1、相品用口3* 答案*27.9K化工原理習(xí)題及答案 第五章 傳熱 姓名 班級 學(xué)號 成績一、填空題：1. （6分）某大型化工容器的外層包上隔熱層，以減少熱損失，若容器外表溫度為 500 C ,而環(huán)境溫度為20C,采用某隔熱材料，其厚度為240mm，入=0.57w.m .K ，此時單位面積的熱 損失為。（注：大型容器可視為平壁）* 答案 .當(dāng)管內(nèi)水的流速為0.5m.s 時，計算得到管壁對水的傳熱系數(shù)a=2.61（kw.m .K ）.若水的其它物性不變，僅改變水在管內(nèi)的流速，當(dāng)流速為1.2m.s 時, 此時傳熱系數(shù)a =. * 答案 *a =0.023（入 /d）RePra =5.26（kw.m .

2、K ）6. （3分）牛頓冷卻定律的表達式為 ,給熱系數(shù)（或?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)）a的單位是 答案* q= "2 t w.m .K7. （4分）某并流操作的間壁式換熱器中，熱流體的進出口溫度為90c和50C,冷流體的進出口溫度為30c和40C,此時傳熱平均溫度差t =. 1140W2. （6分）某大型化工容器的外層包上隔熱層，以減少熱損失，若容器外表溫度為 500 C ,而環(huán)境溫度為20C ,采用某隔熱材料，其厚度為120mm,入=0.25w.m .K，此時單位面積的熱損失為 。（注：大型容器可視為平壁）* 答案 *1000W3. （6分）某大型化工容器的外層包上隔熱層，以減少熱損失，若容器外

3、表溫度為150C,而環(huán)境溫度為 20 C ,要求每平方米熱損失不大于500w,采用某隔熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)入=0.35w.m .K ，則其厚度不低于 。（注：大型容器可視為平壁）* 答案*91mm4. （6分）某間壁換熱器中，流體被加熱時，圓形直管內(nèi)湍流的傳熱系數(shù)表達式為 .當(dāng)管內(nèi)水的流速為0.5m.s時，計算得到管壁對水的傳熱系數(shù)”=2.61（kw.m .K ）.若水的其它物性不變，僅改變水在管內(nèi)的流速，當(dāng)流速為0.8m.s 時， 此時傳熱系數(shù)a =.* 答案 *a =0.023（入 /d）RePra =3.81（kw.m .K ）5. （6分）某間壁換熱器中，流體被加熱時，圓形管內(nèi)湍流的傳熱

4、系數(shù)表達式為8. （4分）某并流操作的間壁式換熱器中，熱流體的進出口溫度為 90c和50C,冷流體的進出口溫度為15c和30C ,此時傳熱平均溫度差 t =.* 答案*41.6K9. （2分）熱量傳遞的方式主要有三種：、.*答案*熱傳導(dǎo) 熱對流 熱輻射10. （6分）圓筒壁總傳熱系數(shù)K與間壁兩側(cè)對流傳熱系數(shù)a. a以及間壁導(dǎo)熱系數(shù)入的關(guān)系為.當(dāng)間壁管規(guī)格為（）108X 4mm導(dǎo)熱系數(shù)為45（w. m .K ）時，管內(nèi)外兩側(cè) 給熱系數(shù)分別為8000 （w.m .K ）和1200州巾.K ）時，總傳熱系數(shù)K .* 答案*1/K=1/a +bd/入 d +1d / a d ; 946（w.m .K

5、）11. （4分）某逆流操作的間壁式換熱器中，熱流體的進.出口溫度為80c和50C,冷流體的相品用。3進出.口溫度為20c和45C ,此時傳熱平均溫度差 t =* 答案* * *32.5*答案*12. （3分）對流傳熱中的努塞特準(zhǔn)數(shù)式是,它反映了 *答案 答案 * F1=127 X 4 兀 X 0.038=60.6mF2=127*4兀 X 0.032=51.1m19. （2分）當(dāng)水在圓形直管內(nèi)作無相變強制湍流對流傳熱時，若僅將其流速提高1倍，則其對流傳熱系數(shù)可變?yōu)樵瓉淼?倍。 N = a 1 /入，對流傳熱過程幾何尺寸對a的影響。13. （4分）穩(wěn)定熱傳導(dǎo)是指 不隨時間而改變。*答案*傳熱系統(tǒng)

6、中各點的溫度僅隨位置變14. （2分）兩流體的間壁換熱過程中，計算式Q= a .A. A表示為。*答案*/ 一側(cè)的換熱壁面15. （2分）在兩流體通過圓筒間壁換熱過程中，計算式Q=K.A. t中,A表示為20. （2分）進行換熱的兩流體，若時，要提高K值，應(yīng)設(shè)法提高 a時，要提高K值，應(yīng)使。*答案*a ； a 與a 同時提高二、選擇題：1. （2分）間壁傳熱時，各層的溫度降與各相應(yīng)層的熱阻（）A. 成正比 B. 成反比 C.* 答案 *A2. （2分）翅片管換熱器的翅片應(yīng)安裝在A.a小的一側(cè)B. a大的一側(cè)沒關(guān)系()。C. 管內(nèi) D.管外* 答案*3. （2分）穿過三層平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱過程，如圖

7、所示，試比較第一層的熱阻R 與第二、三層熱阻R 、R 的大小(A. R>(R +R )C. R=(R +R )。B. R <(RD. 無法比較+R )本題目有題圖:相品用。3* 答案 答案 * B12. （2分）湍流體與器壁間的對流傳熱（即給熱過程）其熱阻主要存在于（A. 流體內(nèi)； B. 器壁內(nèi)；C.湍流體滯流內(nèi)層中；D.流體湍流區(qū)域內(nèi)。* 答案 * C C4. （2分）工業(yè)采用翅片狀的暖氣管代替圓鋼管，其目的是（A. 增加熱阻，減少熱量損失；B.節(jié)約鋼材、增強美觀；C.增加傳熱面積，提高傳熱效果。* 答案 * C5. （2分）有一列管換熱器，用飽和水蒸汽（溫度為 120 C）將管

8、內(nèi)一定流量的氫氧化鈉溶液由20 c加熱到80平，該換熱器的平均傳熱溫度差A(yù) t 為（）。* 答案 * B6. （2 分）將 1500 kg.hA. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5,80c的硝基苯通過換熱器冷卻到40 C,冷卻水初溫為 30 C,出口溫度不超過 35C,硝基苯比熱為1.38kJ.kg .K ,則換熱器的熱負荷為（;B. 82800 kJ.h;C. 82800 kw;A. 19800 kJ.h* 答案 * B7. （2分）對流傳熱是由（A.C.*流體分子的熱振動；B.流體質(zhì)點的位移、擾動。答案* C）因素產(chǎn)生的。. 流體體內(nèi)電子的移動；8. （

9、2分）法定計量單位中，屬于國際熱量計算單位的是（A. kw; B. kcal; C. J* 答案* C9. （2分）熱量傳遞的基本方式是（A.C.恒溫傳熱和穩(wěn)態(tài)變溫傳熱）。B.導(dǎo)熱給熱和熱交換；*氣化、冷凝與冷卻；D.傳導(dǎo)傳熱、對流傳熱與輻射傳熱 答案* D10. （2的是（A.C.分）在比較多的情況下，尤其是液-液熱交換過程中，熱阻通常較小可以忽略不計）。熱流體的熱阻；冷熱兩種流體的熱阻B.D.冷流體的熱阻； 金屬壁的熱阻。* 答案 * D11. （2 分）公式 q = KAA tA.器壁內(nèi)外壁面的溫度差中,；B.的物理意義是（C.流體進出口的溫度差；D.器壁兩側(cè)流體對數(shù)平均溫度差器壁與流體

10、的溫度差。13. （2分）對一臺正在工作的列管式換熱器，已知a.KA.,要提高傳熱系數(shù)（K）,最簡單有效的途徑是（= 116w.m .K）。a = 11600 w.mC.*設(shè)法增大同時增大答案*AB.設(shè)法增大a14 . （2分）用飽和水蒸汽加熱空氣時，傳熱管的壁溫接近（A.蒸汽的溫度；B.空氣的出口溫度； C.空氣進、出口平均溫度* 答案 * A15 .（2分）在間壁式換熱器內(nèi)用飽和水蒸汽加熱空氣，此過程的總傳熱系數(shù) K值接近于A. a蒸汽 B. a空氣* 答案 *B16. （2分）對流傳熱僅發(fā)生在（A. 固體 B. 靜止的流體* 答案 * CC.a蒸汽與a空氣的平均值）中。C. 流動的流體1

11、7. （2分）穩(wěn)定的多層平壁的導(dǎo)熱中,A. 愈大 B. 愈小 C.* 答案 * A某層的熱阻愈大，則該層的溫度差（不變18. （2分）流體與固體壁面間的對流傳熱，當(dāng)熱量通過滯流內(nèi)層時，主要是以（ 式進行的。A. 熱傳導(dǎo) B.對流傳熱* 答案 * A19. （2分）當(dāng)殼體和管束之間溫度大于A.固定管板式B. 浮頭式* 答案 * B20. （2分）強化傳熱的主要途徑是（A.增大傳熱面積B. 提高* 答案 * BC. 熱輻射C.50c時，考慮熱補償，列管換熱器應(yīng)選用（ 套管式)。C.提高 tm三、判斷題：1. （2分）凡穩(wěn)定的圓筒壁傳熱，熱通量為常數(shù)。* 答案 * x2. （2分）傳導(dǎo)和對流傳熱的傳

12、熱速率與溫度的一次方之差成正比，而輻射的傳熱速率與溫 度的四次方之差成正比。（）* 答案 * v3. （2分）凡穩(wěn)態(tài)的園筒壁傳熱過程，單位時間單位面積所傳遞的熱量相等。* 答案 * x4. （2分）熱量傳遞過程的規(guī)律與流體流動過程相似，流速越大，則其過程的阻力越大。（ ）* 答案 * x5. （2分）當(dāng)保溫材料的厚度加大時，內(nèi)外壁面的總溫度差增大，總的熱阻也增大，總推動力與總阻力之比為定值，即導(dǎo)熱速率不變* 答案 * x6. （2分）多層平壁導(dǎo)熱過程中，傳熱總推動力為各壁面溫度差之和。* 答案 * V7. （2分）無相變的折，錯流換熱器，其平均溫度差t都比逆流時為小。（）* 答案 * V8.

13、（2分）換熱器的導(dǎo)熱管，應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)值大的材料。* 答案 *V),9. （2分）導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)（* 答案 *v10. （2分）在列管換熱器管間裝設(shè)了兩塊橫向折流檔板，則該換熱器變成為雙殼程的換熱器（）* 答案 * X11. （2分）在穩(wěn)定的多層平壁導(dǎo)熱中，若某層的熱阻較大，則這層的導(dǎo)熱溫度差就較小（）.* 答案 *x12. （2分）在對流傳熱中，傳熱管壁的溫度接近“值小的哪一側(cè)流體的溫度（）* 答案 *X13. （2分）對于問壁兩側(cè)流體穩(wěn)定變溫傳熱來說，載熱體的消耗量逆流時大于并流時的用量。（）* 答案 * xK值，在管14. （2分）列管式熱交換器內(nèi)用飽和水蒸汽加熱管程的空氣

14、，為提高換熱器的 外裝設(shè)折流擋板。（）* 答案*15. （2分）蛇管換熱器是屬于間壁式換熱器的一種（）* 答案*16. （2分）列管換熱器采用多管程的目的是提高管內(nèi)流體的對流傳熱系數(shù)a* 答案*17. （2分）維持膜狀沸騰操作，可獲得較大的沸騰傳熱系數(shù)。（）* 答案 * x18. （2分）為了提高間壁式換熱器的傳熱系數(shù)K值，必須設(shè)法提高a值大的那一側(cè)流體的對流傳熱系數(shù)。（）* 答案 * X19. （2分）強化傳熱的途徑主要是增大傳熱面積（）* 答案 *x20. （2分）付立葉定律適用于流體與壁面間的傳熱計算。（）* 答案 *x四、簡答題:1. （8分）在化工生產(chǎn)中，傳熱有哪些要求？* 答案*傳

15、熱一般有兩方面的要求：1 、盡量使傳熱情況良好，即要求高的傳熱效率，以減少設(shè)備尺寸;2 、盡量避免傳熱，即保溫或保冷。2. （10分）傳導(dǎo)傳熱，對流傳熱和輻射傳熱，三者之間有何不同？* 答案*傳導(dǎo)熱是固體或靜止流體的分子運動或分子振動傳遞熱量。對流傳熱則是流體質(zhì)點發(fā) 生相對位移來傳遞熱量，輻射傳熱是高溫物體以電磁波形式向空間發(fā)射能量來傳遞熱量。3. （ 10分）試述對流傳熱的機理 ？* 答案*熱流體流過管道時，在湍流主體中，流體劇烈攏動，形成漩渦，使質(zhì)點強烈混合而交換 熱量，溫度較均勻，幾乎不存在溫度梯度；但在緊靠管壁，有一層很薄的作層流流動的流體 層（層流底層），在這層薄層內(nèi)，熱量傳遞以導(dǎo)熱

16、方式進行，從微觀上言，是靠分子傳遞。由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，故熱阻絲要集中層流底層內(nèi)。對管內(nèi)層流流動，熱量傳遞也是主 要靠導(dǎo)熱。但由于溫度存在（軸向的，徑向的） ，有密度差，會引起質(zhì)點的對流，比較復(fù)雜。4. （8分）強化傳熱過程應(yīng)采取哪些途徑？* 答案*相品根據(jù)q = K.A. At 方程，指任一個K、A At 都能提高強化傳熱（1）增加傳熱面積，如在管內(nèi)外壁裝上翅片，采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；（2）增大傳熱溫差 t 可采用逆流操作，因為當(dāng)T , T , t , t四個溫度一定時，逆流傳熱溫差 t 最大；（3） 提高傳熱系數(shù)K由K =1/ （1/ a +1/ a +2（8/入）提高a 、a

17、 降低8，都能強化傳熱，要提高a由單層改為多層，或在殼程中增設(shè)檔板，對于蛇管中，加入攪拌裝置或在蛇管圈中增設(shè)杯狀物（強化圈）在列管換熱器中可，還可采用導(dǎo)熱系數(shù)大的流體作載熱體。5. （4分）傳熱有哪幾種方法 ？各有何特點？試就鍋爐墻的傳熱分析其屬哪些傳熱方式？* 答案*傳導(dǎo)、對流、輻射導(dǎo)熱一一分子原位振動，電子定向流動。對流 流體質(zhì)點流動與混合。鍋爐壁為導(dǎo)熱，外壁對煙氣為對流，火焰和爐墻的熱輻射。6. （4分）為什么工業(yè)換熱器的冷、熱流體的流向大多采用逆流操作？* 答案*操作可以獲得較大的平均傳熱溫度差，從傳遞相同熱負荷言，須較小的傳熱面積，節(jié) 省設(shè)備費用。此外，逆流熱流體出口溫度 T 可接近

18、冷流流體進口溫度 t ,對相同熱負荷 言，需加熱劑少；同樣，就冷流體而言，逆流體出口溫度 t 可接近熱流體進口溫度 T , 對相同熱負荷言，需要冷卻劑少，故對逆流就加熱劑或冷卻劑用量考慮，逆流操作費小。7. （4分）什么是穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱？* 答案*在傳熱過程中，傳熱面上各點的溫度不隨時間變化，稱為穩(wěn)定傳熱。穩(wěn)定傳熱時，傳 熱速率為定值。反之，若傳熱面上各的溫度隨時間而變，則為不穩(wěn)定傳熱。不穩(wěn)定傳熱時，傳熱速率也隨時間而變。8. （5分）導(dǎo)熱系數(shù)受哪些因素影響 ？現(xiàn)有建筑醇（p = 1800kg.m）和煤灰磚（p = 700 kg.m）兩種材料，哪種保溫性能好？* 答案*組成：純物質(zhì)的導(dǎo)熱

19、系數(shù)好；結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)致緊、密度大的材料導(dǎo)熱系數(shù)大；溫度：一般溫度升高，非金屬固體導(dǎo)熱系數(shù)增大。煤灰磚的保溫性能好。9. （2分）多層平面壁的導(dǎo)熱速率是怎樣計算的？* 答案*Q/A=（ At +At +At +.）/（b/入 +b /入 +b /入 +.）10. （3分） 題號4206 第4章 知識點100 難度 中等 多層園筒壁的導(dǎo)熱速率是怎樣計算的？* 答案*Q=2 % L（ At +A t +.）/（ln（r /r ）/ 入 +ln（r /r ）/ 入 +.） 11. （4分）說明流體流動類型對給熱系數(shù)的影響。* 答案*當(dāng)為湍流時，傳熱是流體為層流時，傳熱是以導(dǎo)熱方式進行的。則此時給熱系數(shù)較

20、小。以對流方式進行的，此時給熱系數(shù)增大。所以流體的傳熱，多在湍流情況下進行。12. （6分）給熱系數(shù)受哪些因素影響？* 答案*流動類型：湍流時的給熱系數(shù)大。流體的物性：粘度科、密度p、比熱Cp,導(dǎo)熱系數(shù)入均對給熱系數(shù)有影響。傳熱面的形狀、大小和位置：管子的排列、折流都是為了提高給熱系數(shù)。流體的對流情況，強制對流比自然對流的給熱系數(shù)大，流體在傳熱過程有無相變，有相變a大。分析a = 0.023入/d.Re .Pr也可以回答上列問題。13. （3分）提高傳熱系數(shù)時，為什么要著重提高給熱系數(shù)小的這一側(cè)？* 答案*當(dāng)忽略金屬壁面的導(dǎo)熱熱阻時，1/K=1/ a +1/ a =（ a + a ）/（ a

21、X a ）若 a >> a ，貝 U a+ a "a K" a即K接近a小的數(shù)值。14. （4分）說明列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)。* 答案*由殼體、管束、管板、封頭等組成。15. （4分）試比較各類常用熱交換器的優(yōu)缺點。* 答案*略16. （6分）有以下傳熱公式A. Q=入.A.（t -t ）/ 68. Q=a .A.（T-T）回答下列問題：（1）在什么傳熱情況下，可利用以上公式進行計算？（2）寫出以上公式中，熱阻的表達式* 答案*（1） A、B兩公式均應(yīng)用在穩(wěn)定傳熱下傳熱速率的計算。公式A為物質(zhì)內(nèi)部傳導(dǎo)的傳熱速率計算。公式 B為物質(zhì)表面與流體間對流傳熱的傳熱速率計

22、算。（2） A式：R=S / 入或 R=S /A X 入B 式：R=1/ a 或 R=1/ a X A17. （8分）換熱器的散熱損失是如何產(chǎn)生的？應(yīng)如何來減少此熱損失？* 答案*由于換熱器外壁面溫度往往高于周圍外界空氣的溫度，外壁面不斷通過對流和輻射傳將熱量傳給換熱器周圍的空氣而散失，即產(chǎn)生散熱損失。為了減少散熱損失， 一般在換熱器外壁面上包上一層（或兩層）導(dǎo)熱系數(shù)較小的絕熱材料（或不同的兩種導(dǎo)熱系數(shù)較小的絕熱材 料），使傳熱熱阻增大，外壁面溫度降低，從而減小了散熱損失。18. （6分）列管換熱器由哪幾個基本部分組成？各起什么作用？* 答案*主要由殼體、管束、管板和頂蓋（又稱封頭）等基部分組

23、成。殼體和管束作為冷熱兩 流體的流動空間，通過管壁進行換熱。管束安裝在管板上，通過管板使管束與殼體連成一體。 頂蓋（封頭）上有管程流體進出口，且有分程、密封，封頭可拆卸，便于管子清洗等作用。19. （8分）當(dāng)間壁兩側(cè)流體穩(wěn)定變溫傳熱時，工程上為何常采用逆流操作？并簡要定性分 析主要原因。* 答案*錯品田仃4因為逆流操作有較高的經(jīng)濟效益。主要原因可由以下兩方面分析：（1）當(dāng)T 、T 、t 、t 四個溫度一定時，逆流操作的 t 比其它流向大。根據(jù)： Q=KM t ，當(dāng)K、A 一定時，At T則QT ,對現(xiàn)有的換熱器來說， 可提高生產(chǎn)能力。當(dāng)Q K 一定時，At T則AJ,對生產(chǎn)能力要求一定時，新設(shè)

24、計制造換熱器由于A較小，設(shè)備尺寸可減小，節(jié)省投資費。（2） 一般逆流操作的正常操作費比其它流向要少。逆流操作時，載熱體用量比其它流向的 要小，降低能耗，提高了經(jīng)濟效益。20. （8分）有一高溫爐，爐內(nèi)溫度高達1000c以上，爐內(nèi)有燃燒氣體和被加熱物體，試定性分析從爐內(nèi)向外界大氣傳熱的傳熱過程。/ /Z/777/.，州 / t 內(nèi) XOOOC/爐壁本題目有題圖：titu185.bmp* 答案*爐內(nèi)以對流和輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量傳給爐的內(nèi)壁面。在爐壁內(nèi)通過傳導(dǎo)傳熱，將熱量以爐的內(nèi)壁面?zhèn)鞯綘t的外壁面，它與爐內(nèi)對流與輻射傳熱相串聯(lián)。爐外通過對流與輻射并聯(lián)聯(lián)合傳熱，將熱量從爐的外壁面?zhèn)鞯酱髿庵校c爐

25、壁內(nèi)的傳導(dǎo)傳熱相串聯(lián)，所以該傳熱過程的特點是：（1）傳導(dǎo)、對流、輻射三種傳熱方式同時存在；（2）并聯(lián)、串聯(lián)的聯(lián)合傳熱同時存在。五、計算題：1. （8分）外徑為100mmi勺蒸汽管外包一層厚80mmi導(dǎo)熱系數(shù)為入w.m .K 的絕緣材料，管外壁溫度為t，每米管長的熱損失為Qw.m ,試求絕熱層外壁溫度t（設(shè)管外壁與絕熱層接觸良好）* 答案*Q=2 兀入（t1-t2）/ln（r2"1）.t2=t1-Q ln（/（2兀入）=t1- Q/入ln（0.13/0.05）/（2 X3.14）=t1-0.152Q/入2. （14分）某平壁爐的爐壁由耐火磚,絕熱醇和普通磚組成，它們的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.

26、163,0.233 和0.582w.m .K ,為使?fàn)t內(nèi)壁溫度保持 1000 C,每平方米爐壁的熱損失 控制在930w以下，若普通醇厚度取為10cm,爐外壁溫度為83 C ,求：耐火醇和絕熱醇厚度各為 多少？絕熱醇和普通科交界面溫度t 為多少？（假設(shè)絕熱醇與耐火科交界面溫度為800 C）* 答案*設(shè)耐火醇厚度b1,絕熱醇厚度b2跨過耐火科的熱通量為：q=（t1-t2）/（b1/ 入 1）b1=入 1（t1-t2）/q=1.163（1000-800）/930=0.25m 跨過三層磚的熱通量為：q=（t1-t4）/（b1/入 1）+（b2/ 入 2）+（b3/ 入 3）b2=（t1-t4）/q-b

27、1/ 2 1 - b3/入 3入 2=（1000-83）/930-0.25/1.163-0.1/0.582 X 0.233 =0.14m,跨過普通科的熱通量：=t3-t4/b3/入3,t3=q.b3/入 3+t4=930 X 0.1/0.582+83=243 C3.(15分)在內(nèi)管為。180x 10mm勺套管換熱器中，將流量為3500kg.h的某液態(tài)煌從100 c冷卻到60C,其平均比熱為2.38kJ.kg .K ，環(huán)隙走冷卻水，其進出口溫度分別為 40c和 50C,平均比熱為4.174J. kg K,基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)K=2000w.m K ，且保持不變.設(shè)熱損失可以忽略。試求：(1

28、)冷卻水用量；(2)計算兩流體為逆流和并流情況下 的平均溫差及管長。* 答案*冷卻水用量：W c (T T ) = W c (t t )3500 X 2.38 X ( 10060) = W X 4.174 X (5040) W =7982kg.hAt逆=(5020) / 1 n ( 50/20 ) = 32.75At并=(6010) / 1 n ( 60/10 ) = 27.9Q =KAA t Q=333200kJ.hA 逆= 333200X10/ (2000X 32.75 X 3600) = 1.41m兀 d 1 = 1.41 3.14 X 0.18 X 1 = 1.41 1 = 2.5 m

29、A 并= 333200X10/ (2000X 27.9 X 3600)= 1.66 m3.14 X0.18 X 1 = 1.66 . I = 2.93 m4. (15分)已知一外徑為 75mm內(nèi)徑為55mm的金屬管，輸送某一熱的物流，此時金屬管內(nèi)表 面溫度為120 C,外表面溫度為115 C,每米管長的散熱速率為4545w. m ，求該管材的導(dǎo)熱系數(shù)。為減少該管的熱損失，外加一層石棉層(導(dǎo)熱系數(shù)為 0.15w.m .K )此時石棉層外表面溫度為10C,而每米管長的散熱速率減少為原來的3.87%,求石棉層厚度及鋼管和石棉層接觸面處的溫度。* 答案* Q/L=2 兀(120-115)/1/ 入(l

30、n(75/55)=4545(1/ 入)ln(75/55)=2 X 3.14(125 -115)/4545=0.00691入=44.9w.m .K設(shè)外加石棉層厚度為8則:Q'/L=2X 3.14(120 - 10)/(1/44.9)ln(75/55)+(1/0.15)ln(75+26 )/75=4545 X 0.0387=175.9w.m690.8=175.90.00691+(1/0.15)ln(75+28 )/75解得：8 =30mm(石棉層厚度)設(shè)鋼管和石棉層接觸面間的溫度為 t2'貝U: 2 X 3.14(120-t2')/(1/44.9)ln(75/55)=175

31、.9 解得：t2'=119.8 C5. (12分)。120x 5mm的蒸汽管外擬包一層保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.07w.m .K 。設(shè)蒸汽管的內(nèi)壁溫度為110C,管壁導(dǎo)熱系數(shù)為 45w.m .K。要求保溫層外壁溫度不超過20 C ,每米蒸汽管的熱損失控制在60w以下，試計算保溫層的最小厚度。* 答案*按多層圓筒導(dǎo)熱q = ( t -t ) / (In ( r)/ (2 兀相品用。3入)+ 1 n ( r / r ) / (2 兀入) 將 r = 0.06m, r = 0.055m, r =0.06 + 8 入 =0.07w/(m K),入=45w/(m K), q= 60w/mt =1

32、10C,t=20C代入上式60=(110-20)/(ln(0.06/0.055)/(2 兀 X 45)+ln( r/0.06)/(2兀X 0.07)=90/(0.00031+(ln r +2.813)/0.4398) 解得 r = 0.116m,S = 0.116 - 0.06 = 0.056m= 56mm 注：本題可簡化不計管壁熱阻。6. ( 20分)某列管換熱器，用100c水蒸汽將物料由20c加熱至80C,傳熱系數(shù)K= 100w.m.K。經(jīng)半年運轉(zhuǎn)后，由于污垢的影響，在相同操作條件下物料出口溫度僅為70 C,現(xiàn)欲使物料出口溫度仍維持80 C ,問加熱蒸汽溫度應(yīng)取何值？* 答案*原：W c(

33、8020) = KAAt(1)At= ( 8020) / 1 n ( 80/20 ) = 43.28 C半年后： W c (70 20) = K AA t (2) At = (80 30) / 1 n ( 80/30 ) = 50.98 C (2) / (1)得: (70 20) / (8020) = K At / (KA t )=(K /100) X 50.98/43.28K =70.75 w.m .K保持原生產(chǎn)能力，即KA At = KA A tAt =KA t /K = 100X43.28/70.75 = 61.17 CAt = ( (T 20) - (T 80) / 1 n ( T-2

34、0) / (T-80) =61.17 60/61.17 = 1 n ( T20) / (T 80) 2.667 = ( T-20) / (T 80) T =115.8 C7. （16分）在一套管換熱器中用水逆流冷卻某種溶液，溶液量為1.4kg.s，比熱為2kJ. kg.K ，走內(nèi)管（規(guī)格為。25X2.5mm）,從150c冷卻到100c。冷卻水走套管環(huán)隙，從25 c升溫至60C,水的比熱為4.18kJ.kg.K ,冷卻水一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為 求以傳熱外表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù) 面積和管長。.K 。1.已知溶液一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為1160w.m* 答案*溶液放熱=1.41/K =dQ=msCpA

35、T=1.4 X 2 X 10 X (150-100)/(=0.025/(1160K =464w.mx 10 w d )+1/ aX 0.02)+1/930=2.15 X 10.K930 w. m .K ，忽略管壁和污垢的熱阻及熱損失 ， K和冷卻水的用量（kg.h ）。 2.計算內(nèi)管的外表冷卻水用量 ms'=Q/Cp'(t2-t1)=1.4X10/4180(60-25)相品用。3=0.957kg.s=3445kg.h tm=(150-60)-(100-25)/ln(150-60)/(100-25)=82.3CA =Q/(Ktm)=1.4 X10/(464 X 82.3)=3.6

36、7ml=A /(兀 d )=3.67/(兀 X 0.025)=46.7m8. (10分)某車間有一臺換熱面積(以外表面積計)為2.5 m 的單程列管換熱器。用180c的熱廢氣預(yù)熱輕油，輕油走管外，其流量為200kg.h，比熱為2kJ.kg .K，溫度由30 C升至80Co輕油與熱氣體作逆流流動。熱廢氣出口溫度為70C。求：換熱器的熱負荷和傳熱系數(shù)。* 答案*A = 2.5m, C = 2kJ.kg .KAtm = (180-80)-(70-30) / 1 n (100/40)=65.5 CQ = 200X 2X (80-30) = 20000kJ.h Q= KAA tmK =20000/(65

37、.5 X 2.5) =122.2kJ.m .K .h=34 w .m .K9. (16分)在并流換熱器中，用水冷卻油。換熱管長1.5m。水的進出口溫度為15c和40C； 油的進出口溫度為 120c和90 Co如油和水的流量及進口溫度不變，需要將油的出口溫度降至70C,則換熱器的換熱管應(yīng)增長為多少米才可達到要求？(不計熱損失及溫度變化對物性的影響)* 答案* 由熱量衡算G C(T T )= GC(t t)按題意在兩種情況下：G ,C,T 和G ,C ,t不變， 故得(G C ) / (G C )=(t -t) / (T -T ) =( t '-t ) / (T-T ')=( 40

38、 15)/ (12090) = (t' - 15)/(12070)t '= 56.7 C由Q =KAA t,現(xiàn)K不變，而At = ( (120-15 ) - (90-40) / In ( 120-15 ) / (9040)= 74.1 CAt '=( (120 15)- (70-56.7 ) / 1 n ( 120-15) /(70 56.7 ) = 44.4 C故 Q/Q = G C (T T ) / (G C (T -T ') =L At / (L At ),即( 12090) / (120 70) = 1.5 X 74.1/ (L ' X44. 4

39、) 得 l =4.17m。10. (16分)用一傳熱面積為3m 由。25 x 2.5mm的管子組成的單程列管式換熱器，用初溫為10 c的水將機油由200c冷卻至100c ,水走管內(nèi)，油走管間。已知水和機油的質(zhì)量流量 分別為 1000kg.h 和 1200kg.h，其比熱分別為 4.18kJ.kg .K 和 2.0kJ.kg .K ;水側(cè)和油側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為2000w.m .K 和250w.m .K,兩流體呈逆流流動，忽略管壁和污垢熱阻。(1)計算說明該換熱器是否合用？ (2)夏天當(dāng)水的初溫達到30 C ,而油的流量及冷卻程度不變時，該換熱器是否合用？(假設(shè)傳熱系數(shù)不變)*答案* Q1=1

40、200 X 2X(200-100)=240000kJ.hQ2=Q1, t2=t1+Q1/(m p 2 Cp2)=10+240000/(1000 X 4.18)=67.4 C tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110 C 1/K1=1/ a 1+d1/( a 2 - d2)=1/250+25/(2000 X 20)K1=2 16.2 w.m .KA1=Q1/(K tm) =240000 X 10 /(216.2 X 3600X 110) =2.8 m <3m 故適用(2) t1=30 C 時 t2=30+240000/(1000 X 4.18)=87.4 C tm=(1

41、12.6-70)/ln(112.6/70)=89.6 C A1=240000 X 10 /(3600 X 89.6 X 216.2)=3.45m>3m不適用11. (10分)采用傳熱面積為 4.48m 單程管殼式換熱器，進行溶劑和某水溶液間的換熱 .流 量為3600kg.h ，比熱為1.88kJ.kg .K 的苯,80 C冷卻至30 C ,水溶液由20c被加熱 到30 Co忽略熱損失。試求：傳熱系數(shù)K* 答案*(1)由 Q=K.AAtm 式求 K其中：Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600 X 1. 88X 10(80-50)=56400 w At = (At At ) /

42、1 n (At /At )=(8030) ( 50 20) / 1 n (80-30)/(50-20) =39.2 C56400=K X 4.48 X 39.2 解得 K=321 w .m . C12. (18分)某廠用一套管熱交換器，每小時冷凝2000kg甲苯蒸汽，冷凝溫度為110C,甲苯 的汽化潛熱為363kJ.kg ,其冷凝傳熱系數(shù)為 14000w.m .K 。冷卻水于16 c及5000kg.h的流量進入套管內(nèi)管(內(nèi)徑為50mm)(乍湍流流動，其對流傳熱系數(shù)為1740w.m .K 。水的比熱可取為4.19kJ.kg .K : (1)試計算冷卻水的出口溫度及套管管長。(2)由于氣候變熱，冷

43、卻水進口溫度升為25 C ,試計算在水流量不改變的情況下，該冷凝器的生產(chǎn)能力的變化率。* 答案* (1)由熱量衡算得：q = Gr = W.Cp (t 出一16).出=6- (W.Cp) +16)= 2000/3600 X 363X 10 /5000/3600 X 4.19 X 10+16=50.65 C 取 K= 1/(1/1740)+(1/14000)=1548w.m .K q = Gr = 2000/3600 X 363X 10=2.02 X 10 wAt1 =11016 = 94 C, At2 = 110- 50.65 = 59.35 CA tm = ( A t1 + A t2 )/2

44、 =( 94+ 59.35 ) /2 = 76.8 C又 q = KAA tm = Ktt d 1 A tm 管長 1 = q / (Ktt d A tm )= 2.02 X 10/ (1548X 3.14 X0.05 X 76.8 ) = 10.82m(2)水溫升高(忽略物性變化)傳熱面積 A=兀 d 1 = 3.14 X0.05 X 10.8 = 1.7mq'=KA tm' 其中 q'=5000/3600 X 4.19 X10 (t '-25) tm'=(110-25)+(110-t')/2=97.5-0.5t'5000/3600 X

45、 4.19 X10 (t '-25)=1548X 1.7(97.5-0.5t'), 解得 t '=56.4 Cq'=5000/3600 X4.19 X 10(56.4-25)=1.83 X 10 w(q- q')/q X100%=9.4%13. (14分)某廠在由177根4 25X 2mm,長3m的鋼管構(gòu)成的單殼程單管程列管換熱器內(nèi)，用132.9 C的飽和水蒸汽在管間冷凝，將管內(nèi)作湍流流動的常壓乙烯氣體加熱。已知乙烯氣 體流量為0.6kg.s，進口溫度為20C,在操作條件下的密度為 1kg.m，比熱為1.84 kJ.kg.K ,對流傳熱系數(shù)為53w.m

46、.K ，飽和水蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)為8000w.m .K ，可忽略管壁及垢層熱阻。(1)確定乙烯氣體出換熱器時的溫度；(2)若乙烯氣體通過換熱器的壓降要求不超過0.01 kgf.cm ,通過換熱器的總長度(包括局部阻力當(dāng)量長度)為 5.5m,摩 擦系數(shù)入=0.04,試確定該換熱器最多能允許通過多少kg.s 的乙烯氣體？* 答案*(1) Q = w CP (t2 -t1 )=0.6CP (t2 -20) Q= KAAtmAi= n % d i L=177 7tx 0.021 X 3 =35.014 m. . a i<< a 0 Ki = 1/ (1/ a 1 + 1/ a 2 )= 1

47、/(1/53+1/8000)=52.65 w .m .K貝U 0.6 X 1.84 X 10A3X (t2 -20)=52.65 X 35.014 X (t2 -20) /1 n (132.9-20)/(132.9-t2 )1 n (112.9/(132.9-t2 )=1.668112.9/(132.9-t2 )=5.304704.89 - 5.304t2 =112.9. t2 =111.61 C(2) A P= 0.01 kgf/cm=0.01 x 9.804 x 10=9.807 X10 PaAP= X 1/dXU /2Xp = 0.04 X 5.5/0.021 XU /2 X 1 9.8

48、07 X 10=0.04 X 5.5/0.021 XU /2U = 13.68 m.sw = n Tt /4 d i Up=177X 0.785 X 0.021 X 13.68=0.8389 kg.s =0.84kg.s14. (10分)在單程逆流列管式換熱器中用水冷卻空氣，水和空氣的進口溫度分別為20c及110C,在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45c及40 C,使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量及進口溫度不變的情況下，冷卻水出口溫度降至38Co熱損失可以忽略不計。求： (1)空氣出口溫度變?yōu)槎嗌?？ (2)總傳熱系數(shù)為原來的多少 倍？* 答案*(1)初期 m1

49、 CP1(110-40)= m2 CP2(45-20)= K A Atm一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38-20)= K' A Atm ' (110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20)解出 T2 ' =59.6 C(2) A tm = (110-45)-(40-20) /ln(65/20)= 38.2 CAtm ' = (110-38)-(59.6-20) /ln(72/39.6)=54.2 C(38-20)/(45-20)=(K' /K ) X (54.2/38.2)解出 K&#

50、39;/K = 0.50715. (10分)在換熱器中，熱水流量為 2000kg.h ，冷水流量為3000 kg.h ，熱水進口溫 度T =85C,冷水進口溫度t = 15 C ,如要求將冷水加熱到t =40C ,求采用并流和逆 流時的平均溫度差，冷、熱水的平均比熱可認為相等。* 答案*G C (T T ) = G C (t t )2000(85T )= 3000 (40 15)得 T =47.5 C并流時85 C 47.5C15 C - 35 c70 12.5At = ( 70-12.5 ) / ( 1 n 70/12.50 ) = 33.4 C 逆流時85 C 47.5C35 C 15C5

51、0 32. 5At = ( 50 + 32.50 ) /2 = 41.25 C16. (15分)在內(nèi)管為4 160X10mm勺套管換熱器中，將流量為3500kg.h 的某液態(tài)燒，從 100c冷卻到60C,其平均比熱 C =2.38 kJ.kg .K，環(huán)隙走冷卻水，其進出口溫度分別為40c和50C,平 均比熱 C =4.174kJ.kg .K ，基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù) K=2000w.m .K，且保持不變。設(shè)熱損失可以忽略。試求：(1)冷卻水用量；(2)計算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及管長。* 答案*冷卻水用量：w c (T T ) = w c (t t )3500 X 2.38 X

52、 ( 10060) =w X4.174 X (50 40) w =7982kg.hAt逆=(5020)/ 1 n (50/20 ) = 32.75At并=(6010)/ 1 n (60/10 ) = 27.93Q =KAA tQ=3500X2.38X ( 100-60 ) = 333200kJ.hA 逆=333200X10/(2000X32.75 X 3600)=1.41m兀 d 1 = 1.413.14 X0.16 X 1 = 1.41.1- 1 = 2.81mA 并= 333200X10/ (2000X 27.93 X 3600)=1.66 m3.14 X0.16 X 1 = 1.66.1

53、- 1 = 3.3 m17. (15分)在內(nèi)管為。189X 4.5mm的套管換熱器中，將流量為3500kg.h的某液態(tài)煌從100c冷卻到60C,其平均比熱為 2.38kJ.kg .K ，環(huán)隙走冷卻水，其進出口溫度分別為 40c和50C,平均比熱水為4.17kJ.kg .K，基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)K =2500 w.m.K ，設(shè)其值恒定，忽略熱損失。試求：(1)冷卻水用量；(2)分別計算兩流體為逆流和并流情況下的平均溫差及所需管長。* 答案*冷卻水用量Wh CP h (T1 -T2 )= Wc CP c (t2 -t1 )3500 X 2.38 X (100-60) = WCX 4.17 X (50-40)Wc =7990kg.hA t 逆=(50-20)/1 n (50/20) = 32.75 CAt 并=(60-10)/1 n (60/10) =27.91 CQ = KAA tm Q =7990X4.17 X (50-40)=3.332 X 10 kJ.h .A 逆=3.332 X 10 /(2500/1000) X 32.75 X 3600 = 1.13(m)兀 d 0 1 = 1.133.14X0.18X 1=1.13.1- 1 逆=2 (m )人并=3.332