化工基础辅导及试题要点Word下载.docx

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多层（n层）平壁：

公式表明导热速率与导热推动力（温度差）成正比，与导热热阻（R）成反比。

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，则该壁面的热阻愈小，其两侧的温差愈小，但导热速率相同。

3.圆筒壁的稳定热传导

单层圆筒壁：

或

当S2/S12时，用对数平均值，即：

当S2/S12时，用算术平均值，即：

Sm=（S1+S2）/2

多层（n层）圆筒壁：

或

一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应降低，主要原因是因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。

在包有两层相同厚度保温材料的圆形管道上，应该将导热系数小的材料包在内层，其原因是为了减少热损失，降低壁面温度。

二、对流传热

1．对流传热基本方程––––牛顿冷却定律

α––––对流传热系数，单位为：

W/（m2·

℃），在换热器中与传热面积和温度差相对应。

2．与对流传热有关的无因次数群（或准数）

表1准数的符号和意义

准数名称

符号

意义

努塞尔特准数

Nu=αL

λ

含有特定的传热膜系数α，表示对流传热的强度

雷诺准数

Re=Luρ

μ

反映流体的流动状态

普兰特准数

Pr=Cpμ

λ

反映流体物性对传热的影响

格拉斯霍夫准数

Gr=βgΔtL3ρ2

反映因密度差而引起自然对流状态

3．流体在圆形直管中作强制湍流流动时的传热膜系数

对气体或低粘度的液体

Nu=0.023Re0.8Prn

或

λLuρCpμ

α=0.0230.8n

Lμλ

流体被加热时，n=0.4；

液体被冷却时，n=0.3。

定型几何尺寸为管子内径di。

定性温度取流体进、出口温度的算术平均值。

应用范围为Re10000，Pr=0.7~160，（l/d）60。

对流过程是流体和壁面之间的传热过程，定性温度是指确定准数中各物性参数的温度。

沸腾传热可分为三个区域，它们是自然对流区、泡状沸腾区和膜状沸腾区，生产中的沸腾传热过程应维持在泡壮沸腾区操作。

无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在传热边界层或滞流层内，减少热阻的最有效的措施是提高流体湍动程度。

引起自然对流传热的原因是系统内部的温度差，使各部分流体密度不同而引起上升、下降的流动。

用无因次准数方程形式表示下列各种传热情况下诸有关参数的关系：

（1）无相变对流传热Nu=f（Re，Pr，Gr）

（2）自然对流传热Nu=f（Gr，Pr）

（3）强制对流传热Nu=f（Re，Pr）

在两流体的间壁换热过程中，计算式Q=KSΔt，式中Δt表示为两流体温度差的平均值；

S表示为泛指传热面，与K相对应。

在两流体的间壁换热过程中，计算式Q=SΔt，式中Δt=tw-tm或Tm-Tw；

S表示为一侧的传热壁面。

滴状冷凝的膜系数大于膜状冷凝膜系数。

水在管内作湍流流动时，若使流速提高至原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的20.8倍。

若管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的40.8×

20.2倍。

（设条件改变后，仍在湍流范围）

三、间壁两侧流体的热交换

间壁两侧流体热交换的传热速率方程式

Q=KSΔtm

式中K为总传热系数，单位为：

℃）；

Δtm为两流体的平均温度差，对两流体作并流或逆流时的换热器而言，

当Δt1/Δt2<

2时，Δtm可取算术平均值，即：

Δtm=（Δt1+Δt2）/2

基于管外表面积So的总传热系数Ko

四、换热器

间壁式换热器有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式等。

提高间壁式换热器传热系数的主要途径是提高流体流速、增强人工扰动；

防止结垢，及时清除污垢。

消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节，采用浮头式结构或采用U型管式结构。

翅片式换热器安装翅片的目的是增加传热面积；

增强流体的湍动程度以提高α。

为提高冷凝器的冷凝效果，操作时要及时排除不凝气和冷凝水。

间壁换热器管壁温度tw接近α大的一侧的流体温度；

总传热系数K的数值接近热阻大的一侧的α值。

如在传热实验中用饱和水蒸气加热空气，总传热系数接近于空气侧的对流传热膜系数，而壁温接近于水蒸气侧的温度。

对于间壁换热器m1Cp1（T1-T2）=m2Cp2（t1-t2）=KSΔtm等式成立的条件是稳定传热、无热损失、无相变化。

列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支撑管子。

在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管外；

易结垢的流体走管内；

高压流体走管内；

有腐蚀性的流体走管内；

粘度大或流量小的流体走管外。

第三章习题

一、选择题

1、因次分析的目的在于______。

A）得到各变量间的定量关系；

B）得到各无因次数群的确切关系；

C）用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化；

D）用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠。

2、在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对α的影响是______。

A）不凝性气体存在会使α大大降低；

B）不凝性气体存在会使α增大；

C）不凝性气体存在与否，对α无影响；

D）不凝性气体存在会使α大大升高。

3、在蒸气—空气间壁传热过程中，为强化传热，在下列方案中，______是可行的。

A）提高空气流速；

B）提高蒸汽流速；

C）采用过热蒸汽来提高蒸气温度；

D）降低空气的流速。

4、已知当温度为TK时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝板的黑度______耐火砖的黑度。

A）大于；

B）等于；

C）小于；

D）无法判断。

5、在列管式换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否合理：

________。

甲：

传热器的壁温接近加热蒸汽的温度。

乙：

换热器总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数。

A）甲乙均合理；

B）甲乙均不合理；

C）甲合理，乙不合理；

D）甲不合理，乙合理.6、利用水在逆流操作的套管换热器中冷却某物料。

要求热流体的进、出口温度T1、T2和

质量流量G1不变.今因冷却水的进口温度t1升高，为保证完成生产任务，提高冷却水的质量流量G2，其结果______。

A）增大，Δtm不变；

B）Q不变，Δtm下降，K增大；

C）Q不变，K增大，Δtm不确定；

D）Q增大，Δtm下降。

7、在一维稳态多层平壁热传导时，各层的温度差正比于。

A）导热系数；

B）壁厚；

C）热阻；

D）传热面积。

8、为了减少室外设备的热损失，保温层处所包的一层金属皮应该是（）。

A.表面光滑，颜色较浅；

B.表面粗糙，颜色较深；

C.表面粗糙，颜色较浅。

9、用常压水蒸气冷凝来加热空气，空气平均温度为200C，则壁温约为（）。

A.200CB.1000C

C.600CD.47.90C

二、填空题

1、热量传递的基本方式有、 

、 

。

2、工业换热方式有、、 

3、液体的导热系数比固体的 

，比气体的。

4、直径φ30×

5mm的耐热钢管，导热系数为17.5W/m·

℃，管壁内外表面温度各为450℃及600℃，通过单位管长管壁的传热量为。

5、直径为φ38×

2.5mm的钢管，由于流体杂质的沉积，在管内形成0.5mm垢层，垢层导热系数为1.05W/m·

℃，管壁导热系数为45W/m·

℃。

则垢层热阻、管壁热阻、总热阻。

6、已知平壁两侧温度分别为500℃和450℃，壁厚30mm，若λ=45w/m℃，则单位面积的导热速率为kw。

7、直径为φ35×

5mm，长0.6m的不锈钢管，已知其内外表面温度分别为150℃及50℃，管壁导热系数为17W/m·

℃，求通过内外圆筒壁的热通量。

8、温度越高，气体导热系数。

9、多层平壁热传导，哪一层温差大，说明哪一层热组。

10、液体沸腾分、、阶段，工业一般控制在阶段。

11、蒸汽冷凝分、、冷凝效果好，工业上多为冷凝。

12、一单管程单壳程列管换热器，已知壳径为Φ620×

10mm，列管直径为Φ20×

2mm，管长3m，管数42根，热流体在壳方，冷流体在管方。

则冷流体的流通面积、热流体的流通面积，以外表面为基准的换热面积。

13、压力为1.2×

105N/m2的空气，以3.6m/s的速度流过直径为50mm的钢管。

空气进口温度为70℃，出口温度为30℃，空气对管壁的给热系数为。

14、用热流体加热某溶液，热流体放热速率为50×

103W，溶液进口温度为20℃，出口温度不得超过70℃，已知操作条件下溶液比热为4.2kJ／kg·

℃，密度为1050kg/m3，被加热的溶液量为m3／h。

15、一侧流体恒温，一侧变温，Δtm与流向。

16、拟将冷热两流体进行换热，热流体由100℃降至40℃，冷流体从15℃被加热到35℃，计算逆流平均温差和并流平均温差。

17、列管式换热器设折流挡板的目的是，设计多管程的目的。

18、列管式换热器有、、三种。

19、在定性温度下，粘度为μ，密度为ρ，导热系数为λ，比热为Cp的流体以流速u流过内径为D的圆形直管时的对流传热系数为α，则Nu=_______，Re=_______，Pr=_________。

20、蒸汽冷凝分为_______和膜状冷凝两种。

在膜状冷凝中，若增大饱和蒸汽与冷凝壁面的温差Δt，则蒸汽冷凝的传热系数α将，传热速率Q将。

21、灰体的辐射能力与成正比，还与__________成正比。

22、热量传递的方式有、、。

23、热补偿三种方式为__________.____________._____________

24、写出傅立叶定律_____________。

三、简答题

1、什么是稳定传热和不稳定传热？

2、传热的基本方式有哪几种？

各有何特点、区别？

3、什么是饱和蒸汽？

什么是过热蒸汽？

工业中为什么不用过热蒸汽加热？

4、列管换热器为何常采用多管程？

在壳程中设置折流档板的