传热习题解答

解答
一、填空
(1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。

(2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 。

间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的α值。

间壁换热器管壁温度t W 接近于α值 大 （大、小）一侧的流体温度。

由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。

(3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。

(4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞离层内（或热边界层内） ，减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。

(5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加 膨胀节 、 采用浮头式 或 U 管式结构 ；翅片管换热器安装翅片的目的是 增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数 。

(6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b 1>b 2>b 3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 > R 2 > R 3，各层导热速率Q 1 = Q 2 = Q 3。

(7) 物体辐射能力的大小与 黑度 成正比，还与 温度的四次方 成正比。

(8) 写出三种循环型蒸发器的名称 中央循环管式 、 悬筐式 、 外加热式 。

(9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括 自然对流 、 泡核沸腾 和 膜状沸腾 三个阶段。

实际操作应控制在 泡核沸腾 。

在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而 增加 。

(10) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。

热传导的基本定律是⎽⎽⎽傅立叶定律⎽
其表达式为⎽⎽⎽dQ= -ds λn
t
∂∂⎽⎽⎽。

(11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48 倍。

（设条件改变后仍在湍流范围）
(12) 导热系数的单位为 W/（m·℃） ，对流传热系数的单位为 W/（m 2·℃） ，总传热系数的单位为 W/（m 2·℃） 。

二、选择
1 已知当温度为T 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿D ＿耐火砖的黑度。

A 大于
B 等于
C 不能确定
D 小于
2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的 A 倍。

A 1.149
B 1.74
C 2
D 不定
3 一定流量的液体在一φ25×2.5mm 的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi =1000W/m 2·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm 的直管，则其α将变为 D 。

A 1259 B 1496 C 1585 D 1678
4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。

A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响
5 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的＿B ＿在工程上可行。

A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积
6 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该＿B ＿。

A 减小 B 增大 C 不变
三、计算
1、 某列管冷凝器内流冷却水，管外为有机蒸气冷凝。

在新使用时冷却水的进、出口温度分别为20℃与30℃。

使用一段时期后，在冷却水进口温度与流量相同的条件下，冷却水出口温度降为26℃。

求此时的垢层热阻。

已知换热器的传热面为16.5ｍ２，有机蒸气的冷凝温度80℃，冷却水流量为2.5㎏/s 。

假设水侧局部传热系数α水和蒸汽冷凝α蒸汽均不变。

解：此题为设计型计算，求污垢热阻。

原工况：按新冷凝器计算总传热系数： 定性温度：25)(2121=+=-
t t t ℃ 查表：Cp=4.18×103J/kg.K
)/(ln )()(21121222t T t T m p m t t KA t KA t t c q Q ---=∆=-=
K m W t
T t T A p c
m q
K ./1152
1ln 222=--=
新工况：结垢之后，冷却水出口温度降低至26℃，23)(\
212
1
\
=+=-t t t ℃
相差2℃，比热可认为不变，
K m W t T t T A p c m q
K ./7.662
1ln 222'
'
=--= 因不计温度变化所引起的水物性变化对水侧局部传热系数α水的影响以及蒸汽冷凝量的变化对α蒸汽的影响，则：
W K m R R K K K K
K /.103.6;2317
.661
1'111'
-⨯=-=-=
+=
2、一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m ，直径为φ25×2mm 。

水以0.7m/s 的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃。

流量为1.25kg/s 、温度为72℃烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。

烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg 。

已测得：蒸气冷凝传热系数α0=800W/(m 2·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。

[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg·℃)]
解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S 1；
由题意知，水以0.7m/s 的流速在管内流过，欲求S 1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。

两流体交换的热量为：
kw r W Q h h 39431525.1=⨯==
又 )(12t t C W Q pc c -=， C kg kJ C pc ︒⋅=/18.4，
则
s
kg t t C Q W pc c /713.4)
1737(18.4394
)(12=-=-=
单管内水的流量为：s kg u d W c /2423.010007.0021.0785.04
221=⨯⨯⨯==π
每程所需管子数为：5.192423
.0713
.411===
c c W W n 取每程管子数为20， 则每程所能提供的传热外表面积为： 21171.4320025.0ln m
d S o =⨯⨯⨯==ππ
(2) 换热管的总根数；
由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。

m o o t S K Q ∆=
由题给数据， C
m W K o
o o o ︒⋅=⨯⨯+⨯+=
⨯+⨯
+=
2/2.476)80014.07.080014.08001(1
)
14
.07.01
4.01(1ααα
C t t t t t m ︒=-----=∆∆∆-∆=
∆25.44377217
72ln )
3772()1772(ln
2
121 则任务所需的传热外表面积为： 27.1825
.444762.0394
m t K Q S m o o =⨯=∆=
ln o o d S π= 换热管总根数为： 4.793
025.07
.18=⨯⨯==
ππl d S n o o 取 80=n
(2) 换热器的管程数。

由题意管程数为： 41
==n n
N t。