传热练习题2化工原理Word文档下载推荐.docx

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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（

）。

26、黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（）倍。

27、在列管换热器中使用饱和水蒸汽加热冷空气时，管壁的温度接近（）侧温度。

二、选择题

1、管壁热阻和污垢热阻可忽略，当传热面两侧的对流传热膜系数相差较大时，总传热系数总是接近于（）。

热阻大的那侧的传热膜系数B热阻小的那侧的传热膜系数

C上述两者的平均值D不一定

2、在两灰体进行辐射传热，两灰体的温度相差50℃。

现因某种原因，两者的温度差升高到100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该（）。

增大B变小C不变D不确定

3、为减少室外设备的热损失，拟在保温层外包一层金属皮，则选择金属皮时应优先考虑的因素是选用的材料（）。

颜色较深B表面粗糟C颜色较浅D表面光滑

4、推导过滤方程式的一个最基本的依据是（）。

滤液通过滤饼时呈湍流流动

假定滤饼大小均一

滤液通过滤饼时呈层流流动

假定过滤介质的阻力可忽略不计。

5、某一套管换热器，由管间的饱和蒸汽加热管空气，设饱和蒸汽的温度为100℃，空气进口温度为20℃，出口温度为80℃，问此套管换热器管壁温度应是（）。

接近空气温度

接近饱和蒸汽和空气的平均温度

接近饱和蒸汽温度

三、计算题：

1、某一逆流操作套管换热器，冷却水进口温度t1=30℃，出口温度t2=84℃；

热流体进口温度T1=180℃,出口温度T2=120℃.若改为并流操作，其它条件均不变，两流体的出

口温度分别为多少?

（设平均温度差可用算术平均值）。

2、一套管换热器用133℃的饱和水蒸汽将管的氯苯从33℃加热至73℃，氯苯流量为5500kg/h，现因某种原因，氯苯流量减少到3300kg/h，但其进出口温度欲维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少，才能满足要求?

此时饱和蒸汽的冷凝量为原工况的百分之几?

（设在两工况下蒸汽冷凝热阻、管壁热阻、垢层热阻及热损失均可忽略，且氯苯在管作湍流流动，忽略两工况下饱和蒸汽汽化潜热的变化）。

3、在套管换热器中，冷流体以500kg/h流过φ23×

2mm的管，冷流体的比热为1kJ/kg℃，进出口温度为20℃和80℃，管壁的导热系数为45w/m℃，加热介质走管外，温度由150℃降为90℃,已知管传热膜系数为α1=700w/m2℃，总传热系数K0（基于管外表面积）为300w/m℃，热损失可以忽略不计。

求：

管外对流传热膜系数α0；

逆流传热所需管长；

如果加热介质换为140℃的饱和蒸汽，冷凝为饱和液体，蒸汽冷凝传热膜系数

α0=8000w/m2℃，其它条件不变，所需管长；

D、换热器使用一年后，发现冷流体的出口温度达不到80℃，请说明原因。

4、在一单程的列管换热器中，壳程通入100℃的饱和水蒸汽，将管湍流的空气从10℃加热至60℃，饱和蒸汽冷凝成同温度下的水。

若空气流量和空气的进口温度不变，仅将原换热器改成双管程。

试求：

A、空气的出口温度t2

B、空气冷凝量有何变化?

（忽略管壁热阻及换热器的热损失）

例4-1某平壁厚度为0.37m，表面温度t1为1650℃，外表面温度t2为300℃，平壁材料导热系数（式中t的单位为℃，λ的单位为W/（m·

℃））。

若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。

解：

（1）导热系数按常量计算

平壁的平均温度为：

平壁材料的平均导热系数为：

由式可求得导热热通量为：

设壁厚x处的温度为t，则由式可得：

故

上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。

（2）导热系数按变量计算 

由式得：

或

积分

得（a）

当时，，代入式a，可得：

整理上式得：

解得：

上式即为当λ随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。

计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；

而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。

例4-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。

最层为耐火砖，厚度为150mm，中间层为绝热转，厚度为290mm，最外层为普通砖，厚度为228mm。

已知炉、外壁表面分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。

假设各层接触良好。

在求解本题时，需知道各层材料的导热系数λ，但λ值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。

此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到λ值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。

若计算结果与所设的温度不符，则要重新试算。

一般经5几次试算后，可得合理的估算值。

下面列出经几次试算后的结果。

耐火砖

绝热砖

普通砖

设t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3绝热砖和普通砖间界面温度。

，

由式可知：

再由式得：

所以

各层的温度差和热阻的数值如本列附表所示。

由表可见，各层的热阻愈大，温度差也愈大。

导热中温度差和热阻是成正比的。

例4-2附表

材料

温度差

热阻 

59.5

0.1429

绝热转

805.1

1.933

117.4

0.2815

例4-3在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，一减少热损失。

蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表温度不大于40℃。

保温材料的（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。

此题为圆筒壁热传导问题，已知：

，，

先求保温层在平均温度下的导热系数，即：

（1） 

保温层厚度 

将式改写为：

得r3=0.141m

故保温层厚度为：

（2）保温层中温度的分布设保温层半径r处，温度为t，代入式可得：

解上式并整理得：

计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁的温度分布也不是直线而是曲线。

例4-4某列管换热器由φ25×

2。

5mm的钢管组成。

热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆气流流动。

已知管侧空气的αi为50W/（m2·

℃）,管外水侧的α0为1000W/（m2·

℃），钢的λ为45W/（m2·

℃）。

试求基于管外表面积的总传热系数K。

及按平壁计的总传热系数。

参考附录二十二。

取空气侧的污垢热阻，水侧的污垢热阻。

由式知：

若按平壁计算，由式知：

由以上计算结果表明，在该题条件下，由于管径较小，若按平壁计算K，误差稍大，即为：

例4-5在上例中，若管壁热阻和污垢热阻可忽略，为了提高总传热系数，在其他条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：

（1）将αi提高一倍；

（2）将α0提高一倍。

试分别计算K0值。

（1）将αi提高一倍

（2） 

将αo提高一倍

计算结果表明，K值总是接近热阻大的流体侧的α值，因此欲提高K值，必须对影响K值的各项进行分析，如在本题条件下，应提高空气侧的α，才有效果。

例4-6在一单壳程、四管程换热器中，用水冷却热油。

用冷水管流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃。

热油在壳方流动，进口温度为120℃，出口温度为40℃。

热油的流量为１.25kg/s,平均比热为1.9kJ/（kg.℃）。

若换热器的总传热系数为470W/（m2·

℃），试求换热器的传热面积。

换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即：

换热器的传热量为：

1-4型列管换热器的对数平均温度差，先按逆流计算，即：

温度差校正系数为：

由图查得：

例4-7在传热外表面积S0为300m2的单程列管换热器中，300℃的某种气体流过壳方并被加热到430℃。

另一种560℃的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为1×

104kg/h,平均比热均为1.05kJ/（kg.℃）。

试求总传热系数。

假设换热器的热损失为壳方气体传热量的10%。

对给定的换热器，其总传热系数可由总传热速率求得，即：

热气体的出口温度由热量衡算求得，即：

或

解得

流体的对数平均温度差为：

因

由本例计算结果可以看出，两气体间传热的总传热系数是很低的。

例4-8在一传热面积为15.8的m2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℃。

油和水的平均比热分别为1.9及4.18kJ/（kg.℃）。

换热器的ZO总传热系数为320W/（m2·

试求水的出口温度及传热