传热习题答案.docx
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传热习题答案
填空题
1．三层圆筒壁热传导过程中，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同。
在其他条件不变时，若将第二层和第三层的材料互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。
答：
变小，变小。
2．在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，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（）。
答：
减小，增加。
冷凝传热系数与温差的-1/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热系数减小；冷凝传热量与温差的3/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热量增加。
3．在管壳式换热器中，热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程该为双程，则传热温度差（）。
答：
下降
4．在高温炉外设置隔热档板，挡板材料的黑度越低，则热损失越（）。
答：
越小
5．黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（）倍。
答：
15
6.沸腾传热设备壁面越粗糙，汽化核心越（），沸腾传热系数a越（）
答：
多，大
7.苯在内径为20mm的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/
（m2.°C）。
如果流量和物性不变，改用内径为30mm的圆管，其对流传热系数变为（）W/（m2.C）0
答：
612
-Re08P
=0.023dr
08
Ws/
n
Pr
=0.023
d
1（12）0.8,1.8
ocd=d
1.8
30
=20=0.482
2
=0.482=0.4821270=612W/（m「C）
8.热油和水在一套管换热器中换热，水由20C升至75C。
若冷流体为最小值流体，传热效率为0.65,则油的入口温度为（）。
答：
104C
7520
久20
£==0.65T1=104E
二、选择题
1•某一套管换热器，由管间的饱和蒸汽加热管内的空气，设饱和蒸汽温度为
100C,空气进口温度为20C,出口温度为80C,则此套管换热器内壁温度应是
（）。
A接近空气平均温度B接近饱和蒸汽和空气的平均温
C接近饱和蒸汽温度答：
C
2•测定套管换热器传热管内对流传热系数ai，冷流体走传热管内，热流体走套
管环隙，冷热流体均无相变。
冷流体的流量及进、出口温度均可测量,且测量的精确度基本上相同。
用公式ai=Q/siAti求ai时，式中的Q用下面（）
公式计算。
AQ=WcCp,c（t2-t1）BQ=WhCp,h（T1-T2）
CQ=WcCp,c（t2-ti）和Q=WhCp,h（Ti-T2）均可以。
答：
A
3．在卧式列管换热器中，用常压饱和蒸汽对空气进行加热。
（冷凝液在饱和温
度下排出），饱和蒸汽应走（）
A壳程B管程C
壳程和管程都可以
两流体在换热器中必须（）流动。
A逆流B并流C
逆流和并流都可以
答：
A，C
4．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管壁热阻B污垢热阻C管内
对流传热热阻
D管外对流传热热阻
答：
B
5．下述措施中对提高换热器壳程对流传热系数有效的是（）。
A设置折流板；B
增大板间距
D增加管
C换热器采用三角形排列；
程数
答：
A，C
6．在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（
），走壳程的有
（）。
B蒸汽；
E粘度大的流体
A高压流体；
C易结垢的流体；
D腐蚀性流体
F被冷却的流体
答：
A，C，D；B，E，F7．采用多管程换热器，虽然能提高管内流体的流速，增大其对流传热系数，但同时也导致（）。
A•管内易结垢；B
壳程流体流速过低
C平均温差下降
D管内流动阻力增大
答：
C，D8．下面关于辐射的说法中正确的是（
A同一温度下，物体的辐射能力相同；
B任何物体的辐射能力和吸收率的比值仅和物体的绝对温度有关;
C角系数的大小与两表面的形状、大小、相互位置及距离有关；
D只要物体与周围环境的温度相同，就不存在辐射和吸收过程
答：
B，C
三、计算题
1.有一列管式换热器，用120C的饱和水蒸气加热某种气体，冷凝水在饱和温
度下排出，气体由20C升高到80C，气体在列管内呈湍流流动。
若气体流量增加50%，而气体进入列管换热器的温度、压强不变。
试计算加热蒸汽量为原用量的倍数。
管壁热阻、污垢热阻及热损失可忽略，且气体物性可视为不变。
加热蒸汽温度不变。
解.WcCp,c（t2ti）KAtm
（1）
1.5WcCp,c（t2ti）KAtm
而K
i,K1.50.8K
1.383K
t2t1
12020
In
12080
t2t1
Ktm
1.5（t2t1）
1.383Ktm
1.383也一
12020
In
120t2
t2
77c
Wh
1.5（t2tj
仁㈢20）1.425
Wh
8020
60
2.现有一列管换热器，内有©25X2.5mm的钢管300根，管的有效长度为2m
要求将8000kg/h的空气于管程有20C加热到85C,采用108C的饱和蒸汽于
壳程冷凝加热之，冷凝液在饱和温度下排出。
蒸汽冷凝的传热系数为1X
104w/m2C，空气的对流传热系数为90w/m2C，管壁及两侧污垢热阻均可忽
略，且不计热损失。
空气在平均温度下的比热为1kJ/kgC。
试求：
1）换热器的总传热系数K。
2）通过计算说明该换热器能否满足要求。
3）通过计算说明管壁温度接近那一侧流体的温度？
解：
1）总传热系数
1
匚丄do
0idi
1
1125
4
1109020
71.49W/（m2.
C）
2）Q/需tm
QWcCp,"2td
8000/36001（8520）
144.4kW
tm
8520
11
10820
In
10885C
Q
Ktm
144.4103…2
41.7m
71.4948.4
ndl
2
3003.140.025247.1m
A实A需，该换热器能满足要求
3）0i
108TwTw52.5
1/1041/90
Tw107.5C
接近蒸汽的温度
3.有一管程为单程的列管换热器，由©25X2.5mm,长2.5m的20根钢管组成
用120C饱和水蒸汽加热某冷液体（冷凝液在饱和温度下排出），该冷液体走管内，进口温度为25E，比热为1.58kJ/kg°C，流量为15000kg/h,管外蒸汽的冷凝传热系数为1.0X04w/m2C。
管内对流传热的热阻为管外蒸汽冷凝传热热阻的6倍。
求：
1）基于管外表面积的总传热系数K0
2）冷液体的出口温度。
（换热器的热损失、管壁及两侧污垢热阻均可忽略不计）解：
1）总传热系数
K。
1
1/01/
1
1/1.01046/1.0104
1429W/m2
.C
WcCp,c（t2tj
2）
KAtm
KA
上2b
ln^r
120t2
Andl20
2
0.0252.53.925m
12025
15000/36001.5810314293.925/ln
120t2
t279.5C
4.有一列管式换热器由©25X2.5mm,长3m的100根钢管组成。
饱和水蒸气
将一定量的空气加热。
空气在管内作湍流流动，饱和蒸汽在壳方冷凝为同温
度的水。
今因生产任务增大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。
换热器为©19X2mm的120根钢管组成。
如果新旧两台换热器并联使用，且
使两台换热器在空气流量、进出口温度及饱和水蒸气温度都相同的条件下操
作，求新换热器管长为多少米?
解：
因两台并联操作的换热器在空气流量，近、出口温度及饱和水蒸气温度都相同的条件下操作，则由QWcCP，c（t2切KStm看，Q及tm均相同，从而两台换热器的KiSK2S2，关键是要找出K2/K1的关系，才能求出S2，进一步求出新换热器管长L20
因饱和蒸汽与空气换热，K空气，而空气在管内湍流流动，则
即：
u0.8d0.2，又新旧换热器空气流量相等，即ViV2,依据以上关系，找
原换热器：
QiWcCp,c（t2ti）KiSitmi
新换热器：
Q2WcCp,c（t2tjK2S2tm2
出Ui与U2的关系，从而可求出K2/Ki
因在新、旧换热器中，W、ti、t2及T均相同，故
Q1Q2,tmitm2贝卩：
KiS|K2S2
因饱和蒸汽与空气换热，K空气，而空气在管内湍流流动，则
.10.8
（严
u0.8d0.2，又新旧换热器空气流量相等，WiW2，即V1V2，则有
22
nidiuin2d2u2
44
U2nidi2
（）uin2d2
i00（25）2i20（i9）
i.443
K2
则：
©
（电）0.8（虫）0.2
i.4430.8（25）0.2i.4i6
9
Ui
d2
原换热器:
Si
nidiLi
i00
3.i40.025323.55m
Kic
23.55
S2
iSi
i6.6m2
新换热器:
K2
i.4i6
则新换热器管长
2.32m
S216.6
n2d21203.140.019
5.在一单程列管换热器中，用饱和蒸气加热原料油，温度为160C的饱和蒸汽
在壳程冷凝为同温度的水。
原料油在管程湍流流动，并由20C加热到106C。
列管换热器的管长为4m,内有©19X2mm的列管25根。
若换热器的传热负荷为125kw，蒸汽冷凝传热系数为7000w/m2C，油侧垢层热阻为0.0005m2C/w。
管壁热阻及蒸汽侧垢层热阻可忽略。
试求：
1）管内油侧对流传热系数
2）油的流速增加一倍，保持饱和蒸汽温度及油入口温度，假设油的物性不变,
求油的出口温度。
3）油的流速增加一倍，保持油进出口温度不变，求饱和蒸汽温度。
解：
1）管内油侧对流传热系数
Q125kW
ndiL25
3.140.015
44.71m2
tm
上2b
l^
Tt2
10620
“便20
160
106
90
Ki
125103
Sitm4.7190
295W/（m2
.C）
Ki
1RSidi
i
0d0
15
1
295
0.0005
i700019
2
i360W/（mC）
2、油的出口温度
油的流速增加一倍，则:
0.80.82
2i2360626.8W/（m《）
1
1rdi
Rsi
Ki
i0d0
1
1
15
0.0005
Ki
626.8
197000
2
解出：
Ki452.9W/（m⑴
K
Ki
452.9
295
1.535
列热量衡算与传热速率方程式
原来：
WcCp，c（t2tl）
KiSitm
（1）
后来.2WcCp,c（t2t1）
KiSitm
1.535KiSitm
（2）
（t2tjtm
2（t2t1）1.535tm
tm
（16020）（160t2）t220
16020140
InIn
160t2160t2
106
20
90
2（t2
20）
1.535」20-
140
ln
则：
160t2
140
43
1.535
ln
0.733
160t2
90
e0.733
140
160t2
2.082
所以t292.8c
4）饱和蒸汽温度
因t1及t2不变，列热量衡算及传热速率方程式如下:
后来：
2WcCp,c（t2ti）KiSitm1.535KiSitm
1tm90
21.535tm1.535tm
tm
290
1.535
117.3
tm
t2t1
TIn
T
t1
117.3
t2
117.3
10620
__20"ln
T106
T185.5C
由计算结果可知，油速增加一倍，使及K均提高，且tm也提高。
若饱和蒸汽温度T不变，则油出口温度t2下降；欲保持t1及t2不变，则加热蒸汽温度T必然提高，采取的措施是提高加热蒸汽的压强。
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