武汉大学热量传递过程练习题2讲解

武汉大学热量传递过程练习题（2）

一、填空(7小题,共12分)

1．两种流体通过间壁进行换热的过程，包括间壁的导热和间壁两侧的对流传热的过程。

2．某工厂根据工艺要求，热流体进口温度应为300 ℃，出口温度应为200 ℃,冷流体进口温度应为80 ℃,出口温度应为200 ℃。显然,在此工艺条件下, 不能采用并流传热操作。

3．在夹套式、套管式和列管式三种热交换器中，单位体积的传热面积最小的是夹套式热交换器，最大的是列管式热交换器。

4．在间壁换热器中要实现恒温传热，则间壁一侧输入的必定是高温饱和蒸气，另一侧输入的必定是低温饱和液体。

5．热流体和冷流体在列管换热器内换热,若冷流体传热膜系数远大于热流体传热膜系数, 则此时管壁温度接近于冷流体温度。

6．为强化传热，人们设计了管外加翅片的换热器。它适用于管内传热膜系数大，而管外传热膜系数小的情况.

7．某间壁式换热器传热面积为2.5 m2，传热平均温差为45 K，传热速率为9000 W，则该换热器此时的总传热系数K= 80 W·m-2·K-1。

二、判断题(3小题,共6分)

1当选用多种绝热材料时，在耐热性等条件允许时，为提高保温效果，应将导热系数大的包扎在内层。(错）2．冷热两流体经间壁进行定态换热，若间壁两侧流体温度均沿壁面而变化，且冷热流体进出口温度均保持不变时，则逆流操作的传热平均温度差比并流时的传热平均温差大。（对）

3．传热速率（也称为热流量）是指单位时间内传递的热量，传热速度（也称热通量或热流密度）是指单位时间内，单位传热面积所传递的热量。对热交换器而言，前者是表达该热交换的传热能力，后者是表达该热交换的传热强度。（对）

三、选择(6小题,共12分)

1．在下列换热器中,单位体积的传热面积最大的通常是(C)

A、套管式换热器;

B、夹套式换热器;

C、板式换热器;

D、管壳式换器。

2双层平壁的定态导热，壁厚相同，各层的导热系数分别为

1和

2

，其对应的温度差分别为

1

和

2

，

若

1>

2

，则

1

和

2

的关系为（A ）A、

1

<

2

; B、

1

>

2

; C、

1

=

2

; D、无法确定。

3．在对流传热公式中,的物理意义是(B)

A、冷(或热)流体进出口温度差;

B、固体壁面与冷(或热)流体的温度差;

C、固体壁两侧的壁面温度差;

D、冷热两流体间的平均温度差。

4．在一列管式换热器中用水冷却列管内的CO

2

气体，就整个换热过程而言，热阻主要存在于（ C ）

A、CO

2气体的流动主体中；B、金属管壁中；C、CO

2

气体与管壁间的层流底层中；

D、水流与管壁间的层流底层中。

5．在下列管壳式换热器中,没有降低或消除由温差引起的热应力补偿措施的换热器是( D)

A、U形管式换热器;

B、浮头式换热器;

C、壳体带有膨胀圈的管壳式换热器;

D、固定管板式换热器。

6．体现流体流动状态对管内流体强制对流传热过程影响的特征数（无因次准数）是（C ）

A、努塞尔数；

B、普朗特数；

C、雷诺数；

D、格拉晓夫数。

四、计算问答(7小题,共70分)

1．在传热面积为28 m2的列管式换热器中逆流换热。热流体进口温度为373 K, 出口温度为323 K。冷流体流量为1.8 kg·s-1, 比定压热容为4.18×103J·kg-1·K-1, 进口温度为293 K, 出口温度为333 K。试求:(1)传热平均温度差;(2)换热器的总传热系数。

解．K

W ，K=W·m-2·K-1 2．在三层接触良好的固体平壁中，进行定态导热，测得导热速率为，平壁的各壁面温度分别为

T

1

=900 ℃，T2=800 ℃，T3=500 ℃，T4=300 ℃，试求各平壁热阻之比。

解．；

；

则R1: R2: R3=::=1:3:2。

3．某厂现有一个旧的列管式热交换器, 它由13根φ25 mm×2.5 mm、长为1.5 mm的钢管组成。今拟将它用来使350 kg·h-1常压乙醇饱和蒸气冷凝成饱和液体。冷却水的进口和出口温度分别为15 ℃和35 ℃。已算得基于管子外表面积的总传热系数为700 W·m-2·K-1, 并查得常压下乙醇的沸点为78.3 ℃, 其冷凝热为8.45×105 J· kg-1。试计算该热交换器能否满足使用要求。

解．(1)350 kg·h-1的乙醇饱和蒸气冷凝时放出的热量为：==×8.45×105=8.22×104 W (2)平均温度差:==53.3 ℃ (3)所需的传热面积为: A===2.2 m

(4)旧的热交换器所能提供的传热面积为:A′==3.14×0.025×1.5×13=1.53 m2

(5) A′< A,故该热交换器不能满足使用要求。

4．如附图所示，有一平壁加热炉。为减少热损失，在加热炉外壁包一层保温层，其厚度为350 mm。已知保温层外壁温度T3为30 ℃。在保温层50 mm深处测得温度T2为60 ℃。试求加热炉外壁温度T1。

解．已知：

1=350 mm=0.35 m，

2

=50 mm=0.05 m T2=60℃，T3=30℃

假设：该保温材料平均导热系数为，根据定态导热过程的导热速度：

，得：，T1=240 ℃

5．如图所示, 某无梯度内循环实验反应器主体的外壁温度最高要达500 ℃。为使外壳单位长度的热损失不大于600 kJ·h-1, 内层采用保温砖, 外层采用玻璃棉, 保温相邻材料之间接触充分。保温砖和

玻璃棉的导热系数分别为=0.14 W·m-1·K-1和=0.07 W·m-1·K-1。玻璃棉的耐热温度为400 ℃,玻璃

棉的外层温度为80 ℃,试求:保温砖最小厚度以及此时相应的玻璃棉厚度。

解．根据多层圆筒壁径向的传热速率为常数，则按保温砖层计算每小时单位长度

的热损失：