传热练习题化工原理

传热一、填空1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（），这是因为（）。

2、某物体（可近似为灰体），在20℃时，其黒度为ε=0.8，则其辐射能力的大小为（），其吸收率为（）。

3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（），原因是（）。

4、膜系数α越（），液体核状沸腾时，△t越大，α越（）。

5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变），若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（），蒸汽侧的对流传热系数（）。

6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请列举二个可以导致上述现象的原因：①（）②（）7、常见的列管换热器折流板型式有（），（）。

在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（），缺点是（）。

8、随着温度的增加，空气的黏度（），空气的导热系数（）。

9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（），因为（）。

10、角系数取决于换热物体的（），（）和（），而与（）和（）无关。

11、基尔霍夫定律的表达式为（），该定律的前提假设条件是（）。

12、在空气—水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（），传热壁面的温度接近于（）的温度。

13、列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（）办法，常用的结构形式有（）。

14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（）。

水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（）。

15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（），（）和（），而在工业生产中常在（）阶段操作。

16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为60℃）应走（），水（入口温度为90℃）应走（），主要是为避免（）。

17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。

18、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（）。

19、在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程改为双程，则传热温度差（）。

20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（）。

21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称①（），②（）。

22、斯蒂芬—波尔茨曼定律的数学表达式为（），它表示（）。

23、327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的（）倍。

24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（）求之。

25、沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（），沸腾传热系数越（）。

26、黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（）倍。

27、在列管换热器中使用饱和水蒸汽加热冷空气时，管壁的温度接近（）侧温度。

二、选择题1、管壁热阻和污垢热阻可忽略，当传热面两侧的对流传热膜系数相差较大时，总传热系数总是接近于（）。

热阻大的那侧的传热膜系数 B 热阻小的那侧的传热膜系数C 上述两者的平均值 D不一定2、在两灰体进行辐射传热，两灰体的温度相差50℃。

现因某种原因，两者的温度差升高到100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该（）。

增大 B变小 C 不变 D不确定3、为减少室外设备的热损失，拟在保温层外包一层金属皮，则选择金属皮时应优先考虑的因素是选用的材料（）。

颜色较深 B 表面粗糟 C 颜色较浅 D表面光滑4、推导过滤方程式的一个最基本的依据是（）。

滤液通过滤饼时呈湍流流动假定滤饼大小均一滤液通过滤饼时呈层流流动假定过滤介质的阻力可忽略不计。

5、某一套管换热器，由管间的饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽的温度为100℃，空气进口温度为20℃，出口温度为80℃，问此套管换热器内管壁温度应是（）。

接近空气温度接近饱和蒸汽和空气的平均温度接近饱和蒸汽温度三、计算题：1、某一逆流操作套管换热器，冷却水进口温度t1=30℃，出口温度t2=84℃；热流体进口温度T1=180℃, 出口温度T2=120℃.若改为并流操作，其它条件均不变，两流体的出口温度分别为多少?（设平均温度差可用算术平均值）。

2、一套管换热器用133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从33℃加热至73℃，氯苯流量为5500kg/h，现因某种原因，氯苯流量减少到3300 kg/h，但其进出口温度欲维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少，才能满足要求? 此时饱和蒸汽的冷凝量为原工况的百分之几?（设在两工况下蒸汽冷凝热阻、管壁热阻、垢层热阻及热损失均可忽略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下饱和蒸汽汽化潜热的变化）。

3、在套管换热器中，冷流体以500kg/h流过φ23×2mm的管内，冷流体的比热为1k J/kg℃，进出口温度为20℃和80℃，管壁的导热系数为45w/m℃，加热介质走管外，温度由150℃降为90℃,已知管内传热膜系数为α1=700w/m2℃，总传热系数K0(基于管外表面积)为300w/m℃，热损失可以忽略不计。

求：管外对流传热膜系数α0；逆流传热所需管长；如果加热介质换为140℃的饱和蒸汽，冷凝为饱和液体，蒸汽冷凝传热膜系数α0=8000 w/m2℃，其它条件不变，所需管长；D、换热器使用一年后，发现冷流体的出口温度达不到80℃，请说明原因。

4、在一单程的列管换热器中，壳程通入100℃的饱和水蒸汽，将管内湍流的空气从10℃加热至60℃，饱和蒸汽冷凝成同温度下的水。

若空气流量和空气的进口温度不变，仅将原换热器改成双管程。

试求：A、空气的出口温度t2B、空气冷凝量有何变化? （忽略管壁热阻及换热器的热损失）例4-1某平壁厚度为0.37m，内表面温度t1为1650℃，外表面温度t2为300℃，平壁材料导热系数（式中t的单位为℃，λ的单位为W/(m·℃)）。

若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。

解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度为：平壁材料的平均导热系数为：由式可求得导热热通量为：设壁厚x处的温度为t，则由式可得：故上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。

（2）导热系数按变量计算由式得：或积分得（a）当时，，代入式a，可得：整理上式得：解得：上式即为当λ随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。

计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。

例4-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。

最内层为耐火砖，厚度为150mm，中间层为绝热转，厚度为290mm，最外层为普通砖，厚度为228mm。

已知炉内、外壁表面分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。

假设各层接触良好。

解：在求解本题时，需知道各层材料的导热系数λ，但λ值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。

此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到λ值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。

若计算结果与所设的温度不符，则要重新试算。

一般经5几次试算后，可得合理的估算值。

下面列出经几次试算后的结果。

耐火砖绝热砖普通砖设t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3绝热砖和普通砖间界面温度。

，由式可知：再由式得：所以所以各层的温度差和热阻的数值如本列附表所示。

由表可见，各层的热阻愈大，温度差也愈大。

导热中温度差和热阻是成正比的。

例4-2 附表例4-3在外径为140 mm的蒸气管道外包扎保温材料，一减少热损失。

蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表温度不大于40℃。

保温材料的(t的单位为℃。

λ的单位为W/（m·℃）)。

若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。

解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：，，先求保温层在平均温度下的导热系数，即：（1）保温层厚度将式改写为：得r3=0.141m故保温层厚度为：（2）保温层中温度的分布设保温层半径r处，温度为t，代入式可得：解上式并整理得：计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。

例4-4 某列管换热器由φ25×2。

5mm的钢管组成。

热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆气流流动。

已知管内侧空气的αi 为50W/（m2·℃）,管外水侧的α0为1000W/（m2·℃），钢的λ为45 W/（m2·℃）。

试求基于管外表面积的总传热系数K。

及按平壁计的总传热系数。

解：参考附录二十二。

取空气侧的污垢热阻，水侧的污垢热阻。

由式知：所以若按平壁计算，由式知：由以上计算结果表明，在该题条件下，由于管径较小，若按平壁计算K，误差稍大，即为：例4-5 在上例中，若管壁热阻和污垢热阻可忽略，为了提高总传热系数，在其他条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：（1）将αi提高一倍；（2）将α0提高一倍。

试分别计算K0值。

解：（1）将αi提高一倍所以（2）将αo提高一倍所以计算结果表明，K值总是接近热阻大的流体侧的α值，因此欲提高K值，必须对影响K值的各项进行分析，如在本题条件下，应提高空气侧的α，才有效果。

例4-6在一单壳程、四管程换热器中，用水冷却热油。

用冷水管内流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃。

热油在壳方流动，进口温度为120℃，出口温度为40℃。

热油的流量为℃），试求１.25kg/s,平均比热为1.9kJ/（kg.℃）。

若换热器的总传热系数为470 W/（m2·换热器的传热面积。

解：换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即：换热器的传热量为：1-4型列管换热器的对数平均温度差，先按逆流计算，即：温度差校正系数为：由图查得：所以故例4-7在传热外表面积S0为300m2的单程列管换热器中，300℃的某种气体流过壳方并被加热到430℃。

另一种560℃的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为1×104kg/h,平均比热均为1.05kJ/(kg.℃)。

试求总传热系数。

假设换热器的热损失为壳方气体传热量的10%。

解：对给定的换热器，其总传热系数可由总传热速率求得，即：换热器的传热量为：热气体的出口温度由热量衡算求得，即：或解得流体的对数平均温度差为：因所以故由本例计算结果可以看出，两气体间传热的总传热系数是很低的。

例4-8在一传热面积为15.8的m2的逆流套管换热器中，用油加热冷水。