4传热习题课
中山大学化工原理课件 第4章-传热习题课(2)
（2）操作一年后，由于水垢增加，换热器能力下降，当水的流量和进口温度不变，其它条件也没有
变化，此时水出口温度仅能预热至 70 0 C ，试求此时基于外表面积的传热系数 K′及垢层热阻 R′。 已知水在定性温度 50 0 C 时的物性数据如下： 988 .1kg m ; C p 4175 J kg K ;
„„„„ (a)
(134 20) (134 70) 114 ln ( ) 64
„„„„ (b)
' '
' 逆流： q m, h C p ,h 243 T2 q m , c C p ,C t 2 128 K A t m
解题过程 2：根据传热速率方程得： 并流： t m
q m, h C p ,h (243 167 ) KA q m, h C p ,h (243 T2 ' ) KA
【习题课例 4-1】蒸汽管道 104 mm 4mm 外包扎有两层隔热材料，内层为保温砖
(1 0.15W m 1 K 1 ) 外层为建筑砖 (2 0.69W m1 K 1 ) ，设两隔热层之厚度均为 50mm ，
且管壁热阻可忽略。若将两层材料互换位置，而其它条件不变，试问每米管长的热损失的改变为多少？ 说明在本题条件下，哪种材料包扎在内层较为合适。若为平壁，隔热材料互换对热损失有影响吗？ 解题思路：这是一个较为简单的圆筒壁导热问题，用下列公式计算两次并比较，即可。
3 1 1
0.549 cp ； 0.648 W m 1 K 1 。
解题思路： （！ ）先弄清条件，如图所示
d1 , d 2 , 2为已知, 基于外表面积的K，即K 2
传热学 第四版 (章熙民 任泽霈 著) 中国建筑工业出版社 课后答案
令m =
h 1 = 5.2432 1/ m 且 θ = t − t g ，则 θl = θ 0 ， ch ( ml ) λδ
得到 l = 200mm ， t g = 157.07 C ， ∆t = 157.07 − 84 = 73.07 C ,
0
0
ξ=
157.07 − 84 × 100% = 46.52% 157.07
xc =
Rec ν 5 ， Rec = 5 ×10 ，最后得到 u∞
⎛5 ⎞ Nu = ⎜ C Re 4 5 − 831⎟ Pr1 3 ，又因为已知 Nu = ( 0.0359 Re 4 5 − 831) Pr1 3 ，故 ⎝4 ⎠
传热学课后题答案及相关解题性
C = 0.02872 ， Nu x ,t = 0.02872 Re x 4 5 ⋅ Pr1 3
23 题 分析 参考课本 P123 页（15）到（5-33）式。
⎛ d 2t ⎞ t = a − by + cy 2 ； y = 0, t = tw ； ⎜ 2 ⎟ = 0 ； y = δ t , t = t f 得到 ⎝ dy ⎠ w
t − tw θ y = = ，代入速度场和该温度场于能量积分方程 t f − tw θ f δ t
⎧−4ta + 2tb + 100 = 0 ⎪t − 4t + t + 500 = 0 ⎪a b c 第 7 题： ⎨ ⎪tb − 4tc + td + 500 = 0 ⎪ ⎩tc − 3td + 500 = 0
⎧ta ⎪t ⎪b ⎨ ⎪tc ⎪ ⎩td
= 133 = 216 = 240.3 = 245.8
⎞ ⎟ ， τ = 328.07 s = 5.47 min ⎠
传热习题课计算题
传热习题课计算题1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。
已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；冷水走壳程，测得进口温度为15℃，出口温度为30℃，逆流流动。
（取水的比热cp=4.18某103J/kg·K）解：换热器的传热量：Q＝qmcp(T2－T1)＝1500/3600某4.18某103某(80－50)=52.25kW传热温度差△tm：热流体80→50冷流体30←155035△t1=50，△t2=35t1502t235传热温度差△tm可用算数平均值：t1t25035tm42.5℃22Q52.25103K615W/m2℃Atm242.52、一列管换热器，由φ25某2mm的126根不锈钢管组成。
平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由20℃加热到80℃，温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。
已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi为520W/m2·℃，蒸汽对管壁的传42热系数α0为1.16某10W/m·℃，不锈钢管的导热系数λ＝17W/m·℃，忽略垢层热阻和热损失。
试求：（1）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）（2）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为126根）（总传热系数：以管平均面积为基准，11dmb1dm）Kidi0d0解：（1）传热量：Q＝qmcp(t2－t1)＝15000/3600某4187某(80－20)≈1.05某106W总传热系数：（以管平均面积为基准）1dmb1dm11230.002123Kidi0d0K5202217116.10425解得：K＝434.19W/m2·℃对数平均温差：1102011080△t190△t2301tmt1t2lnt1t29030ln903054.61℃传热面积：QKAmtmAmQKtm105.10643419.54.6144.28m2AmndmL；列管长度：LAm44.284.87mndm126314.0.023（2）管程为4程时，只是αi变大：强制湍流时：αi＝0.023（λ/d）Re0.8Pr0.4，u变大，Re＝duρ/μ变大4程A＇＝1/4A（单程），则：4程时u＇=4u（单程）0.80.8有520＝1576.34W/m2·℃i（4程）＝4αi（单程）＝4某4程时：1K1dmb1dm11230.002123idi0d0K1576.342117116.10425K=1121.57W/m 2·℃Q1.05106A17.14m2Ktm1121.5754.614程列管长：LA17.141.88mndm1263.140.0233、有一列管式换热器，装有φ25某2.5mm钢管320根，其管长为2m，要求将质量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。
《传热学》习题课(导热部分)
第二章 导热基本定律及稳态导 热——思考题
• 10. 有人对二维矩形物体中的稳态、无内热源、常 物性的导热问题进行了数值计算。矩形的一个边绝 热，其余三个边均与温度为tf的流体发生对流换热。 你能预测他所得的温度场的解吗？ 答：为以tf均匀分布的温度场。因一边绝热无热流 传递，其它三个边外的温度相同，无内热源，常物 性、稳态。如果不是以tf大小的均匀分布温度场， 就存在温差和外部有热流量交换，因无内热源，板 内无热量保持供给或吸收，就不能维持这个温差， 温差如有变化不符合稳态条件，只能是以tf大小均 匀分布的温度场。
第一章 绪论——习题
• 1-3 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮 光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口， 其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感 器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表 面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与 遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换 热的方式是什么？
飞船船体
第二章 导热基本定律及稳态导 热——思考题
• 9. 在式（2-49）所给出的分析解中， 不出现导热物体的导热系数，请你提供 理论依据。 答：因稳态、无内热源、导热系数为常 数的二维导热问题的控制方程（2-46a） 与导热系数无关；四个边界条件是温度 边界条件，不包含导热系数（2-46b）。 （2-49）式是上述定解问题的解，自然 不出现导热物体的导热系数。
q
A
T T
4 1
4 2
第一章 绪论——习题
• 1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热 系数h1=95W/(㎡· K)，壁面厚δ=2.5㎜， λ=46.5W/(m·K)，水侧表面传热系数 h2=5800W/(㎡· K)。设传热壁可以看作平 壁，试计算各个环节单位面积的热阻及 从气到水的总传热系数。你能否指出， 为了强化这一传热过程，应首先从哪一 环节着手？
传热学第四版课后习题及答案解析(杨世铭-陶文铨版)
与人处于实际气温、实际风速下的散热量相同。从散热计算的角度可以将人体简化为直径为 25cm、高 175cm、
表面温度为 30℃的圆柱体，试计算当表面传热系数为15W / m2 K 时人体在温度为 20℃的静止空气中的散热 量。如果在一个有风的日子，表面传热系数增加到 50W / m 2 K ，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是
坏。试从传热学的观点分析这一现象。
答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走
而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换
热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。
6． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其
解：根据傅利叶公式
Q
At
1.04
20 (520 0.13
50)
75.2KW
每天用煤
24 3600 75.2 2.09 104
310.9Kg
/
d
1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为 40mm 的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度
为 15W/m2。外变面温度为 40℃，内表面温度为 30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。
而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。
解：根据傅立叶定律有：
A
t
1.5 12
25 ()5 0.26
2076.9W
1-10 一炉子的炉墙厚 13cm，总面积为 20 m 2 ，平均导热系数为 1.04w/m.k，内外壁温分别是 520℃及 50℃。
试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是 2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？
化工原理(管国锋主编_第三版)课后习题答案4_传热及换热器
第4章 传热及换热器1）用平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。
设平板的导热面积为0.03m 2，厚度为0.01m 。
测量数据如下：电热器材料的表面温度 ℃ 安培数 A 伏特数 V 高温面 低温面 2.8 2.3140 115300 200100 50试求：①该材料的平均导热系数。
②如该材料导热系数与温度的关系为线性：，则λ0和a 值为多少？001825.0)/(4786.0]2/)50200(1[5878.0]2/)100300(1[6533.0)/(6206.02/)()/(5878.01153.201.0/03.0)50200()/(6533.01408.201.0/03.0)200300(/)(1][000002102201121=⋅=++=++=∴⋅=+=⋅=⨯=⨯-⋅=⨯=⨯-∴=-=a C m w a a C m w C m w C m w VIL S t t Q m λλλλλλλλλλλ得）解2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2、t 3和t 4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。
12112)100200()200400(21200400400500(/)(/)(/)(][3213221343232121：：：：：：：：））：（：解==--==--=-=-=-=R R R R R R R R T T R T T R T T Q3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m ·℃)，0.16 W/(m ·℃)和0。
92 W/(m ·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m ，普通砖厚度为0.25m 。
已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
化工原理课后练习题
化工原理练习题一（流体流动）一、填空1．用管子从高位槽放水，当管径增大一倍，则水的流量为原流量倍，假定液面高度、管长、局部阻力及摩擦系数均不变，且管路出口处的流体动能项可忽略。
2．某设备上，真空表的读数为80mmHg，其绝压＝kgf/cm2＝Pa。
该地区大气压强为720mmHg。
3．常温下水密度为1000kg／m3，粘度为1cP，在d内=100mm管内以3m/s的速度速度流动，其流动类型为。
4．12kgf·m＝J。
5．空气在标准状态下密度为1.29kg／m3，在0.25MPa下(绝压)80 ℃时的密度为。
6．20℃的水通过10m长，d内＝l 00mm的钢管，流量V0＝10m3／h，阻力系数λ＝0.02，阻力降ΔP＝。
7．常用测量流量的流量计有、、。
8．无论滞流湍流，在管道任意截面流体质点的速度沿管径而变，管壁处速度为，到管中心速度为。
滞流时，圆管截面的平均速度为最大速度的倍．9．在流动系统中，若截面上流体流速、压强、密度等仅随改变，不随而变，称为稳定流动，若以上各量既随而变又随而变，称为不稳定流动。
1０．流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以分、、三层。
11．流体在圆形直管中滞流流动时，平均流速增大一倍，其能量损失为原来损失的倍。
12．等边三角形边长为a，其当量直径是，长方形长2a，宽为a，当量直径是。
13．管内流体层流的主要特点是；湍流的主要特点是。
14．孔板流量计的流量系数C0的大小，主要与和有关。
当超过某一值后，C0为常数。
l 5．直管阻力的表示式hf＝。
管中流出ζ出＝，流入管内ζ入＝。
16．气体的粘度随温度的升高而，水的粘度随温度的升高而。
17．在下面两种情况下，假如流体的流量不变，而圆形直管的直径减少二分之一，则因直管阻力引起的压降损失为原来的多少倍?A)两种情况都为层流，B)两种情况都在阻力平方区。
二．某离心泵将某种石油馏分自1.5Km外的原油加工厂，经一根φ160×5mm的钢管输送到第一贮缸中，送液量为每分钟2000L。
传热学课后习题答案(第四版)
第1章1-3 解：电热器的加热功率： kW W tcm QP 95.16.195060)1543(101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯=∆==-ττ15分钟可节省的能量：kJ J t cm Q 4.752752400)1527(15101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=-1-33 解：W h h t t A w f 7.45601044.02.061)]10(2[6311)(2121=++--⨯=++-=Φλδ如果取K m W h ./3022=，则W h h t t A w f 52.45301044.02.061)]10(2[6311)(2121=++--⨯=++-=Φλδ即随室外风力减弱，散热量减小。
但因墙的热阻主要在绝热层上，室外风力变化对散热量的影响不大。
第2章2-4 解：按热平衡关系有：)(1222121f w BBA A w f t t h h t t -=++-λδλδ，得：)2550(5.906.01.0250150400-=++-B Bδδ，由此得：,0794.0,0397.0m m A B ==δδ 2-9 解：由0)(2121=+=w w m t t t ℃从附录5查得空气层的导热系数为K m W ⋅/0244.0空气λ 双层时：W t t A w w s 95.410244.0008.078.0006.02)]20(20[6.06.02)(21=+⨯--⨯⨯=+-=Φ空气空气玻璃玻璃λδλδ单层时：W t t A w w d 187278.0/006.0)]20(20[6.06.0/)(21=--⨯⨯=-=Φ玻璃玻璃λδ两种情况下的热损失之比：)(6.4495.411872倍==ΦΦs d题2-15解：这是一个通过双层圆筒壁的稳态导热问题。
由附录4可查得煤灰泡沫砖的最高允许温度为300℃。
设矿渣棉与媒灰泡沫砖交界面处的温度为t w ，则有 23212121ln 21ln 21)(d d l d d l t t πλπλ+-=Φ （a ） 23221211ln )(2ln )(2d d t t l d d t t l w w -=-=Φπλπλ （b ） 65110ln )50(12.02565ln )400(11.0:-⨯=-⨯w w t t 即由此可解得：4.167=w t ℃＜300℃又由式（a ）可知，在其他条件均不变的情况下，增加煤灰泡沫砖的厚度δ2对将使3d 增大，从而损失将减小；又由式（b ）左边可知t w 将会升高。
第四版《传热学》课后习题答案解析
第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt－沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；wt －固体表面温度；ft －流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。
这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。
习题课 - 传热
290.0 103 68.0m 2 739.6 5.77
tm，逆
t1 t2 t t 1 2 5.77C T t2 t1 ln ln T t1 t2
2
d内
Re 2
0.8
0.4
A实 85.4m 2
A需 A实
换热面积够用
24
22
习题课--------操作型分析
950 Q m1 r 1099 290.0kW 3600
u2
ms 2 17.37 0.818m / s 1 2 N 1 272 994 0.022 2 d内 4 4 4 m
994 0.818 0.02 21916.2 104 74.2 105
──黑度 A──黑体面积 C0──黑体辐射系数
四、间壁两侧流体的热交换
1、总传热速率方程式
3、总传热系数K
4、热量衡算式
Q KAt m
2、平均温度差 对于逆流和并流：
t m 1 KA
以外表面为基准时：
d 1 1 1 d1 b d1 R1 R2 1 K1 1 d2 2 d2 dm
16
28、两流体在一套管换热器中换热,热流体温度由90℃降至60℃, 冷流体温度由20℃升至50℃。若逆流操作,tm＝ D 。 A 70℃ B 30℃ C 10℃ D 40℃ 46、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 20℃； B 50℃； C 77.3℃； D 119.6℃。 50、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 φΔ t 的大小反映了流体流向接近逆流的程度。
传热学第四章-导热问题的数值解法-2
高斯-赛德尔迭代的特点：每次迭代时总是使用节点温度的最 新值
例如：根据第 k 次迭代的数值 可以求得节点温度：
t1(k)、t2(k)....tn(k)
t(k1)
1
1 a11
a12t2(k )
......
a1nt
max
ti(k 1) ti(k )
ti(k )
max
ti(k 1) ti(k ) tm(ka)x
— 允许的偏差； 相对偏差 值一般
取103 ~ 106
k及k+1表示迭代次数； tm(ka)x—第k次迭代得到的最大值
当有接近于零的t 时，第三个较好
4-3 非稳态导热问题的数值解法
非稳态导热问题与稳态导热问题的区别是，温度分布不仅 与空间坐标有关，还与时间有关。 本节要求掌握一维非稳态导热问题的数值解法，能够写出 内部节点和边界节点的有限差分方程，掌握显式差分方程 的稳定性条件。
作业：4-10 ；4-15
• 习题课
（1）第一、二、三章思考题讲解； （2）第一、二、三章作业习题讲解；
[t
ti(k ) ]
2标和时间的步长，按选定的坐标步长划分节点网 格，并将节点按位置编号。
2）按节点的情况（位置和具体边界条件）写出各节点的差
分方程，并检查是否符合稳定性条 件。
3）从初始条件出发，逐点计算 时刻各节点的温度，然后
再逐点计算 2 ,3 ,...... 时刻各节点的温度，直到指定
i 1
]
(2) 边界节点
相邻节点导入控制体的热流量+边界
表面对控制体的传热量=边界单元体
传热学第四版课后题答案解析第四章
4-4、试对附图所示的等截面直肋的稳态导热问题用数值方法求解节点2，3的温度。图中 .肋高H=4cm,纵剖面面积 导热系数 。
解：对于2点可以列出：
节点2：
节点3： 。
由此得：
， ，
，于是有： ，
，代入得：
， ，
， ，
，
。
离散方程的建立
4-5、试将直角坐标中的常物性无内热源的二维稳态导热微分方程化为显式差分格式，并指出其稳定性条件（ 。
3 28.8671875 23.49609375 22.24607565 15.18554258
4 28.93554258 23.53027129 22.28027129 15.20263565
5 28.95263565 23.53881782 22.28881782 15.20690891
6 28.9569089 23.54095446 22.290955445 15..20797723
Fo=0.2及0.24时计算结果的对比列于下表：
Fo=0.2
Bi=0.1
Bi=1
Bi=10
第一项的值
0.94879
0.62945
0.11866
前六和的值
0.95142
0.64339
0.12248
比值
0.99724
0.97833
0.96881
Fo=0.2
Bi=0.1
Bi=1
Bi=10
第一项的值
0.99662
第四章
复习题
1、试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。
2、试说明用热平衡法建立节点温度离散方程的基本思想。
传热习题课计算题
1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。
已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；冷水走壳程，测得进口温度为15℃，出口温度为30℃，逆流流动。
（取水的比热c p=4.18×103J/kg·K）解：换热器的传热量：Q ＝q m c p (T 2－T 1)＝1500/3600×4.18×103×(80－50)=52.25kW传热温度差△t m ：热流体 80 → 50冷流体 30 ← 15△t 1=50， △t 2=352355021<=∆∆t t 传热温度差△t m 可用算数平均值：5.4223550221=+=∆+∆=∆t t t m ℃ ⋅=⨯⨯=∆=23/6155.4221025.52m W t A Q K m ℃2、一列管换热器，由φ25×2mm 的126根不锈钢管组成。
平均比热为4187J/kg·℃的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h ，并由20℃加热到80℃，温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。
已知单管程时管壁对溶液的传热系数αi 为520W/m 2·℃，蒸汽对管壁的传热系数α0为1.16×104W/m 2·℃，不锈钢管的导热系数λ＝17W/m·℃，忽略垢层热阻和热损失。
试求：管程为单程时的列管长度（有效长度） （总传热系数：以管平均面积为基准，00111d d b d d K m i mi ⋅++⋅=αλα）解：传热量：Q ＝q m c p (t 2－t 1)＝15000/3600×4187×(80－20) ≈ 1.05×106W总传热系数：（以管平均面积为基准） 1111152023210002171116102325004K d d b d d K i m i m =⋅++⋅=⋅++⨯⋅αλα .. 解得： K ＝434.19W/m 2·℃ 对数平均温差： 110110 2080△t 1=90 △t 2=30∆∆∆∆∆t t t t t m =-=-=1212903090305461ln ln .℃ 传热面积： Q KA t m m =∆ A QK t m m m ==⨯⨯=∆10510434195461442862.... A n d L m m =π； 列管长度：L A n d m m m ==⨯⨯≈π44281263140023487....3、有一列管式换热器，装有φ25×2.5mm钢管320根，其管长为2m，要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。
《传热学》习题课(对流换热部分)
空气时： lc 50000015.53106 7.765m;
水时： lc 500000 0.9055106 0.4775m
14号润滑油时： lc 500000 313.7 106 156.85m
第五章 对流换热—习题
传热学 课件
5-23．对置于气流中的一块很粗糙的表面进
行传热试验，测得如下的局部换热特征性的
H
第五章 对流换热—习题
速度和温度分布
积分简化能量方程可得：
t f3xy f4x
代入上下面的温度边界条件得：
t
tw2
tw1 tw2 H
y
传热学 课件
第五章 对流换热—习题
传热学 课件
5-14 实验测得一置于水中的平板某点的切应 力为1.5Pa，如果水温与平板温度分别为15℃ 与60℃，试计算当地的局部热流密度。
第五章 对流换热—复习题
传热学 课件
对流换热问题的数学描写的意义为：①从分析求 解方面，可以根据实际对流换热过程，数学公式 中各参数及其导数的量级大小分析，简化方程， 求得符合实际传热问题的近似解；②从数学公式 中，可看出动量方程与能量方程存在类似形式， 可利用比拟方法，建立两者关系，利用阻力系数 相对容易求解或容易测定，求解传热关系式；③ 从实验回归表面传热系数方面，通过控制方程和 定解条件，运用相似原理及量纲分析，指导实验 设计和数据回归。
传热学 课件
3. 式（5-4）与导热问题和第三类边界条件式
（2-17）有什么区别？
答：式（5-4）h
t
t y
，式（2-17）
y0
为：
t
y
h tw t f 。两者的区别是：两式中的导热
w
系数不同，（5-4）式中的导热系数是流体的，而
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题1. 如附图所示。
某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K）、绝热层λ2=0.18W/（m·K）及普通砖λ3=0.93W/（m·K）三层组成。
炉膛壁内壁温度1100oC ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 oC 。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 oC 。
求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。
已知：λ1=1.3W/m·K，λ2=0.18W/m·K，λ3=0.93W/m·K，T 1＝1100 oC ，T 2＝900 oC ，T 4＝50oC ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δλTq ∆=∴1δ＝m q T T 22.0120090011003.1211=-⨯=-λ 又∵33224234332322λδλδδλδλ+-=-=-=T T T T T T q∴W K m q T T /579.093.012.01200509002334222⋅=--=--=λδλδ 得：∴m 10.018.0579.0579.022=⨯==λδ习题1附图 习题2附图2. 如附图所示。
为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 oC ，t 3=50 oC 。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T 2=300oC ，T 3=50oC求： T 1=？ 解： ∵δλδλ31323T T T T q -=-=∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 oC3. 直径为Ø60×3mm 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–110oC ，绝热层外表面温度10oC 。
传热学第四版课后题答案第六章.
第六章复习题1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。
凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。
（1） 初始条件。
指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。
（2） 边界条件。
所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。
（3） 几何条件。
换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。
（4） 物理条件。
物体的种类与物性。
2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子．3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。
答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。
6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。
答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。
7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。
这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。
8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律．9．简述数数，数，Gr Nu Pr 的物理意义．Bi Nu 数与数有什么区别？ 10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？相似原理与量纲分析6－1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200C 的空气来模拟实物中平均温度为2000C 空气的加热过程。
传热学第四章-导热问题的数值解法-2
1. 节点离散方程的建立：
(1)内部节点
相邻节点导入控制单元体的热流量= 单元体内能量增量
i-1
i
i+1
A ti( k 1 ) ti(k )A ti( k 1 ) ti(k )c x A ti(k 1 ) ti(k )
x
x
整理，得：
x
x
ti(k 1 )[12 ( a x )2]ti(k)(a x)2[ti( k1 )ti( k1 )]
取103 ~ 106
k及k+1表示迭代次数； tm(ka)x —第k次迭代得到的最大值
当有接近于零的t 时，第三个较好
4-3 非稳态导热问题的数值解法
非稳态导热问题与稳态导热问题的区别是，温度分布不仅 与空间坐标有关，还与时间有关。 本节要求掌握一维非稳态导热问题的数值解法，能够写出 内部节点和边界节点的有限差分方程，掌握显式差分方程 的稳定性条件。
2.节点方程组的求解： 步骤：
1）选择坐标和时间的步长，按选定的坐标步长划分节点网 格，并将节点按位置编号。
2）按节点的情况（位置和具体边界条件）写出各节点的差
分方程，并检查是否符合稳定性 条 件。
3）从初始条件出发，逐点计算 时刻各节点的温度，然后
再逐点计算 2,3,...... 时刻各节点的温度，直到指定
例 如 t03 t1 3， 但 t0 4<t1 4。
i0 1 2 3 4 5 6 7
t
n
0
100 100 100 100 60
148 -109.6 550
1
100 100 100 80
104 19.2 220.2 -328.9
2
100 100 80
84
传热学第四版课后题答案第五章
第五章复习题1、试用简明的语言说明热边界层的概念。
答：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边界层或热边界层。
2、与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？答：与完全的能量方程相比，它忽略了主流方向温度的次变化率σα22x A ，因此仅适用于边界层内，不适用整个流体。
3、式（5—4）与导热问题的第三类边界条件式（2—17）有什么区别？答：=∂∆∂-=yyt th λ（5—4）)()(f w t t h h t-=∂∂-λ （2—11）式（5—4）中的h 是未知量，而式（2—17）中的h 是作为已知的边界条件给出，此外（2—17）中的λ为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5—4）将用来导出一个包括h 的无量纲数，只是局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应该把牛顿冷却公式应用到整个表面而得出。
4、式（5—4）表面，在边界上垂直壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热中，流体的流动起什么作用？答：固体表面所形成的边界层的厚度除了与流体的粘性有关外还与主流区的速度有关，流动速度越大，边界层越薄，因此导热的热阻也就越小，因此起到影响传热大小5、对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义？答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件 （2）边界条件 （速度、压力及温度）建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素。
基本概念与定性分析5-1 、对于流体外标平板的流动，试用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式：xxRe 1~δ解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为：221xy u v dx d y u v xy u ∂+-=∂∂+∂∂ρρ根据数量级的关系，主流方的数量级为1，y 方线的数量级为δ则有2211111111δρδδv +⨯-=⨯+⨯ 从上式可以看出等式左侧的数量级为1级，那么，等式右侧也是数量级为1级， 为使等式是数量级为1，则v 必须是2δ量级。
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0 4m 1 1’
0’
分析：本系统对水提供能量的来源有二：泵和 加热器。泵所提供的能量除使水的机械能增加 外，其余部分则因克服流动阻力而转化为热能。 这部分热能和加热器加入的热能，一部分散失 到环境中，一部分被水吸收转化为内能使水温 升高。如果设法求出水的内能增加值，该问题 就迎刃而解。 解：方法一 (1)水的内能增加值 如图,以0-0'面为基准面，列1-1’.2-2’截面间 的柏努利方程式，以表压计。
35 .3 所需加压站的个数： n 5.83 6 6
22.用泵将5℃的水从水池吸上，经换热器预热 后打入某容器。已知泵的流量度1000kg/h,加 热器的传热速率为11.6W，管路的散热率为 2.09kw,泵的有效功率为1.2kw。设 池面与容器的高度不变，求水进入容器时的温 度。
2 2’ 10m
14. 导热系数受哪些因素影响?现有建筑砖（ρ＝ 1800kg•m-3）和煤灰砖（ρ＝700 kg•m-3）两种材料，哪种 保温性能好? 组成：纯物质的导热系数好; 结构：结构致紧、密度大的材料导热系数大; 温度：一般温度升高，导热系数减小。 煤灰砖的保温性能好。
15.
×) 凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。(
7. 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到 40℃，冷却水初温为15℃， 在设计列管式换热器 时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为 30℃， 方案II是令冷却水终温为35℃，则用水量 小于 A2（大于、小 W1＿＿ 大于 W2，所需传热面积A1＿＿＿ 于、等于）。
b/（λS） 8. 单层间壁热阻的表达式为______________ ，用 K•W-1 SI制表示的单位是________________ 。
U 9.81 (4 10) 4.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2 103 3.42 104
4.19kJ /(kg C )
4
3.84 104 J / kg 38.4kJ / kg
（２）水温 取水的比热容为
，则水进入容器时的温度为
3.84 10 t 5 14.2C 3 4.19 10
20 103 0.786m / s 先求原油的流速： u 解： 2 3600 900 0.785 0.1
然后判断流型：Re
du
0.1 0.786 900 70 10
3
1010 ＜2000
所以流动类型为滞流。 200km管路可产生的压降为
32lu 32 70 103 200 103 0.786 p f 35.3MPa 2 2 d 0.1
16. 流体作层流流动时，摩擦系数λ只是Re的函数，而与管壁 的粗糙度无关。 （ ） √
17. 为了提高压强计的灵敏度以测量微小的压强差，可采用
微差压强计。当其中的两指示液密度相差越大时，其灵敏 度就越高。× （ ） 18. 强化传热过程最有效的途径是增大传热面积，提高传热 温度差。（× ） 19. 在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的 导热温度差就较小（ × ）
传导传热 5. 热量传递的基本方式有＿＿＿＿＿＿ , 对流传热 辐射传热 ＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿。
6 平均总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1.α2 以及间壁导热系数λ的关系简化式为 ____________________. 当间壁管规格为 (1/K)=(1/α1+b/λ+1/α2) φ108×4mm,导热系数为45(W•m-1•K-1)时,两侧给 热系数分别为8000(W•m-2•K-1)和1000(W•m-2•K-1) 824(W•m-2•K-1) 时,总传热系数=_________.
10. 对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝116 W•m-2•K-1 ，α2＝11600 W•m-2•K-1， 要提高传热系数 （K），最简单有效的途径是（ A ）。 A. 设法增大α1; B. 设法增大α2; C. 同时增大α1和α2。
11. 穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的 热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小( C )。 A. R1>(R2+R3) B. R1<(R2+R3) C. R1=(R2+R3) D. 无法比较
p2 u 2 u1 U2 Z1 g We Q U1 gZ2 2 2 式中U1、U2 ——截面１，２水的内能，J/Kg ； Q——加热器加入的热量，J/Kg。
p1
2
2
已知
u1 u 2 o p1 p2 0 Z 2 10m
Z1 4m
将其代入上式， 整理得
9. 如图所示为间壁式换热器中冷流体B与热流体A的稳 态传热过程的温度分布曲线，该传热过程是由 __________ 、_________ 热传导 和________ 对流 对流 三个串联的热传递 环节组成，由图分析可知:α1___ < α2，控制热阻应在 ________ 侧，因此若强化该传热过程，应从________ 侧 A A 着手。
20. 在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作，所需传热
面积要小（ √ ）
21.用 108mm ×4mm的管线每小时输送原油20t。原油 密度为900kg/m3 ，粘度为70mPa· s。已知管线总长 200km，管子最大许用压强为6.0Mpa（表压），试 定量分析输送途中至少需要几个加压站？
3 . 厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知 b1>b2>b3;导热系数λ1<λ2<λ3在稳定传热过程中，各层的热 > > 阻R1______R2______R3;各层导热速率Q1____Q ＝ 2____Q ＝ 3。
4. 冷、 热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T1 ＝400℃， 出口温度T2为200℃，冷气体进口温度ｔ1＝ 50℃，两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若 250 不计热损失时，冷气体出口温度为＿＿＿＿℃； 若热损失 240 为5％时，冷气体出口温度为＿＿＿℃。
大 1. 间壁换热器管壁温度 t接近α_________一侧的流体温度； 热阻大 总传热系数Ｋ的数值接近________________一侧的α值。
2. 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃， 出口温度为50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为 5 53℃，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的＿＿＿％ （冷热水物性数据视为相同）
U 2 U1 g (Z1 Z 2 ) We Q
传热速率： Q
11.6 2.09 9.51kW
9.51 103 3600 Q 3.42 104 J / kg 1000
泵对水加入的能量：
水的内能增加值：
1.2 103 3600 We 4.32 104 J / kg 1000
12. 在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度 分别为ｔ1、ｔ2，蛇管外有热流体稳定流过,借搅拌器作用， 使热流体保持均匀温度T(T为热流体出口温度) ，如冷却蛇管 长度增加一倍,其它条件不变,问出口水温ｔ2应( A )。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定 ∵Q＝qm,ccpc(t2－t1)＝KSΔtm
＝Kπｄl(t2-t1)/ln[(T-t1)/(T-t2)]
∴qm,ccpc ＝Kπｄl / ln[(T-t1)/(T-t2)] 此等式左边为恒值， 则右边也应为恒值，现l增大一倍，
则ln[(T-t1)/(T-t2)]必也增大一倍，则t2必增大
13. 传热系数是物质传热能力的标志，一般情况下，金属 的传热系数较大，非金属的传热系数较小。（ √ ）