1、傳熱一、填空(1) 在傳熱實驗中用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近于側(cè)的對流傳熱系數(shù)，而壁溫接近于側(cè)流體的溫度值。(2) 熱傳導的基本定律是_。間壁換熱器中總傳熱系數(shù) K的數(shù)值接近于熱阻 (大、小)一側(cè)的值。間壁換熱器管壁溫度tw接近于:值_ (大、小)一側(cè)的流體溫度。由多層等厚平壁構(gòu)成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數(shù)愈小，則該壁面的 熱阻愈(大、小)，其兩側(cè)的溫差愈大、小)。(3) 由多層等厚平壁構(gòu)成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數(shù)愈大，則該壁面的熱阻愈，其兩側(cè)的溫差愈 。(4) 在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在 ，減少熱阻的最有效扌昔施是。(5) 消除列管式換熱器溫差應力常用的

2、方法有三種，即在殼體上加膨脹節(jié)、采用浮頭式 或U管式結(jié)構(gòu) ；翅片管換熱器安裝翅片的目的是 增加面積， 增強流體的湍動程度以提高傳熱系數(shù) 。(6) 厚度不同的三種材料構(gòu)成三層平壁，各層接觸良好，已知 bib2b3，導熱系數(shù)12 100）下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。19在設計換熱器時，如何安排流量較小的流體的流徑（管內(nèi)或是管間）？簡述 理由。走管間， 因流體在有折流擋板的殼程流動時， 由于流速和流向的不斷改 變，在低只6值（Re 100）下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。20在列管換熱器中，擬用飽和蒸氣加熱空氣，傳熱管的壁溫接近哪一種流體的 溫度？壁溫接近飽和蒸氣的溫度。21. 在列管換

3、熱器中，擬用飽和蒸氣加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近哪一種流體的 對流傳熱系數(shù)？總傳熱系數(shù)K接近空氣的對流傳熱系數(shù)。22. 在列管換熱器中，擬用飽和蒸氣加熱空氣，如何確定兩流體在換熱器中的流 徑？為什么？空氣走管內(nèi)，飽和蒸氣走管間，以便于冷凝液的排放。23. 污油與汽油換熱，如何安排兩流體的流徑 ? 為什么 ?污油走管內(nèi)，汽油走管間，便于清洗。24. 為什么內(nèi)部孔隙多的材料保溫效果好 ？因為大量的孔隙中包含著導熱系數(shù)非常小的氣體，對導熱不利，從而起到了保溫的作用。25. 鋼板的黑度為0.78,其反射率為多少？反射率為0.22。26. 在強化傳熱的過程中，為什么要想辦法提高流體的湍動程度？由于對流傳熱

4、的熱阻主要集中在層流底層內(nèi)，提高流體的湍動程度能減薄層 流底層的厚度，可以提高傳熱效果。27. 在夏季人們?yōu)槭裁磹鄞\色衣服？由于在陽光下淺色的衣服反射率較大， 吸收的熱量少，使人們不至于感 覺太熱。28. 換熱器的殼程為什么要安裝擋板？可以提高殼程流體的湍動程度，增強傳熱效果。29. 雖然大氣層包圍著地球，但陽光仍能照射到地球表面，因為空氣是透熱體。 此話對嗎？為什么？不對，只有單原子氣體和對稱雙原子氣體是透熱體，而空氣中的二氧化碳和水蒸氣都可以部分地吸收太陽發(fā)射的輻射能。30. 間壁式換熱器與混合式換熱器的區(qū)別是什么？間壁式換熱器是由固體壁面將冷、熱兩種流體分開，通過固體壁面?zhèn)鳠幔?而混合

5、式換熱器中則是將冷、熱兩種流體直接接觸、混合換熱。四、計算1. 一臥式列管冷凝器，鋼質(zhì)換熱管長為 3m直徑為*25x 2mm水以0.7m/s的 流速在管內(nèi)流過，并從17C被加熱到37C。流量為1.25kg/s、溫度為72 C烴的 飽和蒸氣在管外冷凝成同溫度的液體。烴蒸氣的冷凝潛熱為 315kJ/kg。已測得： 蒸氣冷凝傳熱系數(shù)=800W/（mC ），管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)的 40%污垢熱阻又為 管內(nèi)側(cè)熱阻的70%試核算：（1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準）；（2）換熱管的總根數(shù)；（3）換熱器的管程數(shù)。計算時可忽略管壁熱阻及熱損失， 水的比熱為4.18kJ/（kg C）解： （1）換熱器每程

6、提供的傳熱面積（外表面為基準），S;由題意知，水以0.7m/s的流速在管內(nèi)流過，欲求S,需先知道每程的管子數(shù)， 每程的管子數(shù)等于所需冷卻水的總流量與單管內(nèi)水的流量之比。兩流體交換的熱量為:Q 二Whrh =1.25 315 =394kwQ =WcCpc(t2 -tj， Cpc = 4.18kJ/kg C，Wc394C pc 山J) = 4.18 (37 17 ) = 4.713 kg / S單管內(nèi)水的流量為:Wc -d2 0.785 0.0212 0.7 1000 = 0.2423kg / s每程所需管子數(shù)為:Wc4.71319.5Wc10.2423取每程管子數(shù)為20，則每程所能提供的傳熱外表

7、面積為:5#S - ：do ln_j =0.025 20 3 二-4.71m2(2)換熱管的總根數(shù)；由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數(shù)。由題給數(shù)據(jù),0.4 0.7 0.4丄)Q = K o So =tm：o：oKo0.4 0.7 0.4 丄)800 800= 476.2W/m2 C :t1- ：t2 _(72-17)-(72-37) = 44.25 cIn氏1ln72-37則任務所需的傳熱外表面積為:3942= 18.7m2#0.4762 44.25So換熱管總根數(shù)為:So18.7n = dol: 0.025 3=79.4#(2)換熱器的管程數(shù)#由題意管程數(shù)為：Nt二丄=42在一單程逆流列

8、管換熱器中用水冷卻空氣， 兩流體的進口溫度分別為20 r和 11or。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45r和4or,使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進口溫度不變的情況下， 冷卻水出口溫度降至38 r，試求：(1)空氣出口溫度為多少？( 2)總傳熱系數(shù) 為原來的多少倍？ ( 3)若使冷卻水加大一倍，空氣流量及兩流體進口溫度不變， 冷熱流體的出口溫度各為多少？ 傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲?解：使用初期(:水:空氣)(4)冷卻水流量加大后，換熱器的使用一年后110 r40*110203820(1)空氣出口溫度T2題意可得：使用初Q 二WcCpc(t2 7) =W

9、hCph(T1 -T2)= KS：tm(1)使用一年后Q =2WcCpc(t2 _切=WhCph(T! _T2)= KS：tm(2)兩式相比(2) / (1)，得(110一-(38 - 20)10-40廠.(45-20)則：=59.6 r(2)總傳熱系數(shù)K /K(T1 -七2) -仃2 7) _ 65 _ 20 _ 34 2 cC .65 .In -20ln T1 七T2 7(110 -38) -(59.2 -20)72 -39.6ln 113859.6-20= 54.2 C39.6方程式/(1)式，得:(38 - 20)(45 -20)54.238.2=0.50%(3)冷熱流體的出口溫度t2

10、及 T2一年后Q=WcCpc(t2 7)二WhCph F(3)Q =2WcCpc(t2T) =WhCph(T1 -T2)=K S tm(4)7方程（4）式/ （3）,得:9#110 -T2110-59.62(tJ - 20) K 138-20 _ K 542(110_t2)_億 _20)I11012InT2 -20#整理前半式的方程t； =39.6 -0.17917（5）由等比定理(110T2) -(t2 -20)1(110-t2) - (T2 -20)110-59.6-9-54.2, 110-t2T2 -20則,110-t241.4InT2 - 2054.2整理得，t2 =153-T2(6)

11、又因故二水：空氣, K ：空氣,聯(lián)立（5）和（6）,可得：t； =29.49 ,TT=57.5乜（4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌?？，r _ (110 -29.4) -(57.5 -20)m57.5-2011029.480.6 -37.580.6In37.5= 56.3 C=56.354才 1.043有一蒸汽加熱器，熱方：為飽和蒸汽冷凝，T=100C ；冷方：為生垢液體升溫，t20C , t2 =60 C。（1）在測試中，維持以上溫度條件不變，發(fā)現(xiàn)蒸汽凝液流量，在清洗前后之比為1: 2。問：a那些是控制熱阻？管程宜走那一方流體？簡述理由；b清洗前，污垢熱阻約為該時總熱阻

12、的多少分數(shù)？（2）在操作中，若要求改為維持該加熱器的熱負荷不變。問：隨著污垢的增加，調(diào)節(jié)飽和蒸汽的溫度和生垢液體的流量，是否都能達到要求？簡述理由（定 性分析）。注：冷方流型為湍流、面積基準和物性變化可不考慮以及清洗后的垢阻為零。解：（1） a 垢層是主要控制熱阻，其次是垢層對液體的給熱過程，因傳熱過程 的傳熱量取決于熱阻大的一方。管程宜走生垢液體，便于清洗，便于增大流速， 可能減少垢層沉積在管子表面上，飽和蒸汽宜在管間（殼程）走，因流速對飽和 蒸汽冷凝給熱系數(shù)幾乎無影響，而飽和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗， 且在殼程 流動易于及時排除冷凝水和不凝性氣體。b維持A, Atm不變時:清洗前傳熱量Q

13、=W. = KA.itm(1)清洗后傳熱量Q 2Wh二KA tm(2)(1) 式與(2)式比較得：K =2K清洗前后總熱阻的差值是污垢熱阻 RsRsK K 2K2K所以昱=2K一 =0.5=50%R總1 K(2) 在操作中，調(diào)節(jié)生垢液體流量，企圖減少垢層厚度來增加換熱量，是不能滿 足的，因為生垢液體以為湍流，再增加流量時，所增加的換熱量決不能與所 需要的熱量相當，這時會使出口溫度下降。只有調(diào)節(jié)飽和蒸汽的溫度來增加厶-，使其滿足熱負荷的要求。假設垢層熱阻的增加，使其換熱量減少一半，(換熱量再減少即不能操作)這時蒸汽的溫度提高到160C即可滿足要求。假設垢層的生成，其傳熱面積的變化忽略不計，而傳熱

14、系數(shù)下降一半，則推動力.-：tm =160 一20 1660 =120增加一倍，這樣即可滿足其換熱器的熱負荷2不變。4. 有一換熱器，管內(nèi)通90C的熱流體，膜系數(shù)為1100w/m2 C，管外有某種 液體沸騰，沸點為50C，膜系數(shù)：-2為5800w/m2 C。試求以下兩種情況下的 壁溫：(1)管壁清潔無垢；(2)外側(cè)有污垢產(chǎn)生，污垢熱阻為 0.005 m2 C/w解：忽略管壁熱阻，并假設壁溫為Tw(1) 當壁很薄時，根據(jù)壁兩側(cè)的對流傳熱方程式可得:T -TwTw -t90 -TwT1 -1100w 50158001 -:11：2則Tw =56.4 C(2)同理T -Tw _Tw _ t90-Tw

15、Tw - 501 1R01 -1+ 0.005：1：211005800則Tw = 84 C由此可知，壁溫總是比較接近熱阻小的那一側(cè)流體的溫度5. 流量為2000kg/h的某氣體在列管式換熱器的管程流過，溫度由150C降至80C ;殼程冷卻用水，進口溫度為15C，出口溫度為65C，與氣體作逆流流動， 兩者均處于湍流。已知氣體側(cè)的對流傳熱膜系數(shù)遠小于冷卻水側(cè)的對流傳熱膜系 數(shù)，管壁熱阻、污垢熱阻和熱損失均可忽略不計，氣體平均比熱為1.02kJ/kgC， 水的比熱為4.17kJ/kgC,不計溫度變化對比熱的影響，試求：（1）冷卻水用 量；（2）如冷卻水進口溫度上升為20C，仍用原設備達到相同的氣體冷

16、卻程度， 此時對數(shù)平均溫差為多少？ （ 3）此時的出口水溫將為多少？ （ 4）此時的冷卻水 用量為多少？解：（1）冷卻水用量；Q = Cpc & -1） = WhCph （T）- T2） q =WC 4.17(65 -15) = 2000 1.02(150 - 80)W 685kg/h（2）如冷卻水進口溫度上升為20C，仍用原設備達到相同的氣體冷卻程度，此 時對數(shù)平均溫差為多少？（1）新情況原情況Q 二WcCpc(t2 7) =WhCph(T1 -T2)= KS：tmiS：tmQ =WcCpc(t2 -匕)=WhCph(T 訂2)= KS：tmiS 心爲水二空氣， K-：空氣， 換熱器與氣體的

17、情況未變,Q=Q wSi=S， 故 Atm=Mm.:t(150 -65)(80 -15)=75 J2tm(150 -t2 ) (80 -20)211#t 60 C，C-：tr氏2 2=1 104w/m2 C鋼的導熱系數(shù)，=46.5w/ m C污垢熱阻總和R= 0.0003m2 C/w解：對庫存換熱器進行傳熱能力核算Q = KoS。心其中So = n二do(L-0.1) =72 3.14 0.025 (3-0.1)=16.4(T -ti) -(T t2)t2 -tiIn 7T -t260 - 20=85.4,127-20 In127-60蒸汽冷凝宜走殼程，NaOH水溶液走管程。求管內(nèi)NaOH水溶

18、液一側(cè)的 宀23600 0.785 0.02172/2=0.67m/sduPRe 二.21 O67 1100 =10300 1041.5 1033彳7710 僥 10=9.750.583021#143 600.021丸0 80 40.580 80 4-0.023 - (Re) - (Pr) - -0.023(10300) -(9.75)-d0.021= 2560w/m2 C1Ko1100000.0252560 0.0210.002 0.02546.5 0.0230.0003 -11097Ko =1097w/m2 C換熱器的傳熱速率Q= KoSo. tm =1097 16.4 85.4 = 1536kw該換熱器的熱負荷Ql -WcC(t2 - J ) = 30 1100 3.77 (60 - 20) = 1382 kw3600因為 Q Ql所以庫存的換熱器能夠完成傳熱任務。另一種解法：由傳熱方程式求得完成傳熱任務所需要的傳熱面積為:So同上，換熱器的熱負荷 Ql =1382kwKo -1097w/m2 C，:tm =85.4 C 故So 138214.75m21097 咒 85.4該庫存換熱器所提供的傳熱面積的傳熱面積為：So二do(L-0.1) = 72 3.14 0.025 (3-0.1)=16.4因為So So所以