化工原理传热典型例题题解
化工原理--传热习题及答案
传热习题及答案一、选择题：1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）CA 、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；2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。
Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、ＦＡ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体；Ｄ、腐蚀性流体； Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体；3、影响对流传热系数的因素有( )。
A 、B 、C 、D 、EA 、产生对流的原因；B 、流体的流动状况；C 、流体的物性；D 、流体有无相变；E 、壁面的几何因素；4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是：AA 、不可行的；B 、可行的；C 、可能行，也可能不行；D 、视具体情况而定；解：原因是：流量不变 2d u =常数当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u d d α∝=b. d 增大时，α增大，d α∝综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降根据()21p mc t t KA-=m Δt 对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-∆≈-- 即 121ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓⇒ 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。
根据连续性方程，流量不变时，24V d u π==常数，所以管径变化，管内流速也发生变化。
管间用饱和水蒸气加热，热阻小，可以忽略不计，总热阻近似等于管内传热热阻，即K α≈5、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（ ）。
化工原理 第三章传热习题答案
第三章 传热习题一、 填空题1．三层圆筒壁热传导过程中，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同。
在其他条件不变时，若将第二层和第三层的材料互换，则导热量变（ ），第二层与第三层的界面温度变（ ）。
答：变小，变小。
2．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（ ）。
答：减小，增加。
冷凝传热系数与温差的-1/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热系数减小； 冷凝传热量与温差的3/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热量增加。
3．在管壳式换热器中，热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程该为双程，则传热温度差（ ）。
答：下降4．在高温炉外设置隔热档板，挡板材料的黑度越低，则热损失越（ ）。
答：越小5．黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（ ）倍。
答：156．沸腾传热设备壁面越粗糙，汽化核心越（ ），沸腾传热系数α越（ ）。
答：多，大7．苯在内径为20mm 的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（m 2．℃）。
如果流量和物性不变，改用内径为30mm 的圆管，其对流传热系数变为（ ）W/（m 2．℃）。
答：612α=0.023nr P d8.0Re λ=0.023d λn S d W d Pr 4/8.02⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡μρρα∝8.0)21(1⨯-+-d =8.1-dαα'=8.12030-⎪⎭⎫⎝⎛=0.482α'=0.482α=0.482⨯1270=612W/(2m ·℃)8.某液体在一直管内（忽略进口段的影响）稳定强制湍流流动，该管内径为20mm ，测得其对流传热系数为α，现将管内径改为27mm ，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。
⑴若液体的流速保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.9417倍；⑵若液体的质量流量保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.5826倍； 知： mm m d 20020.0== mm d 27=求： 12αα解：(1) 由 12u u =，np c du d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=λμμρλα8.0023.0 得 9417.020*******.08.0122118.0128.0212=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d d d d d d d d αα(2) 由 12W W =，uA V W ρρ==得 1122A u A u =，22112⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d u u所以()()8.02218.012218.011222118.01128.02212⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d dd d d d u d u d d d d u d d u d αα5826.027208.18.1216.1218.01221=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=d d d d d d d d9.在一内钢管为φ180⨯10mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100︒C 冷却到60︒C ，其平均比热为2380J/(kg ⋅K)。
化工原理传热典型例题题解
不计热损失，求所测材料导热系数的近似值λ’ 、准确值λ、相对误差。
解： （1）近似值λ’
q t1 t 2
q Q 40 3 W 3 . 54 10 A 0.785 0.12 2 m2
'
q ' t1 t 2
（2）准确值λ
q
Hale Waihona Puke 2 air air
w 14.4 2 o m C
3
w 100 20 397 m
加保温材料之后
Q' L t1 t4 r 1 2 3 r 1 r 1 2 1 1 1 ln 1 ln 1 ln 1 2 1 r1 2 2 r1 1 2 3 r1 1 2
解：
Q L
Q L
t1 t 3 r1 1 r1 1 2 1 1 ln ln 2 1 r1 2 2 r1 1
350 100 1 20 5 1 20 5 30 ln ln 2 3.14 16 20 2 3.14 0.2 20 5 w 397 m
2）若保持其它条件和流量不变,流通管的管内径 d 减小1倍, 变为原来的多少倍? 一定要考虑到流速的变化.
u2 d 1 u1 d 2
2
d1 d1 2
4
2
u2 2 4 0.8 21.6 u1 1.8 2 0.2 0.2 0.2 1 d2 2 1 d 1 2
T '20 ln T '80
Q 69.6o C AK '
60 69.6 T '20 ln T '80
(完整版)青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之传热,推荐文档
传热概念：1、传热的三种基本方式2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热计算公式（1）热量衡算（有相变、无相变）K 的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8）（2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。
（3）实验测K (例4－9)（4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10）二 实验题（10）1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？2.蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？3.为了提高换热器的总传热系数K ，应提高空气侧，还是水侧的α和S ？为什么？换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。
（1分）当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。
通常，换热器尽可能采用逆流操作。
（1分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。
（1分）采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。
（1分） 2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。
（3分）一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。
（3分）5．灰体的定义及特点6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、仪器名称。
并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。
三 计算题 （60分）3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。
苯走管程，流量为1.5kg/s ，由80o C 被冷却至30o C 。
化工原理传热习题及答案讲解
化工原理习题及答案第五章传热姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1140w2.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, λ=0.25w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1000w3.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃, 而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数λ=0.35w.m.K,则其厚度不低于_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 91mm4.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s,此时传热系数α=_____________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=3.81(kw.m.K)5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为_____________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为1.2m.s,此时传热系数α=________________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=5.26(kw.m.K)6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。
化工原理 第四章 传热-例题
K′′
1 = 0.0004+0.00058+0.000062+0.000625+0.0125 K′′
=0.0142m2 ⋅ K/W
′ =70.4 / m2 ⋅ K K′ W
70.4−37.5 K′′ −K = = ×100% 87.8% K值增加的百分率 = ×100% 37.5 K
例：在一单壳单管程无折流挡板的列管式换热器中，用冷却 水将热流体由100℃冷却至40℃，冷却水进口温度15℃，出 口温度30℃，试求在这种温度条件下，逆流和并流的平均温 度差。 解： 逆流时： 热流体： 冷流体：
解：此题为单层圆筒壁的热传导问题。 已知条件： 蒸汽导管外表面的半径 r2＝0.426/2＝0.213m ＝ 温度 t2＝177℃ 保温层的外表面的半径 r3＝0.213＋0.426＝0.639m ＋ ＝ 温度 t3＝38℃ 由：
t 2 − t3 Q= ln r3 r2 2π l λ
可得每米管道的热损失为：
可见：在冷、热流体初、终温度相同的条件下，逆流的平均温度差大。
2、错流和折流时的平均温度差 、 错流和折流的平均温度差，常采用安德伍德和鲍曼提 出的图算法。 先按逆流时计算对数平均温度差△tm逆，在乘以考虑 流动型式的温度修正系数φ△t，得到实际平均温度差△tm。
∆tm =ϕ∆t ∆tm,逆
——错流和折流时的平均温度差 错流和折流时的平均温度差 其中 ϕ∆t
35← 35 ←15 65 25
65−25 ∆ m,逆 = t = 41.90C 65 ln 25
t2 −t1 30−15 = 0.176 = P= T −t1 100−15 1
T −T2 100−40 R= 1 = = 4.0 t2 −t1 30−15
化工原理：传热习题(含答案)
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wt 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：mt KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。
化工原理传热课上例题
查200℃时空气的物性数据（附录）如下 Cp=1.026×103J/kg. ℃ μ=26.0×10-6N.s/m2
Pr=0.68
特性尺寸 d=0.060-2×0.0035=0.053m l/d=4/0.053=75.5 > 60
Re=duρ/μ=(0.053×15 ×0.746)/(0.6 ×10-5)
1
7
2(T1 T2 ) ln( 2 / r1 ) lnr2 lnr1 r Q/L
2(T1 T2 ) l nr2 l nr1 Q/L
T2 T1
r2 r1
2 0.143( 390 40) 0.14 ln 450 2
r2 0.141m
保温层厚度
r2 r1 0.141 0.07 0.071m
以内、外表面计时，内、外表面分别用下标1、2表示。 1 K1 1 1 b 1 1 b d1 1 d1 d1 Rd1 Rd 2 KdS 1dS1 dSm 2dS2 1 d m 2 d 2 d2 1 1 0.0025 0.02 1 0.02 0.02 0.00053 0.00021 40 45 0.0225 3000 0.025 0.025 38.5w / m 2 k
Pr=cpμ/λ=(4.179×103×90.27×10-5)/60.8×10-2 =6.2 l/d=2/0.02=100
a可按式Nu=0.023Re0.8Prn 进行计算,水被加热, n=0.4。
6 105 6 105 校正系数 f ： f 1 1 0.9524 1.8 1.8 Re 8836
2
1
（2）2提高一倍时：
1 d2 b d2 1 K 1d 1 d m 2 0.0003125 0.00006173 1 / 50 2 0.01037
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du 0.023 d
0.8
cp
b
(4-19)式
u 0.2 d
0.8
1）若保持其它条件不变,流体流量增加1倍, 变为原来的多少倍?
2 2u0.8 0.8 2 1 u 0.8
2 1.50.8 若流体流量增加50% ？ 1
解：
Q L
Q L
t1 t 3 r1 1 r1 1 2 1 1 ln ln 2 1 r1 2 2 r1 1
350 100 1 20 5 1 20 5 30 ln ln 2 3.14 16 20 2 3.14 0.2 20 5 w 397 m
r1
t1
t2
t3
1 2
1 2
例4（接上题）：φ50×5的不锈钢管，其导热系数
λ1=16w/(m.k) ，外包30mm 厚的石棉，石棉的导热系数 λ2=0.2w/(m.k) 。若管内壁温度为 350oC ，保温层外壁温 度为 100oC 。（已计算出单位管长的热损失为397w/m。） 若在石棉层外再包一层厚 30mm，导热系数为λ３=0.０７ w/(m.k) 的保温材料。已知环境温度tb=20oC。保温材料 外与环境之间的对流给热系数α在两种情况下相同。求：
Q L
Q 2 ( r1 1 2 ) ( t 3 t b ) L
350 100 1 20 5 1 20 5 30 ln ln 2 3.14 16 20 2 3.14 0.2 20 5 2 3.14 20 5 30 10
（１）单位管长的热损失；（２）保温层外壁温度t4 。
t1 t2
t3
t4
r1
1 2 3 1 2 3
tb
解： 加保温材料之前
Q L t1 t 3 w 397 1 r 1 1 r 1 2 m ln 1 ln 1 2 1 r1 2 2 r1 1
w 14.4 2 o m C
3
w 100 20 397 m
加保温材料之后
Q' L t1 t4 r 1 2 3 r 1 r 1 2 1 1 1 ln 1 ln 1 ln 1 2 1 r1 2 2 r1 1 2 3 r1 1 2
第6章 传热 典型例题题解
例1:管路热损失的计算 为减少热损失，在外径为150mm的饱和蒸汽外覆盖厚度为 100mm的保温层，保温材料的导热系数λ＝0.103＋0.000198t（式 中t 为0C）。已知饱和蒸汽温度为1800C，并测得保温层中央厚 度为50mm处的温度为1000C，试求： （1）由于热损失每米管长的蒸汽冷凝量为多少？ （2）保温层的外测温度为多少？
2）若保持其它条件和流量不变,流通管的管内径 d 减小1倍, 变为原来的多少倍? 一定要考虑到流速的变化.
u2 d 1 u1 d 2
2
d1 d1 2
4
2
u2 2 4 0.8 21.6 u1 1.8 2 0.2 0.2 0.2 1 d2 2 1 d 1 2
1
例2：用平板法测定材料的导热系数
平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板之两侧均用 热电偶测定其表面温度。将所测材料制成厚度为δ、直径为120mm的圆形平板 。 现测得电加热器的功率为40.0W ，两侧面的温度分别为200oC和80oC 。由于安装 不当，待测材料的两边各有一层厚度为0.1mm的静止空气层， air 0.030 W
m o C
不计热损失，求所测材料导热系数的近似值λ’ 、准确值λ、相对误差。
解： （1）近似值λ’
q t1 t 2
q Q 40 3 W 3 . 54 10 A 0.785 0.12 2 m2
'
q ' t1 t 2
（2）准确值λ
q
2 air air
t1 t 2
3.54 103
W m2
t1 t 2 2 air q air
（3）相对误差
' 100 % 19 .7%
例3：管路热损失的计算
φ50×5的不锈钢管，其导热系数λ1=16w/(m.k) ，外包 30mm 厚的石棉，石棉的导热系数λ2=0.2w/(m.k) 。若管 内壁温度为 350oC ，保温层外壁温度为 100oC ，试计算 每米管长的热损失。
Q' w 188.6 L m
Q' L
t4 tb 188.6 1 2 r1 1 2 3
Q' Q 188.6 397 0.525 Q 397 t1 t2 t3
t4
r1
1 2 3
1 2 3
t 4 44.6 o C
tb
影响管内流体湍流时对流传热系数的主要因素
t4 tb 1 2 r1 1 2 3
Q' L
t1 tb r1 1 2 3 r1 1 r1 1 2 1 1 1 1 ln ln ln 21 r1 22 r1 1 23 r1 1 2 2 r1 1 2 3
0.8
例5：冷凝给热系数的计算 温度为120oC的饱和水蒸气在单根管外冷凝.管外径为60mm ,管长为1m 。管外 壁温度为100oC 。试计算： （1）管子垂直放置时的α；（2）冷凝液膜由层流 转变为湍流时的临界高度LC ；（3）管子水平放置时的α 。 解： （1）管子垂直放置