化工原理 培训传热练习
一、计算练习题
1. 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm ×3.5mm ，流量为2000kg/h 的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh =230W/（m 2·K ），水的对流传热系数αc =290W/（m 2·K ）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。
解 ①苯的平均温度652
5080=+=T ℃，比热容c ph =1.86×103J/（kg ·K ）
苯的流量W h =2000kg/h ，水的平均温度2523515=+=t ℃，比热容c pc =4.178×
103J/（kg ·K ）。热量衡算式为
)()(1221t t c W T T c W Q pc c ph h -=-= （忽略热损失）
热负荷 43101.3)5080(1086.136002000?=-???=Q W
冷却水消耗量 1335)
1535(10178.43600
101.3)(3
412=-????=-=
t t c Q W pc c kg/h ②以内表面积S i 为基准的总传热系数为K i ，碳钢的导热系数λ=45W/（m ·K ）
089.0290082
.00855.045082.00035.0230111?+
??+=++=o c i m i h i d d d bd K αλα =4.35×10－3+7.46×10－
5+3.18×10
－3
=7.54×10－
3m 2·K/W
K i =133W/（m 2·K ），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。 并流操作
80 50 2.341565ln 1565=-=并
m t ?℃
传热面积 81.62
.34133101.34=??==并并
m i i t K Q S ?m 2
逆流操作 80
50 402
35
45=+=逆m t ?℃
传热面积 83.540
133101.34
=??==
逆逆m i i t K S ?m 2
因逆并逆并故i i m m S S t t >?
17.1==并
逆
逆并m m i i t t S S ?? ③逆流操作 S i =6.81m 2
，2.3481
.6133101.34
=??==i i m S K Q t ?℃ 设冷却水出口温度为t '2，则
80 2.342
35
'=+=t t m ??，='t ?33.4℃，
t '2=80－33.4=46.6℃
水的平均温度t '=（15+46.6）/2=30.8℃，c'pc =4.174×103J （kg ·℃） 冷却水消耗量846)
156.46(10174.43600
101.3)'('3
412=-????=-=
t t c Q W pc c kg/h 逆流操作比并流操作可节省冷却水：%6.361001335
8461335=?-
若使逆流与并流操作时的传热面积相同，则逆流时冷却水出口温度由原来的35℃变为46.6℃，在热负荷相同条件下，冷却水消耗量减少了36.6%。
2.在逆流换热器内，用20℃的水(比热容4.2kJ/(kg·K))将流量为4500kg/h 的液体由80℃冷却30℃，其比热容为 1.9kJ/(kg·K)，液体走壳程，对流传热膜系数为1700W/(m 2·K)；已知换热器由直径为Ф25×2.5mm 的钢管组成，钢管的导热系数λ=45 W/(m·K)；管程走水，对流传热膜系数为850 W/(m 2·K)，若水的出口温度不超过50℃。假设污垢热阻、热损失可忽略，试计算：(1)水的用量；(2)传热面积。 解：(1)水用量：q mr C Pr (t 2-t 1)= q ml C Pl (t 2-t 1) 4500×1.9×(80－30)= q ml ×4.2×(50－20) q ml =3393kg/h (2)传热面积A －－传热基本方程Q=KA △tm ①求传热速率（热负荷）：热损失不计，则 Q=Q r =q mr C Pr (t 2-t 1)= 4500×1.9×(80－30)/3600=118.75kW
②求平均推动力△tm=〖(T －t 2)－(T －t 1)〗/ln(T －t 2)/ (T －t 1) = (80－50)－(30－20)/In(30/10)=18.2K ③传热系数
Ko=471.6 W/(m 2·K)
④ 求传热面积A=118.75×1000/471.6×18.2=13.8m 2
3、在单管程单壳程列管换热器中，用120℃的饱和水蒸汽加热管内的有机液体。管内液体总流量为15000kg/h ，温度由20℃升至50℃，其比热容为
1.76kJ/(kg ·℃)。测得有机液的对流传热系数为790W/(m 2
·℃)，蒸汽冷凝传热
系数为1×104 W/(m 2
·℃)，换热管的直径为Ф25×2.5mm 。忽略管壁热阻、污垢热阻及热损失，试计算传热面积。
解：传热面积A －－传热基本方程Q=KA △tm
①求传热速率（热负荷）Q=Q L =q mL C Pl (t 2-t 1)= 15000×1.76×(50－20)/3600=220kW ②求平均推动力△tm=〖(T －t 2)－(T －t 1)〗/ln(T －t 2)/ (T －t 1) = (120－20)－(120－50)/In100/70=84.1K ③求传热系数
1/K o =d o /αi d i +R i ＋ bd o / λ d m +R o ＋ 1/αo 1/K o =25/20×790＋1/10000
1/K o =0.00168 K o =595 W/(m 2
·K)
④ 求传热面积A o =220×1000/595×84.1=4.39m 2
4、某列管式加热器由多根Ф25×2.5mm 的钢管组成。将苯由20℃加热到50℃，苯
在管内流动，其流量为15m 3/h ，苯的比热为1.76kJ/(kg ·K)，密度为858kg/m 3
。加热剂为130℃的饱和水蒸汽，在管外冷凝。已知加热器以外表面积为基准的总传
热系数为700W/(m 2
·K)。试求换热器面积。
解：求A －－传热基本方程Q=KA △tm （1）求传热速率（热负荷）Q=Q L = q mL C Pl (t 2-t 1)
= 15×858×1.76×(50－20)/3600=188.76kW （2）求平均推动力△tm=〖(T 1－t 2)－(T 2－t 1)〗/ln(T 1－t 2)/ (T 2－t 1) = (130－20)－(130－50)/In110/80=94.2K （3）已知传热系数K o =700W/(m 2·℃) （4）求传热面积A o =188.76×1000/700×94.2=2.86m 2
4、某列管式加热器由18根长3米Ф25×2.5mm 的钢管组成。将苯由20℃加热到60℃，苯在管内流动，其流量为16m 3/h ，苯的比热为1.76kJ/(kg·K)，密度为858kg/m 3。
3
o o o i i m o 1125 2.510251*********.51700d bd K d d αλα-??=++=++??
加热剂为120℃的饱和水蒸汽，在管外冷凝。已知苯在管内的对流传热膜系数为900W/(m 2·K)，水蒸汽的对流传热膜系数为13000 W/(m 2·K)。试校核该换热器能否使用？
解：求A －－传热基本方程Q=KA △tm ①、求传热速率（热负荷）Q=Q L = q mL C Pl (t 2-t 1)
= 16×858×1.76×(60－20)/3600=268.46kW ②、求平均推动力△tm=〖(T 1－t 2)－(T 2－t 1)〗/ln(T 1－t 2)/ (T 2－t 1)
= (120－20)－(120－60)/In100/60=78.3K(或80K)
③、已知蒸汽的膜系数远大于苯的膜系数，所以K o ≈900W/(m 2
·K)
④、求传热面积A o =268.46×1000/900×78.3=3.81m 2 (3.82m 2)
⑤、校核：换热器的面积为A O *= n πd O L=18×3.14×0.025×3=4.24 m 2
故该换热器能满足要求
5、在逆流换热器内，用20℃的水将流量为4500kg/h 的液体由80℃冷却30℃，其比热容为1.9kJ/(kg·K)，液体走壳程，对流传热系数为1700W/(m 2·K)；已知换热器由直径为Ф25×2.5mm 的钢管组成，钢管的导热系数λ=45 W/(m·K)；管程走水，对流传热系数为850 W/(m 2·K)，若水的出口温度不超过50℃。假设污垢热阻、热损失可忽略，试计算传热面积。
解：传热面积A －－传热基本方程Q=KA △tm ①求传热速率（热负荷）：热损失不计，则 Q=Q r =q mr C Pr (t 2-t 1)= 4500×1.9×(80－30)/3600=118.75kW ②求平均推动力△tm=〖(T －t 2)－(T －t 1)〗/ln(T －t 2)/ (T －t 1) = (80－50)－(30－20)/In(30/10)=18.2K ③传热系数
Ko=471.6 W/(m 2·K)
④ 求传热面积A=118.75×1000/471.6×18.2=13.8m 2
6、有一列管换热器由Ф25×2.5mm 的120 根钢管组成。110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝以加热在管内作湍流流动的某液体，且冷凝水在饱和温度下排出。已知液体平均比热为 4.187 kJ/kg·K ，由15℃加热到90℃。管内对流传热系数为
a i =800W/m 2·K ，蒸气冷凝的对流传热系数a o =1.1×104W/m 2
·K ，忽略污垢热阻、壁阻和热损失，每小时收集冷凝水2100kg ，在饱和温度下蒸气冷凝潜热R=2232kJ/kg ，试求传热面积。
解：求A －－传热基本方程Q=KA △tm
① 求传热速率（热负荷）Q=Q r = G r R= 2100×2232/3600=1302kw ② 求平均推动力△tm=〖(T 1－t 2)－(T 2－t 1)〗/ln(T 1－t 2)/ (T 2－t 1)
3
o o o i i m o 1125 2.510251*********.51700d bd K d d αλα-??=++=++??
= (110－15)－(110－90)/In95/20=48.1K ③ 求传热系数
1/K o =d o /αi d i ＋1/αo 1/K o =25/20×800＋1/11000 1/K o =0.00165 K o =606 或1/K o =1 /αi ＋1/αo ④ 求传热面积A o =1302×1000/606×48.1=44.7m 2
8、一套管换热器，管内为mm 254??，套管为mm 4116??的钢管，内管
中苯被加热，苯进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为h Kg /4000。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为有Kg KJ /1.2168，冷凝传热膜系数为
K m W ?2/11630。苯在50℃~80℃之间的物性参数平均值为密度
3/880m KJ =ρ，比热Kg KJ c p /86.1=℃，粘度23/1039.0m Ns -?=μ，导
热系数K m W ?=/134.0λ，管内壁垢阻为W cm /000265.02
，管壁及管外侧热阻不计。试求：
（A ）加热蒸汽消耗量；
（B ）所需的传热面积（以内管外表面计）。
（C ）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？
解：（1）加热蒸汽消耗量：
)(1222t t c w Dr p -=
h
kg D D /103)
5080(86.140001.2168=-?=??
（2）内管中苯的流速：
s m d w u /643.005.0785.08803600
/4000785.0/2
2
22=??==
ρ 4
3
210245.710
39.0880643.005.0?=???=
=
-μ
ρ
u d R e 湍流
C m W P R d c P r e p r 024.08.044
.08.02
23
3/937)41.5()10254.7(05
.0134
.0023
.0023.041
.5134.01039.01086.1?=?==∴=???==-λ
αλμ
则以内管外表面计的传热系数为：
000265.050
54
5093754116301112212211?+?+=?++=s R d d d d k αα 2/656m W K =?℃
2.6780
3.13350
3.133ln 50
80ln
2
112=---=---=
?t T t T t t t m ℃
2
1131122241.12.67656)5080(1086.1)36004000
(
)(m A A t KA t t c w m p =?=-????=-∴ （3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变， 则
383.15.1'8.02
2
==αα ?=?=?22/1296937383.1'm W α℃
2
21221
'''1d d k d d k αα-=-
50
93754
501296546561)'1('1221221?-?+=-+=∴
d d d d K K αα ?=?2/830'm W K ℃（以内管外表面计）
m p t A K t t c w '')(5.111222??=-∴
2
'
11
21
1222'ln ')(5.1t T t T t t A K t t c w p ---=-?
即：12
1
22'''ln
5.1A K t T t T c w p =-- 41.183080
'50
'ln 1086.1)36004000(
5.13?=--????T T 解得：2.145'=T ℃ 即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。
9、 在套管换热器中用饱和水蒸汽加热苯液，苯在mm 254??的钢管内流动。
kPa 196的饱和水蒸汽在环隙冷凝。已测出苯的进口温度为30℃，出口温度为
60℃，流量为4000h kg /，苯和水蒸气的对流传热系数分别为k m w 2
/500和
k m w 24/10，管内壁的污垢热阻为0.0004w k m /2，忽略管壁及管外污垢的热阻，
试求：饱和水蒸气的消耗量；套管的长度； 套管的平均温度；
现由于某种原因，蒸汽压力减至,137kPa 假定苯的物性和蒸汽的对流传热系数不变。求苯液的出口温度。
注：（1）操作条件下苯的比热为k kg kJ ?/9.1
（2）kPa 196时的蒸汽温度为120℃，汽化潜热为2204kPa kg kJ 137,/时的蒸汽温度为109℃。 解：（1）饱和水蒸汽消耗量D ：
)
(1222t t C w Dr p -=
h
kg D /1032204)
3060(9.14000=-?=
?
（2）套管长度L ：
0.746012030
120ln 30
60ln
2
112=---=---=
?t T t T t t t m ℃
541050
1045001114411222?+?+=++=-d d R K s αα
?=?2/401m w K ℃（以内表面计） m
p t l d k t t C w ?=-21222)(π
0.7405.0401)3060(109.1)36004000
(
3???=-??→l π m l 6.13= （3）管壁平均温度：
w
t KA Q m 41034.60.746.1305.0401?=????=?=π
)
(w T T A Q -=∴外蒸α
即：
)
120(6.13054.0101034.644w T -???=?π
117
=?w T ℃
（4）若蒸汽压力减至)109'(137=T KPa 时：
21
1
221222'''ln ')'(t T t T t t l
d K t t C w p ---=-π l d k t T t T C w p 22
122'''ln π=--?
即：6.13054.0401'10930
109109.0)36004000(
23???=--??πt
解得：0.58'2=t ℃ 即苯液的出口温度为58.0℃
10、某固体壁厚b=500mm,其导热系数?=m W /(0.1λ℃)。已知壁的一侧流体
温度Ｔ＝230C ,其对流传热系数a 1=50W/(m.℃);另一侧流体温度t=30℃,对流
传热系数/(1002W =αm 2
℃).若忽略污垢热阻，试求：
（1） 热通量q; （2）距热壁面２５mm 处的壁温t x 。
解：方法一
先求热通量，然后以（Ｔ－t x ）为传热推动力，（
λ
b
a +11）为对应热阻，求出x t 。即将热流体与壁 面对流传热与x
b 厚壁面的导热综合考虑。
（1）热通量q 图3-3 图
2
1111a b a K ++=λ
=
?=++2(53.0100115.0501m ℃)/W ∴ q=2/37853
.030
2301m W K
t A Q =-=?=
(2) 壁温x t q=
λ
x
x b a t T K t
+-=
'?111 )1
(
1
x
x b q T t +
-=α =230-378()1
025.0501+=213℃ 3-85
11、立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ5.225? mm ，
T 2a
1a
管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却 2CS 饱和蒸气，使之从饱和温度46 ℃ 降至10 ℃ ， 走管外，其流量W=0.07kg/s ，其冷凝潜热为356kJ/kg ，比热容为1.05kW/(kg ℃) 。水走管内，且与2CS 呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ℃ 和30℃ 。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为
/2001w K =(?2m ℃) 和/1002w K =(?2m ℃)。问此换热器是否合用？
分析：判断一台换热器是否合用，一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法，本例采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，比较二者后即可以得出结论。本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积1A 和冷却段所需面积 2A ，而1A 、2A 的求得又须以 1m t ? 、 2m t ? 为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却段的温度t 。 解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：
2007.73025.014.330m L d n A =???==π
（1）求所需的传热面积
①冷凝段与冷却段的传热量
kW r W Q 9.2435607.0=?=?=
()()kW T T c W Q s P h h 2065104605.107.022=-?=-= ②两段的平均温差
总传热量：kW Q Q Q 5.2765.29.2421=+=+= 冷却水用量 ()()s kg t t C Q W c p c /263.053018.45
.2712=-?=-=
冷却水离开冷却段的温度 4.718
.4263.065
.2521=?+=+
=C p C C W Q t t ℃
CS 2
冷
却段
冷凝段
冷凝段的平均温差 4646→℃
6
.384
.71630←
℃ 4.1616
6.38ln 166.381=-=?m t ℃ 冷却段的平均温差 4646→℃
5
5
6.384.7←℃ 4.165
6.38ln
56.382=-=
?m t ③所需传热面积
冷凝段 23
11184.47.25200109.241m t K Q A m =??=?=
冷却段 23
22261.14
.161001065.22m t K Q A m =??=?=
2
2145.661.184.4m A A A =+=+='
A>'
A ，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。
【例4-2】 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm ，其导热系数分别为0.9W/（m ·℃）及0.7W/（m ·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm 、导热系数为0.06W/（m ·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？
解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为1
S Q ?
?? ??
此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为： 22447
.01.09.01.013070022
11311=+
-=+-=?
?? ??λλb b t t S Q W/m 2
加保温层后单位面积炉壁的热损失为2
??? ??S Q
此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为：
233
2211412W/m 70606
00407010901090740=+
+-=++-=
??? ??......b b b t t S Q λλλ 故加保温层后热损失比原来减少的百分数为：
%
.%%S Q S Q S Q 568100224470622441001
2
1=?-=????
????? ??-??? ??
【例4-3】 在外径为140mm 的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t 的关系为λ=0.1+0.0002t （t 的单位为℃，λ的单位为W/（m ·℃））。若要求每米管长的热
损失Q/L 不大于450W/m ，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。
解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：r 2=0.07m t 2=390℃ t 3=40℃ 先求保温层在平均温度下的导热系数，即
143.024********.01.0=??? ??++=λW/（m ·℃） （1）保温层温度 将式（4-15）改写为
()L
Q t t r r /2ln 322
3-=
πλ
()07.0ln 45040390143.02ln 3+-?=πr
得 r 3=0.141m 故保温层厚度为
b =r 3－r 2=0.141－0.07=0.071m=71mm
（2）保温层中温度分布 设保温层半径r 处的温度为t ，代入式（4-15）可得 ()45007.0ln
390143.02=-?r t π
解上式并整理得t =－501ln r －942
计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。
【例4-4】 有一列管式换热器，由38根φ25mm ×2.5mm 的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热至80℃，苯的流量为8.32kg/s 。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化。
解：苯在平均温度()5080202
1=+=m t ℃下的物性可由附录查得：
密度ρ=860kg/m 3；比热容c p =1.80kJ/（kg ·℃）；粘度μ=0.45mPa ·s ；导热系数λ=0.14W/（m ·℃）。
加热管内苯的流速为
8103802078508603284
2
2
....n d q u i v =??==πm/s 30960104508608100203
=???==-...u d Re i μρ
()79514
010********
3
....c Pr p =???=
=
-λ
μ
以上计算表明本题的流动情况符合式4-32的实验条件，故
()()408040807953096002014002300230....i ....Pr Re d .???==λα
1272=W/（m 2·℃）
若忽略定性温度的变化，当苯的流量增加一倍时，给热系数为α′ 2215212728.08
.0=?=??
? ??'='u u ααW/（m 2
·℃）
【例4-5】 在预热器内将压强为101.3kPa 的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m ，直径为φ86×1.5mm 的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm 。空气通过管间最狭处的流速为8m/s 。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数。
解：
空气的定性温度=
2
1
（10+50）=30℃ 查得空气在30℃时的物性如下：
μ=1.86×10-5Pa ·s ρ=1.165kg/m 3 λ=2.67×10-2W/（m ·℃） c p =1kJ/（kg ·℃） 所以 4310010
8611651808605=???==-...du Re μρ
7010
672108611012
5
3...c Pr p =????==--λμ
空气流过10排错列管束的平均对流传热系数为：
()()330603306007043100086
002670330330........Pr Re d .=='λα
=55W/（m 2·℃）
空气流过15排管束时，由表（4-3）查得系数为1.02，则 α=1.02α′=1.02×55=56W/（m 2·℃）
【例4-6】 热空气在冷却管管外流过，α2=90W/（m 2·℃），冷却水在管内流过，
α1=1000W/（m 2·℃）。冷却管外径d o =16mm ，壁厚b =1.5mm ，管壁的λ=40W/
（m ·℃）。试求：
①总传热系数K o ；
②管外对流传热系数α2增加一倍，总传热系数有何变化？ ③管内对流传热系数α1增加一倍，总传热系数有何变化？
解：
①由式4-70可知 2
1111αλα++?=
m o i o o
d d b d d K
90
1
5.1416400015.01316100011
+
+=
8.8001111
.000004.000123.01=++=
W/（m 2
·℃）
可见管壁热阻很小，通常可以忽略不计。 ②
()
C m W/414790
210012301
2 ?=?+
=
..K o
传热系数增加了82.4%。
③()C m W/38501111
013
16
1000211
2 ?=+?=
..K o
传热系数只增加了6%，说明要提高K 值，应提高较小的α2值。 及
N T U
N T U +=
1ε
（4-91a ）
【例4-8】 有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数α1=50W/（m 2·K ）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数α2=2000W/（m 2·K ），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t '2和T '2，忽略流体物性参数随温度的变化；②传热速率Q'比原来增加了多少？
解：①水量增加前 T 1=120℃，T 2=80℃，t 1=15℃，t 2=90℃， α1=50W/（m 2·K ），α2=2000W/（m 2·K ）， K)W/(m 8.482000
1
50111
1
122
1
?=+
=
+
=
ααK
C 3.45158090
120ln )1580()90120(ln )()(122
11221?=-----=-----=?t T t T t T t T t m
m pc c ph h t KS t t c W T T c W Q ?=-=-=)()(1221
S c W c W pc c ph h 3.458.487540?== （a ）
水量增加后
28.022'αα=
)K W /(m 3.492000
21
5011211
1'2
8
.02
8
.01
?=?+=
+
=
ααK
15''120ln )15'()'120(''ln )'()'('222212211221-----=-----=?T t T t t T t T t T t T t m
m pc c ph h t S K t t c W T T c W Q '')'(2)'(1221?=-=-=
15''120ln
15''1203.49)15'(2)'120(22222
2-----?=-=-T t T t S t c W T c W pc c ph h
（b ）
)
15'(275
'1204022-=
-t T 或
)'120(80
75
15'22T t -=
- （c ）
15
''120ln
)
15'('1203.493
.458.48'1204022222-----??=
-T t t T T （d ）
式（c ）代入式（d ），得0558.015''120ln 22=--T t 057.115''120ln 22=--T t
（e ）
由式（c ）与（e ）得 t '2=61.9℃ T '2=69.9℃
②25.180
1209.69120''2
121=--=--=T T T T Q
Q 即传热速率增加了25%。
【例4-9】 在一传热面积为15.8m 2的逆流套管换热器中，用油加热冷水。油的流量为2.85kg/s ，进口温度为110℃；水的流量为0.667kg/s ，进口温度为35℃。油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg ·℃)及4.18 kJ/(kg ·℃)。换热器的总传热系数为320W/（m 2·℃）试求水的出口温度及传热量。
解：本题用ε－NTU 法计算。 W h c ph =2.85×1900=5415W/℃ W c c pc =0.667×4180=2788W/℃ 故水（冷流体）为最小热容量流体。 515.054152788m a x m i n ==C C
8.127888.15320)(min min =?==C KS NTU
查图4-27得ε=0.73。
因冷流体为最小热容量流率流体，故由传热效率定义式得
73.01112=--=t T t t ε
解得水的出口温度为 t 2=0.73(110－35)+35=89.8℃
换热器的传热量为
8.152)358.89(4180667.0)(12=-?=-=t t c W Q pc c kW
化工原理传热习题及答案汇总
化工原理习题及答案 第五章传热 姓名____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 2.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, λ=0.25w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1000w 3.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃, 而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数λ=0.35w.m.K,则其厚度不低于_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 91mm 4.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s,此时传热系数α=_____________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=3.81(kw.m.K) 5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为_____________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为1.2m.s,此时传热系数α=________________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=5.26(kw.m.K) 6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。 ***答案*** q=αA△t w.m.K 7.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 27.9K 8.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 41.6K 9.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________. ***答案*** 热传导热对流热辐射 10.（6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α.αλ的关系为_________.当间壁管规格为φ108×4mm,导热系数为45(w. m.K)时,管内外两侧给热系数分别为8000 (w.m.K)和1200(w.m.K)时,总传热系数K__________. ***答案*** 1/K=1/α+bd/λd+1d/αd 946(w.m.K) 11.（4分）某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度为80℃和50℃,冷流体的
化工原理传热题库
第四章《传热》练习题 一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异； C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； 答案：C 2、揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（）。 A、斯蒂芬-波尔兹曼定律；C、折射定律； B、克希霍夫定律；D、普郎克定律； 答案：B 3、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。 A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体； 答案：A、C、D；B、E、F 4、影响对流传热系数的因素有( )。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况； C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素； 答案:A、B、C、D、E 5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是( )。 A、不可行的； B、可行的； C、可能行，也可能不行； D、视具体情况而定； 答案：A 解：原因是：流量不变 2 d u=常数 当管径增大时，a. 2 / u l d ∝ ， 0.80.2 1.8 /1/ u d d α∝=
b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据 ()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 121ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则 12ln T t T t -↓-∴2t ↓ ? 本题在于灵活应用管强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。 根据连续性方程，流量不变时，24V d u π ==常数，所以管径变化，管流速也发生变化。管间用饱和水蒸气加热，热阻小， 可以忽略不计，总热阻近似等于管传热热阻，即K α≈ 6、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。 A 、②>④>③>①； B 、③>④>②>①； C 、③>②>①>④； D 、②>③>④>①； 冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水 水 ④ 水 轻油 答案：D 7、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法： ①加热器应置于该空间的上部；②冷凝器应置于该空间的下部； 正确的结论应该是（ ）。 A 、这两种说法都对； C 、第一种说法对，第二种说法错； B 、这两种说法都不对； D 、第二种说法对，第一种说法错； 答案：B
化工原理--传热习题及答案
传热习题及答案 一、选择题： 1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）C A 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值； B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异； C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体 的物性无关； D 、要提高K 值，应从降低最大热阻着手； 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程 的有（ ）。Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、Ｆ Ａ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流 体； Ｄ、腐蚀性流体； Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流 体； 3、影响对流传热系数的因素有( )。A 、B 、C 、D 、E A 、产生对流的原因； B 、流体的流动状况； C 、流体的物性； D 、 流体有无相变；E 、壁面的几何因素； 4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热 至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措 施是：A A 、不可行的； B 、可行的； C 、可能行，也可能不行； D 、视具 体情况而定； 解：原因是：流量不变 2d u =常数 当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u d d α∝= b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴ 21 12ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 12 1 ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓
化工原理传热练习题(DOC)
传热 概念： 1、传热的三种基本方式 2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热 计算公式 （1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8） （2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。（3）实验测K (例4－9) （4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10） 二实验题（10） 1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？ 2.蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？ 3.为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的 和S？为什么？ 换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？ 4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。（1分） 当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用逆流操作。（1分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。（1分）采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。（1分） 2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。（3分） 一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。 （3分）5．灰体的定义及特点 6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、 仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？ 三计算题（60分） 3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为 1.5kg/s，由80o C 被冷却至30o C。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题 1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ，λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4 ＝50o C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δ λ T q ?= ∴1δ＝m q T T 22.01200 900 11003.1211 =-?=-λ 又∵3 3 224 23 4 33 2 3 22 λδλδδλδλ+-= -=-=T T T T T T q ∴ W K m q T T /579.093 .012.01200509002334222?=--=--=λδλδ 得：∴m 10.018.0579.0579.022=?==λδ 习题1附图 习题2附图 2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T 2=300o C ，T 3=50o C
求： T 1=？ 解： ∵δ λ δ λ 3 13 23 T T T T q -=-= ∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3） T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C 3. 直径为?60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为–110o C ，绝热层外表面温度10o C 。已知软木和保 温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·o C ），试求每米管长的冷量损失量。 解：圆筒壁的导热速率方程为 ()2 3212131ln 1ln 12r r r r t t L Q λλπ+-= 其中 r 1=30mm ，r 2=60mm ，r 3=160mm 所以 ()2560 160 ln 07.013060ln 043.01101002-=+--=πL Q W/m 负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。 4. 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？ 解：设外层平均直径为d m,2，内层平均直径为d m,1，则 d m,2= 2d m,1 且 λ2=2λ1 由导热速率方程知 1 111112 2114522λππλπλλλb L d t L d b L d b t S b S b t Q m m m m m ???= + ?= + ?= 两层互换位置后 1 1111122λππλπλb L d t L d b L d b t Q m m m ??= + ?= ' 所以 25.14 5 =='='q q Q Q
化工原理计算题例题
三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452×
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题 1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ， λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3 δ＝12cm ，q ＝ 1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1 δ＝？2 δ＝？ 解： ∵δλT q ?= ∴1 δ＝m q T T 22.01200 900 11003.12 1 1 =-? =- λ 又∵3 3 224 23 4 33 2 3 22 λδλδδλδλ+-= -=-=T T T T T T q ∴W K m q T T /579.093 .012 .0120050900233422 2?=--=--= λδλ δ 得：∴m 10.018.0579.0579.022 =?==λδ
习 题1附图 习题2附图 2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δ λ δλ3 13 2 3 T T T T q -=-= ∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3） T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C
传热练习题2_化工原理
传热 一、填空 1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（），这是因为（）。 2、某物体（可近似为灰体），在20℃时，其黒度为ε=0.8，则其辐射能力的大小为 （），其吸收率为（）。 3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（），原因是（）。 4、膜系数α越（），液体核状沸腾时，△t越大，α越（）。 5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变），若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（），蒸汽侧的对流传热系数（）。 6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请列举二个可以导致上述现象的原因：①（）②（） 7、常见的列管换热器折流板型式有（），（）。 在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（），缺点是（）。 8、随着温度的增加，空气的黏度（），空气的导热系数（）。 9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（），因为（）。 10、角系数取决于换热物体的（），（）和（），而与（）和（）无关。 11、基尔霍夫定律的表达式为（），该定律的前提假设条件是（）。 12、在空气—水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（）， 传热壁面的温度接近于（）的温度。 13、列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（）办法，常用的结构形式有（）。 14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（）。水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（）。 15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（），（）和（），而在工业生产中常在（）阶段操作。 16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为60℃）应走（），水（入口温度为90℃）应走（），主要是为避免（）。 17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。 18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（），冷凝传热量（）。 19、在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程改为双程，则传热温度差（）。 20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（）。 21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称①（），②（）。 22、斯蒂芬—波尔茨曼定律的数学表达式为（），它表示（ ）。 23、327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的（）倍。 24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（ ）求之。 25、沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（），沸腾传热系数越（
化工原理—传热复习题
一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异； C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； C 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。 A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体； A、C、D； B、E、F 3、影响对流传热系数的因素有( )。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况； C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素； A、B、C、D、E 4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（）。 A、②>④>③>①； B、③>④>②>①； C、③>②>①>④； D、②>③>④>①； 冷流体热流体 ①水气体 ②水沸腾水蒸气冷凝 ③水水 ④水轻油 D 5、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。 A、③>④>①>②； B、④>③>②>①； C、③>④>②>①； D、③>②>④>①； ①空气流速为30m/S时的a；②水的流速为1.5m/s时的a； ③蒸汽滴状冷凝时的a；④水沸腾时的a； C 6、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。 A、管避热阻； B、污垢热阻； C、管内对流传热热阻； D、管外对流传热热阻； B 7、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（）。 A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过； B、热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围； C、热射线和可见光一样，都服从折射定律； D、物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； A 8、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C，出口温度为50?C，冷
化工原理传热试题
一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻（大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W接近于α值（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈（大、小），其两侧的温差愈（大、小）。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈，其两侧的温差愈。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效措施是。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加、或；翅片管换热器安装翅片的目的是。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻，各层导热速率。 (7) 物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称、、。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括、和三个阶段。实际操作应控制在。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而。 (10) 传热的基本方式有、和三种。热传导的基本定律是其表达式为??????。 (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的____倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的倍。（设条件改变后仍在湍流范围） (12) 导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总传热系数的单位为。 二、选择 1 已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿＿耐火砖的黑度。 A 大于 B 等于 C 不能确定 D 小于 2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm的直管，则其α将变为。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。 A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 5 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的______在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积
化工原理习题第二部分热量传递答案
化工原理习题第二部分热量传递 一、填空题： 1.某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料，其厚度为240mm，λ=0.57w/m.K，此时单位面积的热损失为____ 1140w ___。(注:大型容器可视为平壁) 2.牛顿冷却定律的表达式为____ q=αA△t _____，给热系数（或对流传热系数）α的单位是__ w/m2.K _____。 3.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=____27.9K _____。 3. 某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃，冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=____ 41.6K _____。 4.热量传递的方式主要有三种:__ 热传导___、___热对流 ____、热辐射。 5.对流传热中的努塞特准数式是＿＿Nu＝αｌ/λ＿＿＿＿, 它反映了对流传热过程几何尺寸对α的影响。 6.稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。 7.两流体的间壁换热过程中，计算式Q＝α.A.△ｔ，A表示为α一侧的换热壁面面积_______。 8.在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为____________ A 泛指传热面, 与K 相对应________。 9.两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃，当它们逆流流动时, 平均传热温差△tm=_____ 50℃_______，当并流时,△tm=___ 47.2℃______。 10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T＝400℃，出口温度T 为200℃，冷气体进口温度ｔ＝50℃，两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若不计热损失时，冷气体出口温度为＿250_＿℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为＿＿240℃＿。 11.一列管换热器，列管规格为φ38×3, 管长4m,管数127根，则外表面积F=__F1=127×4π×0.038=60.6m2，而以内表面积计的传热面积F____ F2=127×4π×0.032=51.1m2__________。
完整版化工原理试题库答案2
、选择题 1 ?当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（ A ） A. 质量流量 B.体积流量 2. 孔板流量计是（C ）。 A. 变压差流量计，垂直安装。 C.变压差流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采 用改变出口阀门的开度调节流量的是（ C ） A .齿轮泵 B.旋涡泵 C.离心泵 D.往复泵 4. 下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（ B ）o A .增加离心泵的排液高度。 B.增加离心泵的吸液高度。 C.启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D.启动前，没有关闭岀口阀门。 5?水在规格为 ①38 x 2.5mm 勺圆管中以0.1m/s 的流速流动，已知水的粘度为 1mPa-s 则其流动的型态为 （C ）o A. 层流 B.湍流 C.可能是层流也可能是湍流 D.既 不是层流也不是湍流 6?下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（ D ）o A. 位能 B.动能 C.静压能 D.热能 7?在相同进、出口温度条件下，换热器采用（ A ）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B.并流 C.错流 D.折流 &当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（ C ）也增大。 A .流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9?下列换热器中，需要热补偿装置的是（ A ）o A ?固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U 型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（ D ） A. 热传导 B.对流 C.热辐射 D.对流传热 11. 流体在管内呈湍流流动时 _____ B ____ o A. R e > 2000 B. Re>4000 C. 2000 化工原理—传热复习题及答案 一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异； C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； C 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。 A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体； A、C、D； B、E、F 3、影响对流传热系数的因素有()。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况； C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素； A、B、C、D、E 4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（）。 A、②>④>③>①； B、③>④>②>①； C、③>②>①>④； D、②>③>④>①； 冷流体热流体 ①水气体 ②水沸腾水蒸气冷凝 ③水水 ④水轻油 D 5、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。 A、③>④>①>②； B、④>③>②>①； C、③>④>②>①； D、③>②>④>①； ①空气流速为30m/S时的a；②水的流速为1.5m/s时的a； ③蒸汽滴状冷凝时的a；④水沸腾时的a； C 6、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。 A、管避热阻； B、污垢热阻； C、管内对流传热热阻； D、管外对流传热热阻； B 7、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（）。 A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过； B、热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围； C、热射线和可见光一样，都服从折射定律； D、物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； A 8、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C，出口温度为50?C，冷水进口温度为15?C，出口温度为53?C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的（）。 A、5%； B、6%； C、7%； D、8%； 第五章 传热过程基础 1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。 解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 L t t S Q 2 1-=λ 式中 W 50W 1005.0=?==IV Q m 02.0C 50C 200m 02.0212=?=?==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得 ()() )()C m W 333.0C m W 5020002.002 .05021??=??-??=-= t t S QL λ 2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为 20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2 32212 11b t t S b t t S Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+?=+ 21000.30.00030.30.00030.3150.000152 t t t λ+=+=+?=+ 代入λ1、λ2得 2.0100)00015.0315.0(4.01500)000 3.025.1(-+=-+t t t t 解之得 C 9772?==t t ()()()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ 则 () 221 11 m W 2017m W 4 .0977 1500543.1=-? =-=b t t S Q λ 3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)， 1、用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0、88(摩尔分数,下同),流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99、5%,釜液中乙烷的回收率为99、4%,试求所得馏出液、釜液的流量与组成。 2、例题:设计一精馏塔,用以分离双组分混合物,已知原料液流量为100kmol/h,进料中含轻组分0、2(摩尔分数,下同),要求馏出液与釜液的组成分别为0、8与0、05。泡点进料(饱与液体),物系的平均相对挥发度α=2、5,回流比R=2、7。试求:1)精馏段与提馏段操作线方程;2)从塔顶数第二块板下降的液相组成。 3、例题用一常压精馏塔分离某二元理想溶液,进料中含轻组分0、4(摩尔分数,下同),进料量为200kmol/h饱与蒸汽进料,要求馏出液与釜液的组成分别为0、97与0、02。已知操作回流比R=3、0,物系的平均相对挥发度α=2、4,塔釜当作一块理论板处理。试求:(1)提馏段操作线方程;(2)塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。(从塔底向上计算) 4、例题:常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔,进料中丙酮50%(摩尔分数,下同),其中气相占80%,要求馏出液与釜液中丙酮的组成分别为95%与5%,回流比R=2、0,若进料流量为100kmol/h,分别计算精馏段与提馏段的气相与液相流量,并写出相应的两段操作线方程与q 线方程。 5、在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液。原料液组成为0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为0、95。汽--液混合进料,其中汽相占1/3(摩尔数比),回流比为最小回流比的2倍,物系的平均相对挥发度为2、5,塔顶采用全凝器。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。 6、在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,组成为含苯0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为含苯0、9,苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),操作回流比为最小回流比的1、5倍,物系的平均相对挥发度为2、5。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)提馏段操作线方程。 7、板式精馏塔常压下分离苯-甲苯物系,塔顶采用全凝器,物系平均相对挥发度为2、 5,进料就是流量为150kmol/h,组成为0、4的饱与蒸汽,回流比为4、0,塔顶馏出液中苯的回收率为0、97,釜液中苯的组成为0、02。试求:(1)塔顶产品流率,组成与釜液流率;(2) 精馏段、提馏段操作线方程;(3)实际回流比与最小回流比的比值。 8、某二元连续精馏塔,进料量100kmol/h,组成为0、5(易挥发组分mol分率),饱与液体进料。塔顶、塔底产品量各为50kmol/h,塔顶采用全凝器,泡点回流,塔釜用间接蒸汽加热,物系平均相对挥发度为2、0,精馏段操作线方程为yn+1=0、714xn+0、257,试求:1 塔顶、塔底产品组成(mol分数)与塔底产品中难挥发组分回收率 ;2最小回流比;3提馏段操作线方程。 9用常压精馏塔分离某二元理想溶液,其平均相对挥发度α=3,原料液组成0、5(摩尔分率),进料量为200kmol/h,饱与蒸汽进料,塔顶产品量为100kmol/h。已知精馏段操作线方程为 传热复习题1 （1）保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？ 答：首先，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。举例说，如夹层内壁温度为98ο C ，外壁温度为28ο C ，黑度为0.95的玻璃表面镀上黑度为0.02的银层后,其辐射散热量可由原来的5502m W 降至6.152m W 。第三，在使用保温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作，而且在灌水时还要在瓶颈处留出一段空气的导热系数比水在小得多，从而有效地降低了瓶口的导热热损失。 （2）计算蒸气在水平管外冷凝的凯恩（Kern ）公式为：=a 0.725(t d r g ??????02 3 μρ λ)。试定性说明各种因素对冷凝给热系数a 的影响。 答：应当指出，冷凝给热的热阻是凝液造成的，因此式中各物性常数都是凝液的物性，而非蒸气的物性。 当λ大时，液膜导热性能良好，a 自然就大；ρ大，液膜容易从壁面上往下滑，同样使a 增大，潜热r 大，a 也大。相反，若蒸气温度和壁温之间的温差t ?大，则意味着单位时间内凝液量增多，凝液膜增厚，这反而不利于传热，因此a 会变小；当粘度μ增大时，因流动阻力增大，液膜增厚，a 必然减小；至于水平管的直径d 0大了，会使管子下部液膜加厚，同样不利于传热， a 也要变小。 将上面定性分析结果与凯恩公式对照后可以发现：二者是完全一致的． （3）换热器的热负荷与传热速率有何不同？ 答：冷、热流体在单位时间内在换器中所交换的热量，称为换热器的热负荷．它是针对换热任务的需要提出的，是生产上要求换热器应具有的换热能力，热负荷可根据生产中物流量、进出口温度及状态变化求化求出。 而传热速率则是指换热器本身在一定操作条件下所具有的传递热量的能力，是换热器本身的特性，二者是不相同的。 容易混淆的是，实际生产中设计或标定换热器时，常把传热速率与热负荷视为相等，一般都是通过热负荷的计算，求得换热器应具有的传热速率，再依据传热基本方程求出所需换热器的传热面积，尽管二者在数值上常视为相等，但就其本质讲，含义是完全不同的。 （4）何谓换热器的控制热阻? 答:换热器的总热阻1/K 主要取决于冷、热流体的对流传热热阻，当然也和管壁的热阻及污垢热阻有关，即， λααb K i ∑++=0111 若忽略管壁及污垢热阻，则有 1 11αα+≈i K 如果i α和0α相接近，也就是两种流体的传热阻力差不多时，在谋求强化传热过程中，一般要考虑把i α、0α都增大。 但往往有这种情况，两者的α 值相差很大，例如i α>>0α,则 1 1 αα<< i 。 这时 1 1α≈K K ≈0α 即总传热系数K 值接近对流传热系数小的一侧流体的α 值，在本例条件下总热阻完全被管外的对流传热热阻所控制。1/0α被称为控制热阻。 控制热阻的概念对强化传热研究是非常重要的。它可以使我们在寻求强化的过程中紧紧抓住主要矛盾，提醒我们为了增大换热器的总传热系数，减少热阻，关键在于增大控制热阻一侧的α。 （5）室内暖气片为什么只把外表面制成翅片状？ 答：室内暖气片内部的热流体（水或水蒸气）与片外的冷流体（空气）之间的热递属对流—传导—对流过程。因为 第四章 传热 一、填空题： 1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度 2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知 321b b b >>；导热系数321λλλ<<。在稳定传热过程中， 各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。 解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、 ①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。 ②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。 因为 4 0100? ?? ??==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、 ①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。 ②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。 解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、 ①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。 ①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。 ②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁 w t 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。 ②对于间壁式换热器： m t KA t t Cp m T T Cp m ?=-=-)()(122' 2211'1等式成立的条件 是 、 、 。 解①大 ， 热阻大 ②稳定传热 ， 无热损失 ， 无相变化 8、①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是 。 ②等温面不会相交，因为 。 解①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支承管子 ②一个点不可能具有两个不同的温度 9、①由多层等厚度平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ，其两侧的温度差愈 。 ②为了减小高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置 的措施。 第四章习题 1）用平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。设平板的导热面积为0.03m 2，厚度为0.01m 。测量数据如下： 试求：①该材料的平均导热系数。②如该材料导热系数与温度的关系为线性： ，则λ0和a 值为多少？ 001825 .0)/(4786.0] 2/)50200(1[5878.0]2/)100300(1[6533.0)/(6206.02/)() /(5878.01153.201.0/03.0)50200() /(6533.0140 8.201.0/03.0)200300(/)(1][00000 2102201121=?=++=++=∴?=+=?=?=?-?=?=?-∴=-=a C m w a a C m w C m w C m w VI L S t t Q m λλλλλλλλλλλ得）解 2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2、t 3和t 4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。 1 2112)100200()200400(21200400400500(/)(/)(/)(][3213221343232121：：：：：：：：））：（：解==--==--=-=-=-=R R R R R R R R T T R T T R T T Q 3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m ·℃)，0.16 W/(m ·℃)和0。92 W/(m ·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m ，普通砖厚度为0.25m 。已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。 2 21/81.247)]92.0/25.0()16.0/5.0()112/5.0/[)551000() //(/][m w b t t S Q i i =++-=-=∑（（）解λ 4）在外径100mm 的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08 W/(m ·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m ，试求绝热层厚度。 mm r r mm r r Ln r r Ln t t L Q 9.19509.699.69150 )50/()50150(16.0) /(/)(2/][12221221=-=-=∴=-=-=壁厚为：解ππλ 5）Φ38×2.5mm 的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。 50第一层是mm 厚的氧化锌粉，其平均导热系数为0.07 W/(m ·℃)；第二层是10mm 厚的石棉层，其平均导热系数为0.15 W/(m ·℃)。若管内壁温度为180℃，石棉层外表面温度为35℃，试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度？ 解：①r 0 = 16.5mm = 0.0165m ，r 1 =19mm = 0.019 m r 2 = r 1＋δ1 = 0.019＋0.05 = 0.069 m r 3 = r 2＋δ2 = 0.069＋0.01 = 0.079 m λ0 = 45 W/(m ·℃) Q L t t r r r r r r =-?+?+?=??-++=211123141803514519165100769191015796947103010121232 πλλλ()ln ln ln .() ln ..ln .ln .W/ m ② Q L t t r r =-2123232πλ() ln 即 47123510157969 2.().ln =-πt ∴ t 2 = 41.8 ℃化工原理—传热复习题及答案
新版化工原理习题答案(05)第五章 传热过程基础
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化工原理课件传热习题201111
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