化工原理课件传热习题201111

第四章 传热一、填空题：1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知321b b b >>；导热系数321λλλ<<。

在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。

解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。

②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。

因为40100⎪⎭⎫⎝⎛==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。

②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。

解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。

①外， 内 ，内 ， 内 ， 外6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。

②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁w t 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。

②对于间壁式换热器：m t KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。

解①大 ， 热阻大 ②稳定传热 ， 无热损失 ， 无相变化8、①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是 。

②等温面不会相交，因为 。

解①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支承管子 ②一个点不可能具有两个不同的温度9、①由多层等厚度平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ，其两侧的温度差愈 。

②为了减小高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置 的措施。

③在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 ，减小热阻的最有效的措施是 。

解①小 ， 小 ②隔热挡板 ③传热边界层δ 或滞流层内；提高流体湍动程度11、引起自然对流传热的原因是 ，因此影响自然对流的特性有 。

解：系统内部存在温度差，使各部分流体密度不同而引起上升，下降的流动 ρ, μ , Cp, λ, β12、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应 ，主要原因是 。

解：降低因为水的导热系数大于保温材料的导热系数13、举出五种间壁式换热器 。

提高间壁式换热器传热系数的主要方法是解：夹套式，蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任选五种。

提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。

16、通过一换热器，用饱和水蒸汽加热水，可使水的温度由20℃升高至80℃，现发现水的温度降低了， 经检查水的初温与流量均无变化，引起问题可能的原因是 。

解：传热速率下降引起。

根据Q=KA Δtm 分析，可能有几种情况：1.蒸汽压力下降，减小；2.蒸汽侧有不凝气，使传热系数α大幅度地下降，K 减小；3.水侧污垢积累，污垢热阻增大，K 减小；4.冷凝水排除器不通畅，有积水现象，使K 减小。

17、金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ，随其温度的升高而 。

答案：增大；减小二、选择题：（2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为C ︒100，空气进口温度为C ︒20，出口温度为C ︒80，问此套管换热器内管壁温应是_________。

（A ）接近空气平均温度 （B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度 解：①A) ②C2、套管冷凝器，管内走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时（1）传热系数K 应 A 增大 B 减小 C 基本不变 （2）空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变 （3）壁温 A 增大 B 减小 C 基本不变 解：（1）A （2）B （3）B3、有一套管换热器，长10m ，管间用饱和蒸汽作加热剂，空气在一定流量下由内管流过，温度可升至指定温度，现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度应为原来的（A ）2倍 （B ）1.74倍 （C ）1.15倍 （D ）1.14倍解：答案：C74.128.08.0==⎪⎭⎫ ⎝⎛'='u u ααll t t A A t t t t m m m m αααα''=∆∆''=--'12121.12222.08.0===''='ααm m l l 4、在设计列管式换热器中，设置折流挡板，以提高_____程流速，设置隔板以提高_____流速，以达到强化传热的目的。

管程内流体流速的选取，对一般液体取_____，气体取_____，如该换热器用水蒸汽冷凝来加热原油，那么水蒸汽应在______程流动。

（A ）壳程 （B ）管程 （C ）壳程和管程（D ）u ＝0.5～3m/s （E ）u ＝5～30m/s （F ）u ＝30～100m/s解：①A) B) D) E) A)5、（1）在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对α的影响是__________。

（A ）不凝性气体存在会使α（值）大大降低。

（B ）不凝性气体存在会使α（值）升高（C ）不凝性气体的存在与否，对数据无影响（2）对在蒸汽－空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的___ ___在工程上可行。

（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，增加冷凝面积导走冷凝液。

（E ）内管加入填充物或采用螺纹管。

（3）蒸汽压强的变化，对冷凝传热的影响是__________。

（A ）蒸汽压强P ↑，α值↑，对α关联式有影响； （B ）蒸汽压强P ↑，α值不变，对α关联式有影响 （C ）蒸汽压强P ↓，α值↓，对α关联式有影响①A) ②A) ③B)1．6、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1R 与第二、三层热阻2R 、3R 的大小___________。

（A ）1R >(2R +3R ) （B ）1R <(2R +3R ) （C ）1R =(2R +3R )（D ）无法比较2．列管换热器管程常用流速范围为：一般液体________，气体_________。

（A ）0.5～3m/s （B ）3～15m/s （C ）5～30m/s 参见附图：解：①C) ②A) C)3、（1）列管换热器中用水使46C ︒2CS 的饱和蒸汽冷凝，则2CS 饱和蒸汽应通过_________。

（A ）管程 （B ）壳程（2）有一套管换热器，在内管中空气从20C ︒被加热到50C ︒，环隙内有119.6C ︒的水蒸汽冷凝，管壁温度接近______C ︒。

（A ）35 （B ）119.6 （C ）77.3（3）在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度相差50C ︒，现因某种原因，两者的温度各升高100C ︒，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该___________。

（A ）增大 （B ）变小 （C ）不变解：①B) ②B) ③A) 4、（1）在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好_________放置；冷却水应走___________。

（A ）水平 （B ）垂直 （C ）管内 （D ）管外 （2）已知钢质园管（外半径为r 1）外两层不等厚（b 1>b 2）保温材料的温度分布曲线如图示，则A 层导热系数_____________B 层的导热系数。

（A ）小于 （B ）不能确定是否大于 （C ）大于 （D ）等于解：①A) C) ②C5、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. 管避热阻；B. 污垢热阻；C ．管内对流传热热阻； D.管外对流传热热阻 答案：B 6、三、问答题：1、保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？2、何谓换热器的控制热阻?答:换热器的总热阻1/K 主要取决于冷、热流体的对流传热热阻，当然也和管壁的热阻及污垢热阻有关，即，λααb K i ∑++=0111若忽略管壁及污垢热阻，则有111αα+≈i K 如果i α和0α相接近，也就是两种流体的传热阻力差不多时，在谋求强化传热过程中，一般要考虑把i α、0α都增大。

但往往有这种情况，两者的α 值相差很大，例如i α>>0α,则11αα<<i。

这时11α≈K K ≈0α 即总传热系数K 值接近对流传热系数小的一侧流体的α 值，在本例条件下总热阻完全被管外的对流传热热阻所控制。

1/0α被称为控制热阻。

控制热阻的概念对强化传热研究是非常重要的。

它可以使我们在寻求强化的过程中紧紧抓住主要矛盾，提醒我们为了增大换热器的总传热系数，减少热阻，关键在于增大控制热阻一侧的α。

用火炉烧开水，壶底的温度是接近火焰的温度还是接近水的温度？答：为了抓住问题的实质，暂不考虑壶底金属材料的热阻和污垢热阻，即将壶底内、外表面的温度统一用tw 来表示。

设ti 、to 分别代表水和火焰的温度。

由牛顿冷却定律：)()(00w i w i t t t t AQ-=-=αα 由于水的对流传热系数i α远大于空气的对流传热系数0α , 即i α >>0α, 由上式可知： )()(0i w w t t t t ->>-即火焰和壶底的温度差远大于壶底和水的温度差。

也就是说)(i w t t -的数值很小，i w t t ≈。

由此可以得出结论，壶底的温度接近水的温度。

推广开来，当两种流体通过壁面换热时，若对流传热系数相差较大，也可以说对流传热热阻相差较大时，壁温总是接近α 大（即对流热阻小）的那一侧流体的温度。

两流体的α值相差愈大，壁温愈接近α 大的那一侧流体的温度。

这就是为什么在加热炉中，虽然火焰的温度高于炉管材料的溶点，但由于管内有油品流动，管壁接近油品温度，炉管不会烧穿的原因。