化工原理模拟题(带答案和解)

一、化工原理传热部分模拟试题及答案

一、填空题

(1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。

(2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 , 其表达式为⎽⎽⎽dQ= -ds λn

t ∂∂⎽⎽⎽。 (3) 间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W 接近于α值 大 （大、小）一侧的流体温度。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小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。

(4)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 。

(5)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞流层内（或热边界层内） ，减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。

(6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b 1>b 2>b 3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 > R 2 > R 3，各层导热速率Q 1 = Q 2 = Q 3。

(7) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。

(8) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；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 3.48 倍。（设条件改变后仍在湍流范围）

(9) 导热系数的单位为 W/（m ·℃） ，对流传热系数的单位为 W/（m 2

·℃） ，总传热系数的单位为 W/（m 2·℃） 。

二、选择

1 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的 A 倍。

A 1.149

B 1.74

C 2

D 不定

2 一定流量的液体在一φ25×2.5mm 的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi =1000W/m 2·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm 的直管，则其α将变为 D 。

A 1259

B 1496

C 1585

D 1678

3 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。

A 对流传热

B 流动状态

C 物性影响

D 自然对流影响

4 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的＿B ＿在工程上可行。

A 提高蒸气流速

B 提高空气流速

C 采用过热蒸气以提高蒸气温度

D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积

三、计算

1有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数1α为1100C m w ︒⋅2/，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数2α为5800C m w ︒⋅2/。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005w C m /2︒⋅

解：忽略管壁热阻，并假设壁温为w T

（1）当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：

2

11

1ααt T T T w w -=- 58001501100190-=-w w T T 则 C T w ︒=4.56 （2）同理

02

111R t T T T w

w +-=-αα 005.058001501100190+-=-w w T T 则 C T w ︒=84

由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。

2 一废热锅炉，由φ25×2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227℃，管内走合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧αi =300W/m 2·K ，水侧αo =10000W/m 2·K ，钢的导热系数为45W/m ·K ，若忽略污垢热阻，试求：(1)以内壁面为基准的总传热系数K i ;(2)单位面积上的热负荷q(W/m 2);(3)管内壁温度T W 及管外壁温度T i ;

解：（1）K i 025

.010000021.0023.045021.0002.03001d d d d b 1K 100i m i i i ⨯+⨯⨯+=α+λ+α= 所以 K m W K i ⋅=2/2.289

（2）q

m i i t S K Q ∆=

5.2932.289227

472227575ln )227472()227575(2.289⨯=-----⨯=∆=m i t K q 22

/9.84/2.84880

m kW m W == （3）管内壁温度T W 及 管外壁温度T i 因为 0

01

22712472575S T S b T T S T i m i W i i W αλα-=-=-+ 25

100001

2272345002.02130012472575⨯-=⨯-=⨯-+i

i W W T T T T 由上述方程可解出 C T W ︒=8.237， C T i ︒=2.234

3 现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从420K 降到370K ，水进口温度为285K ，出口温度为310K 。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍（其它尺寸不变），求油及水的出口温度。

解： 420K 370K 5.972)285370()301420(=-+-=

∆m t 310K 285K

对体系进行热量恒算，

m pw w po o t KS C W C W ∆=-=-)285310()370420(

所以， po

po po m o C KS C KS C t KS W 95.1505.97)370420(=⨯=-∆= （1） pw pw w C KS C KS W 9.3)285310(5.97=-⨯=

（2） 冷却器长度增加一倍后，

420K T 2

t 2 285K

假设： 2

13522221t T t t t m -+='∆+'∆='∆ 则 m

pw w po o t KS t C W T C W '∆=-=-2)285()420(22