第五章传热.docx

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第五章传热

第五章-传热

第五章传热

一．填空

1.传热的三种基本方式为___________、_____________、____________。

2.工业上两种流体热交换的基本方式有_________、__________、__________。

3.热流体将热量通过壁面传给冷流体的过程是______________________、_______________、________________________________。

4.对流传热又分___________对流和___________对流。

5.不需要任何介质的传热称为_________传热。

6.傅立叶定律表达式为_________，负号表示_____________________。

7.一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为___________。

8.金属的导热系数大多随其纯度的增加而_____，随其温度的升高_____。

9.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。

10.蒸汽冷凝有二种方式，即_____________和________________。

11.吸收率等于1的物体称为_____________。

12.反射率等于1的物体称为_____________。

13.透过率等于1的物体称为_____________。

14.能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的辐射能的物体称为_____________。

15.灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的_____________。

16.用二种厚度相同的材料保温时，往往把_____________的材料包在内层，以达到好的保温效果。

17.

式中两个准数

=__________，Pr=__________.若液体被冷却时n=____________。

二．选择题

1.对双层平壁的稳态导热过程，壁厚相同，各层的导热系数分别为

和

，其对应的温差分别为

和

，若

>

，则

和

的关系为____。

A.

<

B.

=

C.

>

D.不确定

2.物质导热系数的顺序为（）。

A.金属>一般固体>液体>气体

B.一般固体>金属>液体>气体

C.液体>一般固体>金属>气体

D.气体>液体>一般固体>金属

3.14、冷热两流体的对流给热系数α相差较大时，提高总传热系数K值的措施是（）。

A.　提高小的α值B.提高大的α值

C.　两个都同等程度提高；D.提高大的α值，同时降低小的α值

4.关于传热糸数K下述说法中错误的是（）。

A.传热过程中总传热糸数K实际上是个平均值；

B.总传热糸数K随着所取的传热面不同而异；

C.总传热糸数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；

5.当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（　　）。

A．逆流时，Δtm一定大于并流、错流或折流时的Δtm

B．采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量

C．采用逆流操作可以减少所需的传热面积

D．温度差校正系数φ的大小反映了流体流向接近逆流的程度。

6.物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（）。

A．热传导B.热传递C.热放射D.热流动。

三、简答

1．热传递有哪几种基本方式？

热传导、对流、辐射。

2．各种传热方式相比较，热传导的主要特点是什么？

在热传导中，物体各部分之间不发生相对位移。

3．各种传热方式相比较，对流的主要特点是什么？

对流仅发生在流体中，流体各部分之间发生相对位移。

4．各种传热方式相比较，热辐射的主要特点是什么？

热辐射不需要任何介质，可以在真空中传播。

5．流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在何处？

热阻主要集中在紧挨固体壁面处的层流底层内。

6．强化对流传热的主要途径是什么？

提高流体的湍动程度，减小层流底层的厚度。

7．在一套管换热器中，若两流体的进、出口温度不变，应选择并流换热还是逆流换热？

为什么？

应选择逆流换热，因为此时的对数平均温差较大，可以节省换热面积。

8．什么是黑体？

吸收率等于1的物体称为黑体。

9．什么是白体？

反射率等于1的物体称为白体。

10．什么是透热体？

透过率等于1的物体称为透热体。

11．什么是灰体？

能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞所有波长范围的辐射能的物体称为灰体。

12．什么是物体的黑度？

灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比称为物体的黑度。

13．为什么内部孔隙多的材料保温效果好?

因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，对导热不利，从而起到了保温的作用。

14．在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度?

由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内，提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度，可以提高传热效果。

15．在夏季人们为什么爱穿浅色衣服?

由于在阳光下浅色的衣服反射率较大，吸收的热量少，使人们不至于感觉太热。

16．虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是透热体。

此话对吗？

为什么？

不对，只有单原子气体和对称双原子气体是透热体，而空气中的二氧化碳和水蒸气都可以部分地吸收太阳发射的辐射能。

17．间壁式换热器与混合式换热器的区别是什么？

间壁式换热器是由固体壁面将冷、热两种流体分开，通过固体壁面传热，而混合式换热器中则是将冷、热两种流体直接接触、混合换热。

四．计算题

1.在由118根φ25⨯2.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。

已知加热蒸汽的温度为132.9℃，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20℃和60℃，操作条件下的空气比热为1.005kJ/（kg⋅℃），空气的对流给热系数为50W/（m2⋅℃），蒸汽冷凝给热系数为8000W/（m2⋅℃），假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。

试求：

（1）加热空气需要的热量Q为多少？

（2）以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？

（3）此换热器能否完成生产任务？

解：

（1）

kJ/s（3分）

（2）

W/（m2⋅℃）（4分）

（3）

m2（2分）

℃（3分）

kJ/s，（3分）

能够完成生产任务。

2.外径为50mm的不锈钢管，外包6mm厚的玻璃纤维保温层，其外再包20mm厚的石棉保温层，管外壁温为300︒C，保温层外壁温为35︒C，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/（m⋅K）和0.3W/（m⋅K），试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。

解：

所以

∴

W/（ｍ·℃）

3.某单程列管式换热器，其换热管为

mm的不锈钢管，管长为3m，管数为32根。

在该换热器中，用25℃的水将壳程的110℃的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸汽的冷凝传热系数为

W/（m2·℃）。

水的流量为15000kg/h，平均比热容为4.18kJ/（kg·℃）；管壁与水的对流传热系数为1000W/（m2·℃）；不锈钢的导热系数为17W/（m·℃）。

试求：

1．总传热系数

；

2．水的出口温度。

解：

1．总传热系数

W/（m2·℃）

2．水的出口温度

（1）

m2

代入

（1）式，得

解出

℃

4.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—110℃，绝热层外表面温度10℃。

已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/（m·℃），求每米管长的冷量损失量。

解：

由圆筒壁的导热速率方程知

其中r1=30mm，r2=60mm，r3=160mm

∴

W/m

负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。

 5.一套管式换热器管内流体的对流传热系数αi=20W/（m2·℃），管间流体的对流传热系数α0=350W/（m2·℃）。

若将管内和管间两种流体的对流传热系数分别提高一倍，总传热系数K分别相应增加多少？

（管壁热阻及污垢热阻可忽略不计，管壁厚度按薄壁管处理）

解：

原流动情况

m2·℃/W

K=18.92W/m2·℃

（1）管内对流传热系数增加一倍

=2

=2×20=40W/m2·℃

K=35.9W/m2·℃

（35.9-18.92）/18.92=89.75%

（2）管外对流传热系数增加一倍

=2×350=700W/m2·℃

K=19.44W/m2·℃

（19.44-18.92）/18.92=2.75%

6.在列管式换热器中用水冷却油，水在管内流动。

已知管内水侧对流传热系数

为349W/（m2·℃），管外油侧对流传热系数

为258W/（m2·℃）。

换热器在使用一段时间后，管壁面两侧均有污垢形成，水侧的污垢热阻Rsi为0.00026（m2·℃）/W，油侧的污垢热阻Rso为0.000176（m2·℃）/W。

若此换热器可按薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。

求：

（1）产生污垢后热阻增加的百分数；

（2）总传热系数K。

解：

（1）产生污垢前的热阻

（m2·℃）/W

产生污垢后的热阻

（m2·℃）/W

（0.007177-0.00674）/0.00674=6.48%

（2）总传热系数

W/（m2·℃）

 7．某平壁厚度为0.37m,内表面温度t1为1650℃,外表面温度t2为300℃,平壁材料导热系数λ=0.815+0.00076t（式中ｔ的单位为℃,λ的单位为W／（ｍ·℃）。

若导热系数可取平均值计算时，求平壁的导热热通量。

解：

平壁的平均温度为tm=（t1+t2）/2=（1650+300）/2=975℃

λ=0.815+0.00076t=0.815+0.00076×975=1.556W／（ｍ·℃）

导热热通量

W/m2

8．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，测得炉壁的内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。

为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的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℃。

设两层材料的导热系数不变。

计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？

解：

设单位面积炉壁的热损失为q（q=Q/S），加保温层前，是双层平壁的热传导

W/m2

加保温层后，是三层平壁的热传导

W/m2

热损失减少的百分数（q1–q2）/q1=（2240-707）/2240=68.4%

 9．外径为426mm的蒸气管道,其外包扎一层厚度为426mm的保温层,保温材料的导热系数可取为0.615W／（ｍ·℃）。