传热.docx

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传热

传热试题

一、填空题

1．传热的基本方式有：

传导、对流和辐射。

2．间壁式换热器的传热过程包括对流、传导、对流。

3．沸腾传热可分为三个区域，它们是自然对流、核状沸腾和膜状沸腾。

正常操作应维持在核状沸腾区内操作。

4．常见的蒸气冷疑方式为膜状冷凝和滴状冷凝。

5．用100oC饱和水蒸气冷凝放热去加热空气，空气的温度由20oC升温到55oC，此时换热管壁面温度接近于100oC，传热系数K接近于空气一侧的对流换热系数，若想要有效的增加K值，则需增加空气一侧的流体湍流程度。

6．有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ1，第二种为λ2，λ1比λ2大得多，若作为换热器材料，应选用____第一_____种；当作为保温材料时，应选用_____第二_____种。

6．固定管板式列管换热器中，压力高、腐蚀性以及不清洁的物料应走管程。

7．当设计一台用饱和蒸气加热空气的列管式换热器时，空气宜在管内流动。

8．水在列管换热器的管程内流动，其

，当流速增大一倍，管径不变，则

=1.74；若将管径减小一倍，则

3.48。

9.黑体由323℃升温至623℃，其辐射能力增大5.06倍。

10．在某列管式换热器内，要求热流体

=150℃，

=100℃，冷流体

=50℃，

=90℃，则并流时Δ

=39.1，逆流时Δ

=54.8。

11．对于某些热敏性物料的加热而言，为避免出口温度过高而影响产品质量，冷热流体采用并流操作更合适。

12．某流体在圆形管内作强制湍流流动时，其给热系数为1000Wm-2K-1，若将流速增加50%，此时的给热系数为1383Wm-2K-1。

13．金属的导热系数随温度升高而，随纯度增加而；气体的导热系数随温度升高而。

非金属固体的导热系数随温度升高而。

减少；增大；增大；增大

14．加大气体加热器中的空气流量，可以使作为热源的水蒸气冷凝量增加，此时的传热速率提高主要是传热速率方程式中的总传热系数增大了。

15．列管换热器设计时，流体流动通道选择原则有：

有腐蚀性和易结垢的流体宜走管程；粘度大或流量较小的流体宜走壳程；当两流体温差较大时，给热系数大的宜走壳程。

16．根据换热器换热方法的不同，工业换热方法分为：

（1）直接接触式换热；

（2）间壁式换热；（3）蓄热式式换热等。

其中冷、热流体互不接触的是间壁式换热。

17．在对流传热时，热阻主要集中在层流底层。

18．化工生产中的对流传热有：

（1）流体无相变时的对流传热；

（2）流体有相变时的对流传热，包括沸腾和冷凝。

19．增大（增大、减小）流速和减小（增大、减小）管径都能增大无相变时的对流传热系数，但以增大流速更为有效。

20．间壁式换热器中热量传递过程为热流体以对流的方式将热量传递给壁面一侧，壁面以热传导方式将热量传到壁面另一侧，再以对流方式传给冷流体。

21．间壁式换热器中传热速率与传热温度差成正比，与传热热阻成反比。

22．化工过程的传热问题可分为两类：

一类是设计型问题；另一类是操作型问题。

23．换热器中两流体的流动形式有：

并流、逆流、错流和折流等。

24．强化传热的途径有：

（1）增大传热面积；

（2）提高传热温度差；（3）提高_传热系数。

25．化工生产中常用的加热剂有：

水蒸气、热水、高温有机物、烟道气等；常用的冷却剂有：

冷却水、空气、冷冻盐水和液氨等。

26．间壁式换热器的类型有夹套式、喷淋式、套管式、列管式、沉浸式蛇管换热器

27、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于传热管表面有污垢积存的缘故。

二、选择题

1．下列不能提高对流传热膜系数的是（B）。

A、利用多管程结构；B、增大管径；

C、在壳程内装折流挡板；D、冷凝时在管壁上开一些纵槽

2．在稳定变温传热中，流体的流向选择（B）时，传热平均温差最大。

A、并流；B、逆流；C、错流；D、折流

3．工业生产中，沸腾传热应设法保持在（B）。

A、自然对流区；B、核状沸腾区；C、膜状沸腾区；D、过渡区

4、下列不属于强化传热的方法的是（D）。

A、加大传热面积；B、加大传热温度差；C、加大流速；D、加装保温层

5、空气、水、金属固体的导热系数分别为λ1、λ2、λ3，其大小顺序正确的是（B）。

A、λ1>λ2>λ3；B、λ1<λ2<λ3；C、λ2>λ3>λ1；D、λ2<λ3<λ1

6、用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（A）。

A、蒸汽的温度；B、空气的出口温度；

C、空气进、出口平均温度；D、无法确定

7、冷、热流体在换热器中进行无相变逆流传热，换热器用久后形成污垢层，在同样的操作条件下，与无垢层相比，结垢后的换热器的K（B）。

A、变大；B、变小；C、不变；D、不确定

8、下列四种不同的对流给热过程：

空气自然对流α1，空气强制对流α2（流速为3m/s），水强制对流α3（流速为3m/s），水蒸汽冷凝α4。

α值的大小关系为（B）。

A、α3>α4>α1>α2；B、α4>α3>α2>α1；C、α4>α2>α1>α3；D、α3>α2>α1>α4

9、双层平壁定态热传导，两层壁厚相同，各层的导热系数分别为λ1和λ2，其对应的温度差为t1和t2，若t1>t2，则λ1和λ2的关系为（A）。

A、λ1<λ2；B、λ1>λ2；C、λ1=λ2；D、无法确定

10、在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内（A）。

A、清洗比较方便；B、流速较快；C、流通面积小；D、易于传热

11、在管壳式换热器中安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的（C），使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。

A、粘度；B、密度；C、速度；D、高度

12、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时传热系数K应：

（A）

A、增大；B、减小；C、基本不变；D、无法判断

13、要求热流体从300℃降到200℃，冷流体从50℃升高到260℃，宜采用（A）换热。

A、逆流；B、并流；C、并流或逆流；D、以上都不正确

14、蒸汽中不凝性气体的存在，会使它的对流传热系数α值（A）。

A、降低；B、升高；C、不变；D、都可能

15、总传热系数与下列哪个因素无关：

（A　）。

A、传热面积；B、流体流动状态；C、污垢热阻；D、传热间壁壁厚

16、以下不能提高传热速率的途径是（A）。

A、延长传热时间；B、增大传热面积；

C、增加传热温差劲；D、提高传热系数K

17、有一套管换热器，环隙中有119.6℃的蒸气冷凝，管内的空气从20℃被加热到50℃，管壁温度应接近（D　　）。

A、35℃；B、50℃；C、77.3℃；D、119.6℃

18、下列说法中错误的是（C　　）。

A．热量总是自发地从高温处向低温处传递

B．固体中存在热传导，不存在热对流

C．液体中存在热对流，不存在热传导

D．辐射传热不仅是能量的传递，同时还拌有能量形式的转换

19.气体的导热系数数值随温度的变化趋势为（A　　）。

A.T升高，λ增大B.T升高，λ减小

C.T升高，λ可能增大或减小D.T变化，λ不变

20.对由三层平壁组成的多层平壁稳定热传导而言，若三层的传热推动力△t1＞△t2＞△t3，则三层平壁的传热阻力R1，R2，R3之间的关系是（A　　）。

A.R1＞R2＞R3B.R1＜R2＜R3C.R1＞R3＞R2D.R2＞R1＞R3

21.由厚度都相同的平壁组成的三层平壁而言，若λ1＞λ2＞λ3，则热阻R1，R2，R3之间的关系为（B　　）。

A.R1＞R2＞R3B.R1＜R2＜R3C.R1＞R3＞R2D.R3＞R1＞R2

22.能显著提高传热速率的是（B　　）。

A．尽量减少管壁的厚度B．定期检查除垢

C．间壁两侧对流传热系数相差很大时，增加对流传热系数大的那一侧流体的流速

D．间壁两侧对流传热系数相差很小时，增加对流体热系数小的那一侧流体的流速

23.对于三层圆筒壁的稳定热传导而言，若Q1，Q2，Q3为从内向外各层的导热量，则它们之间的关系为（C　　）。

A.Q1＞Q2＞Q3B.Q3＞Q1＞Q2C.Q1＝Q2＝Q3D.无法比较

24.间壁二侧流体的传热过程α1、α2值相差较大（α1＜＜α2），K值总是接近（A　　）那侧的。

A.α1B.α2C.难以确定

25.一般情况下，下列说法错误的是（B　　）。

A．湍流时α的值比层流时大得多

B．无相变时α的值比有相变时大得多

C．强制对流时α的值比自然对流大

D．计算α常采用实验得到的关联式

26.生产中为提高传热推动力尽量采用（A　　）。

A．逆流B.并流C.错流D.折流

27.下列方法不能强化传热的是（B　　）。

A．增加传热面积

B．降低加热蒸气压强

C．设计特殊壁面，使流体在流动过程中不断改变流动方向

D．降低冷却水温度或增加其流量

28．若管壁的污垢热阻可忽略不计，管内、外侧对流传热系数分别为200W／（m2·K）和300W／（m2·K）。

则总传热系数K为（C　　）W／（m2·K）。

A．500B．0.0083C．120D．0.02

29．适用于壳程流体清洁且不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高场合的是（A　　）换热器。

A．固定管板式B．浮头式C．U形管式D．填料函式

30．（A）等于1的物体称为黑体。

A吸收率；B反射率；C透过率；D折射率。

31．判断下面的说法哪一种是错误的（　B　）。

A．在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；

B．在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同；

C.黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；

D.黑度反映了实际物体接近黑体的程度。

32、对在蒸汽-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中（A）在工程上是可行的：

A、提高空气流速；

B、提高蒸汽流速；

C、采用过热蒸汽以提高蒸汽温度；

D、在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液；

33、为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是（A　）

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；　　　　　Ｄ、表面光滑，颜色较深；

34．流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（A）。

A对流；B传导；C辐射；D透热。

35．在固定管板式列管换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内（A）。

A清洗比较方便；B流速较快；C流通面积小；D易于传热。

36．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（　B　）。

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φΔt的大小反映了流体流向接近逆流的程度。

三、判断题

1、辐射不需要任何物质作媒介。

（√）

2、多管程换热器的目的是强化传热。

（√）

3、冷热流体在换热时，并流时的传热温度差要比逆流时的传热温度差大。

（×）

4、换热器冷凝操作应定期排放蒸汽侧的不凝气体。

（√）

5、工业设备的保温材料，一般都是取导热系数较小的材料。

（√）

6、对于同一种流体，有相变时的α值比无相变时的α要大。

（√）

7、通过三层平壁的定态热传导，各层界面间接触均匀，第一层两侧温度为120℃和80℃，第三层外表面温度为40℃，则第一层热阻R1和第二、第三层热阻R2、R3之间的关系为R1>（R2+R3）。

（×）

8、当冷热两流体的α相差较大时，欲提高换热器的K值关键是采取措施提高较小α。

（√）

9、列管换热器中设置补偿圈的目的主要是为了便于换热器的清洗和强化传热。

（×）

10、在列管换热器中采用多程结构，可增大换热面积。

（×）

11、流体与壁面进行稳定的强制湍流对流传热，层流内层的热阻比湍流主体的热阻大，故层流内层内的传热比湍流主体内的传热速率小。

（×）

12、饱和水蒸气和空气通过间壁进行稳定热交换，由于空气侧的对流传热系数远远小于饱和水蒸气侧的对流传热系数。

故空气侧的传热速率比饱和水蒸气侧的传热速率小。

（×）

13、提高换热器的传热系数，能够有效地提高传热速率。

（√）

14、对夹套式换热器而言，用蒸汽加热时应使蒸汽由夹套下部进入。

（×）

15、在列管式换热器，管间装设了两块横向的折流挡板，则该换热器变成双壳程的换热器。

（×）

16、换热器内设置挡板是为了提高管外流体流速，提高传热速率。

（√）

17、在蒸气冷凝传热中，不凝气体的存在对α没有影响。

（×）

18、传热速率是冷、热流体在单位时间传热过程中传递的热量。

（√）

19.对于通过多层壁面的定态导热过程而言，传热推动力和热阻是可以加和的，总热阻等于各层热阻之和，总推动力等于各层推动力之和。

（√）

20．对于换热器中无相变的流体的传热过程而言，在管内或管外适当装入由各种金属的条带、片或丝绕制或扭曲成的螺旋形添加物，如麻花铁、螺旋线、螺旋带等可以减小热阻，提高总传热系数K。

（√）

四、简答题

1．传热的基本方式有哪几种?

各有什么特点?

2．对流给热系数α的影响因素有哪些?

3．提高对流给热系数α的措施有哪些?

4．强化传热的有效途径是什么?

5．在设计换热器时，如何安排流量较小的流体的流径（管内或是管间）？

简述理由。

1．答传热的基本方式有三种：

（1）热传导：

是指物体内部温度较高的分子或自由电子，以振动或碰撞的形式将能量传给相邻温度较低的分子的过程。

其特点是物体内的分子没有宏观的相对位移。

（2）热对流：

是指流体质点之间产生宏观相对位移而引起的热量传递。

其特点是传热过程中流体质点要产生宏观位移。

（3）热辐射：

是指热量以电磁波形式传递的现象。

其特点是不需要任何介质做媒介。

2．答对流给热系数α的影响因素主要有以下几个方面：

（1）流体的种类（状态）及相变情况。

（2）流体的物性（如比热、热导率、黏度和密度等。

（3）流体的流动状态（滞流、湍流等）。

（4）流体流动的原因（如强制对流、自然对流等）。

（5）传热壁面的形状、位置、大小（如管或板、水平或垂直、直径、长度、高度等）。

3．答

（1）加大流速，增大湍动程度，减小层流内层厚度。

（2）增大对流体的扰动

（3）防止污垢和及时清除污垢，以减小污垢热阻。

4．答所谓强化传热就是设法提高传热的速率。

强化传热的有效途径有以下三方面。

（1）增大传热面积A

（2）提高传热温度差△tm（3）提高传热系数K。

5．答走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

五、计算题

1、将0.417kg/s、80℃的硝基苯，通过一换热器冷却到40℃，冷却水初温为30℃，出口温度不超过35℃。

硝基苯和水的比热分别为1.6kJ/kg·K和4.19kJ/kg·K，如热损失可以忽略，试求该换热器的热负荷及冷却水用量。

解

（1）　Q热＝W热C热（T1一T2）

＝0.417×1.6×103×（80－40）

＝26.7kW

（2）　　　Q＝W热C热（T1一T2）＝W冷C冷（t2－t1）

26.7×103＝W冷×4.187×103（35－30）

W冷＝1.275kg/s＝4590kg/h≈4.59m3/h

2、普通砖平壁厚度为500mm，一侧为300℃，另一侧温度为30℃，已知平壁的平均导热系数为0.9W/m.℃，试求：

（1）通过平壁的热通量，W/m2

（2）平壁内距离高温侧300mm处的温度。

解

（1）由平壁的导热式有

486W/m2

（2）再由平壁的导热式

3、某工业燃烧炉，其炉壁由下列三种材料从里往外排列砌成，各层厚度和热导率如下：

　耐火砖δ1＝225mm　　λ1＝1.4W/（m·℃）

保温砖δ2＝115mm　　λ2＝0.15W/（m·℃）

普通砖δ3＝225mm　　λ3＝0.8W/（m·℃）

燃烧稳定后，现场测得内壁温度为930℃，外壁温度为55℃，试求单位面积的热损失和各层接面上的温度。

解单位面积的热损失，即为单位面积的导热量，可由多层平壁导热式求出：

将题中给出的各个数值代入，得

=724W/m2

再由单层平壁导热式可以分别算出各层的温度差：

=724×0.161＝116℃

tw2＝930－116＝814℃

=724×0.767=555℃

则tw3＝814－555=259℃

tw3－tw4＝259－55=204℃

由计算可知，那一层的热阻越大，则该层的温度差越大。

4、外径为426mm的蒸汽管道，其外包上一层厚度为426mm的保温层，保温层材料的导热系数为0.615W/（m·℃）。

若蒸汽管道与保温层交界面处温度为180℃，保温层的外表面温度为40℃，试求每米管长的热损失。

解已知r2＝0.426/2＝0.213m，tw2＝180℃，tw3＝40℃

r3＝0.213+0.426=0.639m

由单层圆筒壁导热式可算得每米管长的热损失为

＝

＝491.5W/m

5、有一φ60×3.5mm的钢管，其外包有两层绝热材料，里层为40mm厚的氧化镁粉，平均导热系数λ2＝0.07W/（m·℃）；外层为20mm厚的石棉层，其平均导热系数λ3＝0.15W/（m·℃）。

若管内壁温度为500℃，最外层温度为80℃，管壁的导热系数λ1＝45W/（m·℃），试求每米管长的热损失及两保温层界面的温度。

解

（1）每米管长的热损失：

本题为三层圆筒壁导热。

已知r1＝0.053/2＝0.0265m，r2＝0.06/2＝0.03m，

r3＝0.03+0.04＝0.07m，r4＝0.07+0.02＝0.09m；

tw1＝500℃，tw4＝80℃，λ1＝45W/（m·℃），

λ2＝0.07W/（m·℃），λ3＝0.15W/（m·℃）

由三层圆筒壁导热式可得

＝

＝

=191.4W/m

（2）保温层界面温度tw3。

可用双层圆筒壁导热计算，

191.4=

解得tw3=131.2℃

6、有一列管换热器，常压空气从φ25×2.5mm的列管内通过，由180℃被加热到220℃，如空气的平均流速为20m/s，管长为2m，200℃下空气的物性如下：

μ＝2.6×10-5Pa.s；λ＝3.93×10-2W/（m·K）ρ＝0.746kg/m3；Pr＝0.679，试求管壁对空气的对流给热系数α。

解先确定空气的定性温度t均＝t1+t2/2＝180+220/2＝200℃

L/d=

上述条件接近规定，且流体被加热，取n=0.4，则

＝

＝68.8W／m2.K

7、有一用φ25mm×2.5mm无缝钢管制成的列管换热器，λ=46.5W/m·K，管内通以冷却水，αi＝400W／m2·K，管外为饱和水蒸气冷凝，αo=10000W／m2·K，忽略污垢热阻。

试计算：

1．该换热器的传热系数K；

2．将αi提高一倍（其他条件不变）后的K值；

3．将αo提高一倍（其他条件不变）后的K值。

解　由于壁面较薄，可近似按平壁计算。

　1．　由式（1-50）有

＝

＝

＝304.4W／m2.·K

2．将α内提高一倍（其他条件不变）后的K值，α′i＝800W／m2·K

W/m2.K

3．将α外提高一倍（其他条件不变）后的K值，，α〞o=20000W/m2·K

W／m2·K

8、当上题中的换热器使用一段时间后形成了垢层，试计算该换热器在考虑有污垢热阻时的传热系数K值（取水的污垢热阻Rsi＝0.58m2·K/W，水蒸汽的Rso=0.09m2·K/W）

解则由K的关联式：

＝

＝243.89W／m2·K

9、一套管换热器，内管直径为Φ170mm×5mm，管内流体的对流传热系数为200W/（m·℃），管外流体的对流传热系数为350W/（m·℃）。

若两流体均在湍流下进行换热。

试分别估算下列情况下总传热系数K增加的百分数。

（1）管内流速增加一倍

（2）管外流速增加一倍

假设污垢和管壁热阻均可忽略

解：

流速增加时用上标“＇”表示。

（1）管内流速增加了一倍

＝122.4W/（m2·℃）

＝169.2W/（m2·℃）

Ko增加百分数为

（2）管外流速增加一倍

Ko增加百分数为

10、今对一新型换热器进行性能试验，从现场测得：

热流体进口温度为336K，出口温度为323K，比热为4.2kJ／kg·K，流量为5.28kg/s。

冷流体的进口温度为292K，出口温度为323K。

冷、热流体按逆流方式流动，换热器的传热面积为4.2m2，试计算该换热器的总传热系数K。

若冷流体的比热为2.8kJ／kg·K，问冷流体的流量为多少?

解由传热速率式Q=KAΔt均

K＝

Q＝Q热＝W热C热（T1一T2）

＝5.278×4.2×（336－323）

＝288.3Kw

（或△t1/△t2＝33/31＜2，△t均＝33＋31/2＝32K）

K＝

＝

＝2.15kW/m2·K

由式Q＝W冷C冷（t2－t1）＝Q热

W冷＝

＝3.3㎏/s

11．某工厂用120.2℃的饱和水蒸气将常压空气由20℃加热至90℃，空气流量为50000m3/h.。

今仓库有一台单程列管换热器，内有Φ38mm×2.5mm的钢管151根，管长3m。

若管程空气和壳程水蒸气的对流传热系数分别为65W/m2·℃和10000W/m2·℃，两侧污垢热阻及管壁热阻可忽略不计，试核算该换热器是否满足要求？

已知55℃空气比热容cpc=1.005kJ/（kg·℃）,密度ρc=1.076kg/m3。

解1、计算热负荷Q

已知t1=20℃，t2＝90℃；qvc=5000m3/s，

空气走管程，则热负荷

Q＝Qc＝WcCpc（t2－t1）

＝1.494×1.005×103×（90－20）

＝105134W

2、计算平均传热温度差△tm

已知t1=20℃，t2＝90℃；从附录中查得200kPa的饱和水蒸气的Ts＝120.2℃。

有

△t1＝Ts－t1＝120.2－20＝100.2℃

△t2＝Ts－t2＝120.2－90＝30.2℃

所以

3、计算传热系数K

已知αi＝65W/（m2·℃），αo＝10000W/（m2·℃）；根据题意，两侧污垢热阻及管壁热阻可忽略不计，则有

4、计算传热面积

要求换热器需具有的传热面积

换热器