化工原理传热练习题
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
度为20o C ，出口温度为50o C 。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为900W/(m 2K)、1700W/(m 2K)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若列管为φ25×2.5mm 的钢管，长3米，其导热系数为45W/(m 2K)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求：
（1）所需换热器的列管数为多少？
（2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，换热器的列管数又为多少？
2. 解：m m t L d Kn t KS Q ?=?=0π (3分) 其中，)(21T T C W Q ph h -==1.5?1.9?103?（80-30）=142.5（kW ） (2分) 000111
αλα++=
m i i d d b d d K =1700
1
5.224525105.2209002513
+???+?-=490.5[W/(m 2K)] (3分) 2
1
21ln
t t t t t m ???-?=
?=1030ln 10
30-=18.2(C ?) (3分)
故 7.672
.18310255.49014.3105.1423
3
0=??????=?=-m t L Kd Q n π（根） (2分) （2）若其它条件不变，冷却水的流量变为原来的两倍，则87.295917002
8
.0'0=?=α
W/(m 2
K) (2分)
同理可得，'
K '0
0111
αλα++=
m i d d b =559.1 [W/(m 2.K)] (3分)
则 4.59''0=?=
m
t L d K Q
n π（根） (2分)
2、（20分）用一传热面积为3m 2（以外表面积为准），由Φ25?2.5mm 管子组成的单程列管式换热器，用初温为10℃的水将机油由200℃冷却至100℃，水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h 和1200kg/h ，其比热容分别为4.18kJ/(kg ?K)和2.0kJ/(kg ?K)，水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/(m 2?K)和250W/(m 2?K)，两侧可视为呈逆流流动，如不计算管壁及污垢热阻：
（1） 试计算说明该换热器是否合用？
（2） 夏天，水的初温达到30℃时，该换热器是否合用？（假设K 不改变），如不合用，
如何解决？
四。计算题：.（20分）
解： （1）m 00pc C ph h t A K t C W T C W Q ?=?=?= 3600
1000
)10t (18.4100036001000)100200(0.212002?-??=?
-?? [W] ∴ 4.67t 2=℃ （3分） 200 → 100
67.4 ← 10 3.1112
90
6.132t m =+=?℃ 132.6 90
K m /21W .21620252000125011
d d 111K 2i
i 00?=+=+
=
αα （3分）
∴A 3.11121.2163600
1000
)100200(0.21200??=?
-?? A= 2.77 m 2 ＜ 题给3 m 2 , 合用. （3分）
(2) 水初温30℃
3600
1000
)30t (18.4100036001000)100-200(0.21200Q 2?-??=?
??= 4.87t 2=℃ 200 → 100
87.4 ← 30 3.912
70
6.112t m =+=?℃ （4） 112.6 70
A 3.9121.2163600
1000
)100200(0.21200??=?
-?? （3分） A=3.37 m 2
＞
3 m 2 不合用. 可增加换热面积,两台串联使用. （4分）
4. （15分）某车间有一台运转中的单程列管换热器，热空气走管程，由120?C 降至80?C ，
其对流传热系数α1=50 W/m 2??C 。壳程的水被加热，水进口温度为15?C ，出口升至90?C ，
其对流传热系数α2= 2000W/m 2
??C 。管壁热阻、壁厚及污垢热阻可不计，换热器系逆流操作，水的流量为2700kg/h ，平均比热为4.18kJ/kg ?K ，试计算换热器的传热面积。 解：（1）C m W K ??=+
=
+
=
22
1
/8.482000
1
50111
1
1αα
C t t t t t m ?=-----=???-?=
?3.459012015
80ln )
90120()1580(ln
2
121 p 5
C (9015)2700 4.18100075/36002.3510Q W W
=-=???=?水水
25
4.1063
.458.481035.2m t K Q A m =??=?= （10分）
六．（20分）逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25Kg/s 的液体（比热为1.9KJ/(Kg ·℃),
密度为850 Kg/ m 3
），由80℃冷却到30℃，换热器列管直径为φ25×2.5 mm ，水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85和1.70 kw/(m 2
·℃)，污垢热阻可忽略。 ①若水的出口温度不能高于50℃，求换热器的传热面积；②换热器使用一段时间后，管壁两侧均有污垢生成，水侧污垢热阻R si =0.00026 m 2·℃/w ，油侧污垢热阻R s0=0.000176 m 2
·℃/w ，求此时基于管外表面的总传热系数K 0。③产生污垢后热阻增加的百分数
注：管壁导热系数为λ=45 w/(m ·℃)
12() 1.25 1.9(8030)119h ph Q W C T T kW =-=??-= （3分） 00
2
00.00252525111
11
1472/m i
i
d d b d d K W m C αλα=
=
=??+?+?+?+? （3分）
21122112
()()(8050)(3020)18.28050
ln ln
3020m T t T t t C T t T t ------?=
==?---- （3分）
3
2001191013.947218.2
m Q S m K t ?===?? （3分）
2．
00
000
01
120.00252525251
1
1
1
381.53/0.0001760.00026i m i i
i d d d b s s d d d K R R W m C
αλα=
++?+?+?=
=??++?+?+? （5分）
3． 产生污垢后热阻增加百分数为：
4
25
200.0025252511
17004522.585020
0.0001760.00026 5.011023.63%0.00212-+??==+?+? （3分）
（20分）现有一列管式换热器，内有φ25×2.5 mm 钢管300根，管的有效长度为2m ，要求
将8000Kg/h 空气于管程内由20℃加热到85℃，采用108℃的饱和蒸汽于壳程冷凝加热，冷凝热在饱和温度下排出，蒸汽冷凝传热系数1×104
w/(m 2
·℃)，空气对流传热系数为90 w/(m 2
·℃)，管壁及两侧污垢热阻可忽略，不计热损失，空气在平均温度下比热为1KJ/(Kg ·℃)。
1． 求基于管外表面的总传热系数K 0 2. 核算该换热器是否满足要求。
2． 用一段时间后管内产生了污垢，使空气出口温度变为50℃，求此时管内污垢热阻。 1．
W C m d d K i i ??=?+?=?+=2
4
000014.020
259011011111αα C m W K ??=2049.71 （3分）
2．C t T t T t T t T t m ?=-----=-----=
?44.488510820
108ln )
85108()20108(ln
)()(2
121 （3分）
2312/1044.144)2085(10003600
8000
)(m W t t C W Q pc c ?=-??=
-= （3分） 23
071.4144
.4849.711044.144m t K Q S m =??=?= （2分）
201.472025.0300m l d n S =???==ππ实际 实际S S <0 所以，该换热器合用。（2分） 3．'
'
32218000
()1000(5020)66.6710/3600
c pc Q W C t t W m =-=
??-=? （2分） '
'
121'
2
()()(10820)(10850)
7210820
ln ln 10850m T t T t t C T t T t ------?===?---- （2分）
00'00111i i i i d d Rs K d d αα=+?+ '3'
20'
66.671019.66/47.172
m Q K W m C S t ?===???? （1分）
20'000111201
()(0.014)0.0295/2519.66
i i i i d d Rs m C W d K d αα=
--?=-=?? （2
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1.25kg/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，其进口温度为20o C ，出口温度为50o C 。已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为850W/(m 2K)、1700W/(m 2K)；苯的平均比热为1.9kJ/(kg.K)。若列管为φ25×2.5mm 的钢管，长3米，其导热系数为45W/(m 2K)，并忽略污垢热阻及换热器的热损失，试求：
（1）传热速率为多少？ （3）总传热系数K 为多少？ （2）所需换热器的列管数为多少？
3解：m m t L d Kn t KS Q ?=?=0π
其中，)(21T T C W Q ph h -==1.5*1.9*103*（80-30）=142.5（kW ） 000111
αλα++=
m i i d d b d d K =1700
1
5.224525105.2209002513
+???+?-=490.5[W/(m 2.K)] 2
1
21ln t t
t t t m ???-?=
?=1030ln 10
30-=18.2(C ?)
故 7.672
.18310255.49014.3105.1423
3
0=??????=?=-m t L Kd Q n π（根） 五、（20分）
有一逆流套管换热器，由φ57×3.5mm 与φ89×4.5mm 钢管组成。甲醇在管内流动，流
量为5000kg/h ，由60℃冷却到30℃，甲醇侧的对流传热系数为1512W/m 2
·℃，冷却水在环隙流过，入口温度20℃，出口温度35℃，忽略热损失、管壁及污垢热阻，且已知甲醇平均
比热为2.6kJ/kg·℃，定性温度下水的黏度为0.84cp ，导热系数为0.61W/m 2
·℃，比热为
4.174kJ/kg·℃，密度为1000Kg/m 3
,冷却水在环隙中流动的对流传热系数可由下式计算：
4
.08
.0)(023.0λ
μλ
αp e
e o C R d =，求：
1． 冷却水用量。 2． 总传热系数K 。 3． 所需套管长度。
五、（20分）
1． 冷热流体均无相变，且无热损失，所以：
W T t 5321ph h 12pc C 10083.1)3060(106.23600/5000)T (C W )t (C W Q ?=-???=-=-= （
3分） s Kg t t C Q W pc C /73.1)
2035(10174.410083.1)(35
12=-???=-= （2分）
2．环隙当量直径：m d D d o i e 023.0057.0)0045.02089.0(=-?-=-= （2分）
s m d D V u o i S /7.0)
057.008.0(785.0100073
.1)(785.0222
2=-?=-?= （2分） s m ud e /7.0)
057.008.0(785.0023
.07.01000Re 22=-???==
μρ 75.561
.010174.41084.033=???=-λμp C 则C m W C R d p e e o ??=????==24.08.044.08.0/7.327975.5)1092.1(023
.061.0023.0)(023.0λμλα （2分）
C ??=+=+
=
2i
i 00m /W 4.9445057151213279.711
d d 111K αα （3分）
3．60 30
35 20
25 10
C t t t t t m ?=-=???-?=
?4.161025
ln 10
25ln
2
121 （3分） m m t l d K t KS Q ?∏=?=0
m t d K Q l m 1.394.16057.014.34.94410083.15
0=????=?∏= （3分）
六、(20分) 在一台新套管换热器中，冷却水在φ25×2.5mm
的内管中流动，以冷凝环隙间的某饱和
蒸汽。当冷却水的流速为0.4m/s 和0.8m/s 时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200W/m 2?K 和1700W/m 2?K 。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/m ?K 。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变，试求：
（1）当水的流速为0.4m/s 时，管壁对水的对流传热系数为多少？ （2）管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少？
（3）若操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s ，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，试分析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。
六、（20分）解：
对于新换热器，可忽略污垢热阻，有
o
m o i i o d bd d d K αλα1
1+
+= 其中
m d i 02.0)20025.0025.0(=?-=
m d o 025.0=
m d m 0224.0223.0005
.002
.0025.0ln
02.0025.0==-=
冷却水流速为s m /4.0时
o i αα1
0224.045025.00025.002.0025.012001+
??+?= o
i
αα1
10620.025
.11033.844+?+=
?--
o
i
αα1
25
.11071.74+
=
?- （1）（5分）
流速为s m /8.0时 u u 2='
i i i ααα74.128.0=='
o i αα1
0224.045025.00025.002.074.1025.017001+
??+?= o
i
αα1
10620.0718
.01088.544+?+=
?--
o
i
αα1
718
.01026.54+
=
?- （2）（5分）
（1）求水的流速为0.4m/s 时，管壁对水的对流传热系数 式(1)-式(2) ，得
i
α532
.01083.14=
?-
K m W i ?=2/2907α （3分）
（2）求管外蒸汽冷凝的对流传热系数
将（1）的计算结果带入式(1)中，得
o
α1
290725.11071.74+
=
?- o
α1
1030.41071.744+
?=?--
K m W o ?=?-=
-2
4
/293310
)30.471.7(1α （3分） （3）操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s ，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，其原因可能是污垢热阻造成的。
根据r W t t Cp W t S K Q h c c m '=-'=?'=')(12
K K 9.0='时，Q 也必定减小，而2
t '也会减小，从而m t ?也随之减小，所以 Q Q 9.0<'，h h W W 9.0<'
即，蒸汽的冷凝量下降超过10%。 （4分）
三、（20分，08考研）有一单程管壳式换热器，内装有Φ25×2.5mm 的钢管300根，管长为2m 。要求将流量为8000kg/h 的常压空气于管程由20℃加热到85℃，壳方选用108℃的饱和蒸汽冷凝。若蒸汽侧冷凝的对流传热系数为1×104W/(m 2.℃)，忽略管壁及两侧污垢热
阻和热损失。空气在平均温度下的物性常数为c p =1kJ/(kg.℃)，λ＝2.85×10－
2W/(m.℃)，μ＝1.98×10-5Pa.s 。 试求：（1）空气在管内的对流传热系数；（2）换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）；（3）通过计算说明该换热器能否满足要求；（4）计算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度。 三、（20分，05考研）在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的
苯。苯的流量为4000kg/h ，比热容为1.9kJ/(kg ·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m 2·℃),换热管内侧污垢热阻为4×10-4m 2·℃/W ，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为φ54×2mm 的钢管，有效长度为12m 。试求： （1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg ）； （2）管内苯的对流传热系数αi ；
（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？
三、（20分，06考研）一列管式换热器，管径为φ25mm ×2.5mm ，传热面积为10m 2
（按管外
径计）。今拟用于使80℃的饱和苯蒸气冷凝、冷却到50℃。苯走管外，流量为1.25kg/s ；冷却水走管内与苯逆流，流量为6kg/s ，进口温度为10℃。现已估算出苯冷凝、冷却时
的对流传热系数分别为1600W/(m 2·K)和850 W/(m 2
·K)；水的对流传热系数为
2500W/(m 2
·K)。忽略管壁两侧污垢热阻和管壁热阻。已知水和苯（液体）的比热容分
别为4.18×103J/(kg ·K)和1.76×103
J/(kg ·K)，苯蒸气在80℃的冷凝潜热为395×103
J/kg 。问此换热器是否合用？
三、（20分，07考研）有一套管换热器，某流体走壳程，水走管程，逆流换热。工艺上要求将
流量为870kg/h 的此流体从120℃冷却至70℃，其比热容为3.36 kJ/(kg ?℃)，它对管壁的对流传热系数为2326W/(m 2?℃)，并可视为不变。已知内管为Ф57×3.5mm 的钢管，水的进口温度为20℃。此换热器刚投入使用时很清洁，当流体出口温度为70℃时，测得水出口温度为50℃，管壁对水的对流传热系数为873 W/(m 2?℃) ，水的比热容为4.174 kJ/(kg ?℃)，水的密度为994 kg/m 3。由于冷却水的水质问题，管内壁结垢，使用一年后致使水的出口温度降为45℃。管壁热阻及外壁污垢热阻可忽略不计，且管内外对流传热系数可视为不变。 试求：（1）新工况（结垢后）时的热流体出口温度；（2）该换热器面积；（3）新工况时的内壁污垢热阻系数。
解：（1）（8分）从已知条件看，不能从冷热流体的热量衡算中求出t 2，可考虑联合热量衡算方程和传热速率方程来求取t 2。
联立冷流体的热量衡算方程和传热速率方程：
()m pc c t KS t t c W Q ?=-=12 （2分）
因()()2
1122
121ln
ln t T t T t t t T t T t T t T t m ---=
-----=
? 所以
将T=110℃，t 1=25℃及上述条件代入得：
387
.02
11025110e t =--
解出：t 2=52.28℃。 （2分） （2）（6分）忽略管壁热阻，所以管壁内外温度可认为相同。整个传热过程为管壁内外侧对流传热的串联：
()()w o o w i i t T S t t S Q -=-=αα（2分）
其中的t 为水的平均温度t=(t 1+t 2)/2=(25+52.28)/2=38.64℃，所以
i
o i w
o w d d t
t t T αα11-=-（2分） 将T=110℃，t=38.64℃，αo =1.1×104W/(m 2.℃)，αi =1000W/(m 2.℃)，d i =20mm ，d o =25mm 代
入上式：
20
251000164
.38101.111104-=
?-w w t t 解得：t w =105.16℃，接近管外侧蒸汽的温度。（2分）
（3）（6分）此时的冷水出口温度为t 2’
=t 2-5=52.28-5=47.28℃，依照第一问的同样步骤得到：
pc c c
W S
K e t T t T '21'
=--
变换为：
)'
ln('21t T t T S
c W K pc
c --=
（2分） 将W C C pc =14513.9W/℃、S=7.536m 2、T=110℃、t 1=25℃、t 2’=47.28℃代入上式得：
K ’=585.43 W/(m 2.℃) （2分） 又因为水侧出现污垢，将影响总传热系数：
o
i o Si i o i d d b d d K αλα1
11
'++=
所以
541088.520
252.01101.1120251000143.5851111'1-?=?-
-=--=i o Si o i o i d d d d K b λααm （2分）
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】第四章传热补充习题
第四章 传热 填空题 （1） 对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对 流传热的重要途径。 答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度 （2）黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39 分析：斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而非摄氏温度，即4 273300273600?? ? ??++=5.39。 （3）处理量为440kg/h 的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后，该溶液 在管内生成积垢，使换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出口温度不变， 则该溶剂的处理量变为 。 答案：400kg/h 分析：设Q=m t KA ? m t A K Q ?='' ∴ ==''K K Q Q K K 11 '=1.1 故 Q '=1 .14401.1=Q =400kg/h 选择题 （1）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 （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
B. 克希霍夫 D. 普郎克 答案：B （3）关于下面两种说法的正确结论应是（ ）。 1）固体的辐射和吸收只能在表面上进行，因此只和表面积的大小和表面特性有关； 2）气体的辐射和吸收是在整个体积上进行的，必然和气体积的大小和形状有关。 A. 这两种说法都对； C. 第一种说法对，第二种说法错； B. 这两种说法都错； D.第二种说法对，第一种说法错 答案：A （4）传热速率公式q=KAΔt m 中，Δt m 的物理意义是（ ）。 A.器壁内外壁面的温度差; B.器壁两侧流体对数平均温度差; C.流体进出口的温度差; D.器壁与流体的温度差。 B （5）用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ ） A. 蒸汽的温度； B. 空气的出口温度； C. 空气进、出口平均温度 A （6）（ ）是指当间壁两侧泠、热流体之间的温度为1K 时，在单位时间内通过单位传热面积，由热流体传给泠流体的热能。 A. 导热系数； B. 对流传热系数； C. 总传热系数 C （7）在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K 值接近于（ ）。 A. α蒸汽 B. α空气 C. α蒸汽与α空气的平均值 B （8）翅片管换热器的翅片应安装在( )。 A. α小的一侧 B. α大的一侧 C. 管内 D. 管外 A 计算题 （1）某厂库存有一台列管式换热器，其主要尺寸为：列管规格?38,3?管长4m ，管数127根，欲利用这台换热器，用水蒸气加热空气。蒸汽走壳程，空气走管程，空气流量为6000标准3m / 小时，要求自20℃加热至100℃以上。 已知：空气侧对流传热系数为?2/58m W ℃； 蒸汽侧对流传热系数为11000 w/2m ℃ 污垢热阻和管壁热阻可以忽略不计； 标准状况下，空气密度为1.29kg/3m ，操作条件下空气比热取1.01kJ/kg.℃ 蒸汽的有关参数见附表。
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
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__________。
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、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 习 题 1解： ∵δ λT q ?= ∴1 δ＝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. 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. 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. 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 即 q q 25.1=' 互换位置后，单位管长热损失量增加，说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较适宜。 5. 解： Re ＝ 43 1086.110 49.0172053.0?=??= -μ dG > 4 10 3.614 .01049.0108.1Pr 33=???==-λμ p c >0.7 6.56053 .03==d L >40 故可用N u =0.023Re 0.8Pr 0.4公式 4.08.044.08.03.6)1086.1(053 .014.0023.0Pr Re 023.0????==d λα=330W/m 2· o C 6. 解： 空气平均温度C T T t m ?=+=+= 1602 120 200221 查160 o C 空气：ρ＝0.815kg/m 3，μ＝2.45×10-5Pa·s ，Pr ＝0.682，λ＝0.0364W/m·K 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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昆工化工原理马晓迅第4章传热习题解答1
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