于很大物體2包住物體1的情況，故一1G.=C*=5.67X078=4.423町伍V）0二1所以(227+273、(27+273、a2=423xlx9x-y100)I100)二2166x1(/印(2)放置鋁板后因輻射損失的熱量以下標(biāo)1、2和I分別表示爐門、房間和鋁板。假定鋁板的溫度為TiK,則鋁板向房間輻射的熱量為：式中.=C=5,67x0.11=0.624!y/2r)爐門對鋁板的輻射傳熱可視為兩無限大平板之間的傳熱，故放置鋁板后因輻射損失的熱量為:式中=工二3乂3二癡，*C3C；=06055F/(4)所以/TX4=0.605x9x625-UOOj當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，ON=ft-2解得；-將Ti值代入式b,得:放置鋁板后因輻射的熱損失減少百分率為:由以上計(jì)算結(jié)果可見，設(shè)置隔熱擋板是減少輻射散熱的有