(完整版)化工原理传热复习题

传热复习题1

（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？

答：首先，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。举例说，如夹层内壁温度为98ο

C ，外壁温度为28ο

C ，黑度为0.95的玻璃表面镀上黑度为0.02的银层后,其辐射散热量可由原来的5502m W 降至6.152m W 。第三，在使用保温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作，而且在灌水时还要在瓶颈处留出一段空气的导热系数比水在小得多，从而有效地降低了瓶口的导热热损失。 （2）计算蒸气在水平管外冷凝的凯恩（Kern ）公式为：=a 0.725(t

d r

g ∆•••••02

3

μρ

λ)。试定性说明各种因素对冷凝给热系数a

的影响。

答：应当指出，冷凝给热的热阻是凝液造成的，因此式中各物性常数都是凝液的物性，而非蒸气的物性。

当λ大时，液膜导热性能良好，a 自然就大；ρ大，液膜容易从壁面上往下滑，同样使a 增大，潜热r 大，a 也大。相反，若蒸气温度和壁温之间的温差t ∆大，则意味着单位时间内凝液量增多，凝液膜增厚，这反而不利于传热，因此a 会变小；当粘度μ增大时，因流动阻力增大，液膜增厚，a 必然减小；至于水平管的直径d 0大了，会使管子下部液膜加厚，同样不利于传热， a 也要变小。

将上面定性分析结果与凯恩公式对照后可以发现：二者是完全一致的． （3）换热器的热负荷与传热速率有何不同？

答：冷、热流体在单位时间内在换器中所交换的热量，称为换热器的热负荷．它是针对换热任务的需要提出的，是生产上要求换热器应具有的换热能力，热负荷可根据生产中物流量、进出口温度及状态变化求化求出。

而传热速率则是指换热器本身在一定操作条件下所具有的传递热量的能力，是换热器本身的特性，二者是不相同的。 容易混淆的是，实际生产中设计或标定换热器时，常把传热速率与热负荷视为相等，一般都是通过热负荷的计算，求得换热器应具有的传热速率，再依据传热基本方程求出所需换热器的传热面积，尽管二者在数值上常视为相等，但就其本质讲，含义是完全不同的。 （4）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

1

11αα+≈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

1

1

αα<<

i

。 这时

1

1α≈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。 （5）室内暖气片为什么只把外表面制成翅片状？

答：室内暖气片内部的热流体（水或水蒸气）与片外的冷流体（空气）之间的热递属对流—传导—对流过程。因为

暖气片外壁与空气的对流传热系数远小于片内水或水蒸气与内壁的对流传热系数，即片外对流传热热阻为控制热阻。要增大冷、热介质的换热速率，改变片外的对流传热状况即减小控制热阻至关重要。暖气的外表面制成翅片状后，明显地增大了外表面的传热面积，使总传热系数（按光管传热面积计）较原来增大几倍。加之安装翅片后，加剧了空气的湍动程度，破坏了滞流内层，亦可使总传热系数增大。至于水或蒸汽侧由于不是控制热阻，改善其传热状况对整个冷、热流体的换热影响甚微。这就是室内暖气片只外表面制成翅片状的道理。

（6）工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？

答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。

如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。

（7）“为了节省冷却介质的用量，在设计换热器的过程中，应尽量提高冷却介质的出口温度。”这种说法是否正确？

答：不正确。

冷却介质的出口温度越高，其用量越小，回收热能的品位也越高，动力消耗也随之减小。但出口温度升高的结果，导致传热推动力即对数平均温差降低，所需传热面积增大，设备费用增大。因此必须从综合角度考虑，全面加以权衡，确定一个适宜的出口温度。

对于常用的冷却介质工业水，出口温度不宜过高。还因为工业水中含有许多盐类。如CaCO3、 MgCO3、CaS04、、MgSO4等。若出口温度过高，上述盐类就会因溶解度减小而析出，附在器壁表面上形成热阻很大的垢层，使传热过程恶化。尽管可以采取在冷却水中添加阻垢剂等化学方法，但至少从目前看，效果很有限。所以无节制了提高冷却介质出口温度的方法是行不通的。设计时常取冷却水进、出口的温度差为5-10℃

四`选择题

(一)单项选择题

3-53 对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（）。

A．②>④>③>①；

B．③>④>②>①；

C．③>②>①>④；

D．②>③>④>①；

冷流体热流体

①水气体

②水沸腾水蒸气冷凝

③水水

④水轻油

答案：D

3-54 关于传热系数K下述说法中错误的是（）

A. 传热过程中总传热系数K实际是个平均值；

B. 总传热系数K随着所取的传热面不同而异；

C. 总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；

D.要提高K值，应从降低最大热阻着手；

答案：C

3-55为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法：

①加热器应置于该空间的上部；

②冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（）。

A.这两种说法都对； C. 第一种说法对，第二种说法错；

B.这两种说法都不对； D. 第二种说法对，第一种说法错

答案：B

3-56 下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。