传热的三种方式

第6章传热

1、传热过程有哪三种基本方式？答：（1）间接换热，（2）直接换热，（3）蓄热式换热。

2、传热按机理分为哪几种？答：（1）热传导，（2）热对流，（3）热辐射。

3、物体的导热系数与哪些主要因素有关？答：与物体材料的组成、结构、温度、湿度、压强及聚集状态等因素有关。

4、流体流动对传热的贡献主要表现在哪儿？答：流体在垂直于传热方向上的流动，可以增加传热方向上的温度梯度，尤其是湍流时，使得传热方向上的温度梯度仅存在于流动边界层内，故温度梯度数值有很大的增加，根据傅立叶热传导定律可知，在温度梯度方向上的传热速率有了很大增加。流体在平行于传热方向上的同向流动对于传热的作用是明显的，流体的质点运动携带了热量，使得传热速率可有很大增加。

5、自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热？答：将加热面水平方向置于底部，加热面水平方向置于顶部，有利于自然环流。

6、液体沸腾的必要条件有哪两个？答：（1）达到一定的过热度，（2）有利于形成较多的气泡核心。

7、工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作？为什么？答：应在什么核状沸腾状态下操作，因为此状态下，对流传热系数大，操作状态安全稳定。

8、沸腾给热的强化可以从哪两方面着手？答：（1）加热表面，易于形成更多的汽化核心，（2）沸腾液体，在液体中加入少量的添加剂改变沸腾液体的表面张力。

9、蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体？答：在冷凝液膜表面上的不凝性气体膜，导热系数很小，热阻值大，直接影响蒸汽冷凝传热速率，故应定期排放不凝性气体。

10、为什么低温时热辐射往往可以忽略，而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式？答：根据斯蒂芬-波尔茨曼定律，物体对外辐射能量的总能力E与其绝对温度的4次方成正比，故在物体处于低温时热辐射往往可以忽略，而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式。

11、影响辐射传热的主要因素有哪些？答：（1）高温物体绝对温度的4次方与低温物体绝对温度的4次方之差，（2）高温物体的黑度值及低温物体的黑度值，（3）高温物体与低温物体的位置关系。

12、为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数？答：（1）核状沸腾状态时，加热壁的温度t w已经达到了一定的过热度，与壁面相接触的液体很容易汽化，很多的气泡很自然容易上浮，这样刚与壁面相接触的液体又发生汽化。在壁面与相接触的液体之间的传热，热阻值很小，则表现为对流给热系数很大；（2）蒸汽冷凝时，蒸汽与被加热壁面之间的传热，热阻就是由冷凝液的膜中产生，膜很薄，故热阻值很小，则表现为对流给热系数很大。无相变时的对流传热热阻发生在层流底层中，由于在一般情况下层流底层比冷凝液的膜厚许多，故其热阻值大许多，对流给热系数小许多。

13、有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶，陶壶中水温下降比银壶中的快，为什么？答：因为两壶置于空气中，首先主要以热辐射的方式对外界空气散热。陶瓷材料的黑度数值大，银材料的黑度数值小，故在水温降低的初始阶段，陶瓷壶对外辐射传热速率更快，则水温降得更快。但是，在水温降低到较小的数值后，则会出现相反的状态，因为辐射传热速率均已经很小了，则应考虑通过壶壁材料的热传导速率了。银材料的导热系数较陶瓷材料的要大，而银壶的壁厚较陶瓷壶的要薄，故导热热阻小，热传导速率更快。

14、若串联传热过程中存在着某个控制步骤，其含义是什么？答：说明在这个步骤中热阻值最大，并且比其他步骤中的热阻值大许多。

15、传热基本方程式推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些？答：（1）定常态换热，两种流体的热容流率不变，（2）逆流换热，（3）无热损失。

16、一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133o C的饱和蒸汽可将油从40o C加热至80o C 。若欲增加50%的油处理量，有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80o C ，这个方案是否可行？答：（1）换热器中的总传热系数K约等于油侧的对流传热系数。若串联同样一台换热器，在每台换热器中的总传热系数K是原来的1.50.8倍，换热面积A是原来的2倍，若保持油的出口温度不低于80o C ，串联换热器的平均传热温度差与原来相同，故串联换热器的换热速率是原来的

⨯倍。而流量增加后换热负荷是原来的1.5倍，故这个方案可行。（2）若并联同样一台换5.18.0=

.2

766

2

热器，每台换热器中油的流速是原来的25.1倍，每台换热器中的总传热系数K 是原来的794.025.18.0=⎪⎭⎫ ⎝⎛，

换热面积A 是原来的2倍，若保持油的出口温度不低于80o C ，串联换热器的平均传热温度差与原来相同，故并联换热器的换热速率是原来的588.12794.0=⨯倍，仍然略大于所要求的换热负荷增加的比值，故这个方案亦可行。从上述两种的压降来考虑，并联换热器的压降会更小。

17、为什么一般情况下，逆流总是优于并流？并流适用于哪些情况？答：（1）在同样的T 1 、T 2 、t 1 、t 2四个数值时，计算所得到的平均传热温度差值，逆流时的大于并流时的。平均传热温度差值大，完成同样的换热量所需要的换热面积小，节省换热设备费用。（2）逆流换热时，热流体的出口温度T 2可以比冷流体的出口温度t 2更低，若是以流体被加热为目的，可以节省加热剂的需要量；若是以流体被冷却为目的，可以节省冷却剂的需要量。当然，流体之间进行充分的换热，这意味着换热面积的增加。（3）并流换热适用于对于冷流体的加热需要严格控制温升的情况。

18、解决非定态换热问题的基本方程是哪几个？答：（1）假设任何时刻的热流密度q 与加热面位置无关，)(t T K q -=，（2）总传热系数K 与加热面位置、加热时间无关，K 的表达式同定态传热时的表达式，（3）在τd 时间段内作热量衡算，τAd t T K dt mC p )(-= 。

19、在换热器设计计算时，为什么要限制8.0 ψ？答：为了保证较大的传热温度差，以节省换热面积。

第7章 蒸发

1、蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些？答：（1）浓溶液在沸腾汽化过程中，常在加热表面上析出溶质而形垢层，使传热过程恶化。（2）溶液的性质（如热敏性、粘性）往往对蒸发器的结构设计提出特殊的要求。（3）溶剂汽化需要大量热量，是大量耗热的过程。

2、提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪？降低单程汽化率的目的是什么？答：提高蒸发器内液体循环的速度有利于增加该流体侧的对流传热系数，从而增加总传热系数，提高蒸发器的生产强度。降低单程汽化率的目的是避免溶液粘度过度增加及结垢，而影响正常的液体循环，影响传热速率，从而影响生产强度指标。

3、为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域？答：尽可能多地与加热管相接触，获得热量，增加蒸发量。

4、提高蒸发器生产强度的途径有哪些？答：蒸发器生产强度的表达式为t K A

Q U ∆==，提高蒸发器生产强度的途径有：（1）提高蒸发器内液体循环速度，增加该流体侧的对流传热系数，从而增加总传热系数，

（2）避免溶液粘度过度增加及结垢，（3）提高加热的温度差，多效蒸发的效数不宜太多，减小效与效之间温度差的损失。

5、试分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产能力的大小。设原料液浓度、温度，完成液浓度，加热蒸汽压强及冷凝器操作压强均相等。答：（1）单效蒸发器的间歇蒸发将原料一次性投放入蒸发器中，受热后液体循环速度大，传热系数大，（2）在蒸发初期溶液的浓度低，沸点温度低，传热温度差大，故应是间歇蒸发的生产能力更大。

6、多效蒸发的效数受哪些限制？答：（1）效数愈多，效与效之间温度差的损失愈多，生产强度愈低，（2）效数愈多，设备费用愈多，经济性变差。

7、试比较单效与多效蒸发之优缺点？答：（1）单效蒸发的生产强度大，设备费用低。但是，生产能力小，生蒸汽利用的经济性差。（2）多效蒸发生蒸汽利用的经济性高，生产能力大。但是，生产强度小，设备费用高。