第
六章传热习题
热传导
6-1. 如图所示，某工业炉的炉壁由耐火砖λ1= (m ·K)、绝热层λ2 = (m ·K)及普通砖λ3= (m ·K)三层组成。炉膛壁内壁温度1100℃，普通砖层厚12cm, 其外表面温度为50℃。通过炉壁的热损失为1200W/m 2, 绝热材料的耐热温度为900℃。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 解：()()()433
332222111
t t t t t t q -=-=-=
δλδλδλ ()5012
.093
.012003-=
t 1553=t ℃ 6-2. 如图所示，为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁 1/3 厚度处设置热电偶，测得 t 2=300℃, t 3 =50℃。求内壁温度 t 1 。设炉壁由单层均质材料组成。
解：()()322
211t t t t q -=-=
δλδλ
8001=t ℃
6-3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发，单位面积的蒸发速率为（m 2·s ），与液体交界的金属壁的温度为110℃。时间久后，液体一侧的壁面上形成一层2mm 厚的污垢，污垢导热系数λ=(m ·K)。
设垢层与液面交界处的温度仍为110℃，且蒸发速率需维持不变，求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热r =2000kJ/kg 。
解：2
kW/m 962000048.0=?=q
38.4051=t ℃
6-4. 为减少热损失，在外径Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的导热系数λ=+(式中t 为℃)，蒸汽管外壁温度为 180℃，要求保温层外壁温度不超过 50℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在 1×10-4kg/(m ·s)以下，问保温层厚度应为多少？
解：查180℃水蒸汽kJ/kg 3.2019=r
126.0250180000198.0103.0=??
?
??+?+=λW/(m ﹒℃) *6-5. 如图所示，用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚δ、直径120mm 的圆形平板，置于冷、热两表面之间。热侧表面用电热器维持表面温度t 1=200℃。冷侧表面用水夹套冷却，使表面温度维持在t 2 =80℃。电加热器的功率为。
由于安装不当，待测材料的两边各有一层的静止气2层λ气= (m ·K)，使测得的材料热导率λ′与真实值λ不同。不计热损失，求测量的相对误差，即(λ′-λ)/ λ。
解：()21t t A
Q -'=
δ
λ ()Q t t A 21-='λδ
*6-6. 通过中空球壁导热的热流量Q 可写成()
m A t
Q λδ?=
形式。
试证：21A A A m
=(式中A 1、A 2 分别为球壁的内、外表面积。)
解：dr dt A Q q
λ-==
dt r
Qdr λπ-=24 定态传热Q 为恒值
*6-7. 有一蒸汽管外径25mm ，管外包以两层保温材料，每层厚均为25mm 。外层与内层保温材料的热导率之比为512
=λλ，此时的热损失为Q 。今将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与外层保温层外
表面的温度均不变，则热损失为Q ′。求Q ′/Q ，说明何种材料放在里层为好。
解：互换前：2
32121ln 1ln 12r r r r t
l Q λλπ+?=
Q t l r r r r ?=+πλλ2ln 1ln 1232121
互换后：
Q t l r r r r '
?=+πλλ2ln 1ln
1
231122
依据计算可知热导率小的材料在里层热损失小。 对流给热
6-8. 在长为3m ，内径为53mm 的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/(s ·m 2)。苯在定性温度下的物性数据如下：μ=·s ；λ=(m ·K)；C p =(kg ·℃)。试求苯对管壁的给热系数。
解：431086.110
49.0053.0172?=??==
-μρud R e 加热苯溶液，b =
()31.3303.61086.1053
.014
.0023.0023.04.08.044.08.0=????==r e P R d λα W/(m 2·K)
6-9. 在常压下用列管换热器将空气由200℃冷却至120℃，空气以3kg/s 的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm ，内有Φ25×钢管38根。求空气对管壁的给热系数。
解：空气定性温度为：1602
120
200221=+=+=
T T T m
℃，查常压下160℃物性数据， ρ= kg/m 3；μ=×10-5Pa ·s ；λ=×10-2W/(m ·K)；c p =(kg ·K)；P r =
()
15.8738
025.026.04
3
22=?-?==
πA q G m kg/(s ·m 2) 空气由200℃冷却至120℃，b =
()
56.252682.01029.10362
.010637.3023.0023
.03.08
.05
2
3.08.0=?????==-r
e e
P
R d λ
αW/(m 2·K)
6-10. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度t m =20℃，蒸汽管外壁温度t w =120℃，管外径为60mm 。已知在定性温度70℃下重油的物性数据如下：ρ=900kg/m 3；c p =(kg ·℃)；λ=(m ·℃)。运动粘度ν=2×10-3 m 2 /s, β=3×10-4 K -1。试问蒸汽对重油的热传递速率W/m 2为多少
解：大容积自然对流：()b
r r u
P G A N =
查表得：A =；b =
()()89.361008.306
.0174.054.025.05=???==b r r P G l
A
λ
α W/(m 2·℃)
()()36892012089.36=-?=-=m w t t q α W/m 2
6-11. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的(Gr ·Pr )=109。试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少？
解：大容积自然对流：()b
r r u
P G A N =
两管直径不同，与特征尺寸管径有关，3
d G r ∝ 依据大管和小管Gr ·Pr 查表：A =；b =1/3 冷凝给热
6-12. 饱和温度为100℃的水蒸气在长3m 、外径为 的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置，管外壁的温度维持96℃，试求：（1）每小时冷凝的蒸汽量；（2）又若将管子水平放,冷凝的蒸汽量又为多少？
解：（1）饱和温度为100℃的水蒸气，r =kg ，定性温度为98℃，查水：ρ=960kg/m 3；μ=·s ；λ=(m ·℃)。
()07.742296100300029.0682.022*******.996013.113.11324
132=???
?
??-?????=?
???
???=t L gr μλρα W/(m 2·K)
()200096.54300029
.0225840096100307.742244<=?-???=?=
μαr t L R eM ，为层流。
（2）将管子水平放置，特征尺寸为直径。
()60.150589610003.000029.0682.022*******.9960725.0725.04
1324
132=?
??
?
??-??????=?
??
?
???=t d gr μλρα W/(m 2·K)
传热过程计算
6-18. 热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为Φ25×钢管，热导率为45W/(m ·K)。冷水在管内湍流流动，给热系数α1=2000W/(m 2·K)。热气在环隙中湍流流动，α2 =50W/(m 2·K)。不计垢层热阻，试求：(1)管壁热阻占总热阻的百分数；(2) 内管中冷水流速提高一倍，总传热系数有何变化？(3)环隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？
解：(1) 以外表面为基准：
0207.050
1
2025ln 452025.020*******ln 212122112=+?+?=++=αλαd d d d d K m 2·K/ W
31.48=K W/(m 2·K)
51221020.620
25ln 452025.0ln 2-?=?==
d d d R λ m 2·K/ W 管壁热阻占总热阻的百分数：
%30.00207.0102.65
=?- (2) 内管中冷水流速提高一倍，20.34822000228.018
.01
=?=='αα W/(m 2·K)
97.4850
1
2025ln 452025.0202.3482251
1
ln 21
2
122112=+
?+?=
++'=
'αλαd d d d d K W/(m 2·K)
总传热系数变化很小。
(3)环隙中热气体流速提高一倍，06.8750228.028
.02
=?=='αα W/(m 2·K)
15.8206
.871
2025ln 452025.020*******
1
ln 21
2
122112=+
?+?=
++'=
'αλαd d d d d K W/(m 2·K)
总传热系数变化很大。提高K 值，应提高较小的α值。
6-19. Φ68×4mm 的无缝钢管，内通过(表压)的饱和蒸汽。管外包30mm 厚的保温层λ=(m ·K)，该管设置于温度为 20℃的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数α1=5000W/(m 2·K)，保温层外表面与大气的给热系数α2=10W/(m 2·K)。求蒸汽流经每米管长的冷凝量及保温层外表面的温度。
解：忽略管壁热阻，以保温层外表面为基准： 65.110
1
68128ln 08.02128.06050001281
1
ln 21
2
122112=+
?+?=
++=
αλαd d d d d K W /(m 2·K)
查(表压)的饱和蒸汽，温度T =134℃，r =kg
()()60.7520134128.014.365.12=-???=-=t T d K L Q
πW/m 8.38=w t ℃
6-20. 外径的球形贮罐内放-196℃的液氮，罐外覆以λ=(m ·K)的绝热材料以减少向大气的冷量损失。保温层外壁的温度不低于28 ℃，以免露水凝结。大气温度为32℃，大气与保温层外壁的给热系数为12 W/(m 2·K)， 罐内液氮对壁的给热热阻以及罐壁的热阻均可忽略，计算绝热材料应有的厚度。
注：球壁导热公式参见题6。 解：()()2322121
22
144t t r t t r r r r Q -=--=
απλπ m 682.02=r ，绝热材料应有的厚度m 082.06.0682.0=-。
6-21. 用不同的水流速度对某列管式冷凝器作了两次试验，第一次冷凝器是新的，第二次冷凝器已使用过一段时期之后。试验结果如表所示。
表中传热系数均以外表面为基准。管子尺寸为Φ28×，热导率为45W/(m ·℃)。水在管内流动是高度湍流，饱和蒸汽在管外冷凝。两次实验条件相同。试求：(1)第一次试验中，管外给热系数α1，以及当水速为2m/s 时管内给热系数α2；(2)试分析在相同的水流速下，两次实验的传热系数数值不同的原因，并得出定量计算的结果。
解：(1)
1
2112211ln 21αλα++=d d d d d K
321075.1?=α W/(m 2·K) 411031.1?=α W/(m 2·K)
38.028.02
1005.3175022?=?=='αα W/(m 2·K) (2)
1
2112211
ln 212001αλα++=d d d d d 51058.7-?=垢R m 2·K/ W
*6-22. 一内径为 的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度为38℃，外壁外面用 100℃热水加热。钢壳的热导率为45W/(m ·℃)，热水对外壁的给热系数α=500 W/(m 2·℃)，试计算钢壳厚度是多少mm 时传热速率达最大值？最大传热速率为多少？
解：()()w w w T T r t T r r r r Q -=--=
απλπ221
22
144 传热速率达最大时，R 最小。对R 求导数： 取导数
021*******=???
? ??-+=
'αλπr r R 18.0500
45
222=?=
=
α
λ
r m m m 1017018012=-=-=r r δ 422
22112max 1013.150018.014517.018.001.014.34138
100414?=??
? ???+???-=+--=
απλπr r r r r t T Q w W
6-23. 某列管冷凝器内流冷却水，管外为有机蒸汽冷凝。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，有机蒸汽的冷凝温度80℃，冷却水流量为s 。
解：定性温度：252
30
20=+=
t
℃，c p1= kJ/(kg ·℃) ()()552
30802080221=-+-=?+?=?t t t m ℃
()()12.11555
5.162030179.45.21211=?-??=
?-=
m
p m t A t t c q K W/(m 2·℃)
()()57226802080221=-+-=?+?=
?t t t m ℃
54.6673.112.115=='K W/(m 2·℃)
K R K R '=+='11垢 31034.612
.115154.66111-?=-=-'=
K K R 垢 m 2·℃/ W 6-24. 某列管式加热器由多根Φ25×的钢管所组成，将苯由20℃加热到55℃，苯在管中流动，其流量为每小时15吨，流速为s 。加热剂为 130℃的饱和水蒸汽，在管外冷凝。苯的比热c p =(kg ·℃)，密度为858kg/m 3。已知加热器的传热系数为700 W/(m 2·℃)，试求此加热器所需管数n 及单管长度l 。
解：一根钢管中流量：135.04
8585.002.014.3422=???==
u
d q m ρπ单 kg/ s
()()39.9155
13020130ln 5513020130ln 2121=-----=???-?=
?t t t t t m ℃
()65.139
.9131025.014.3700360035
176********=???????=
?-=
m
p m t dn K t t c q l πm
*6-25. 某气体混合物(比热及热导率均未知)以90kg/h 的流量流过套管换热器的内管，气体的温度由38℃被加热到138℃。内管内径为53mm ，外管内径为78mm ，壁厚均为，管外为蒸汽冷凝使管内壁温度维持在150℃。已知混合气体粘度为·s ，其普朗特数P r =1，试求套管换热器的管长。
解：()12222t t c q t A Q
p m m -=?=α
*6-26. 如图所示，传热面相等的两台换热器, 用冷水将油从138℃冷却至 93℃，冷水进入第一换热器的流量为 s ，温度t 1=25℃，出口t 2=50℃。将此股水流中抽出 s 水移作它用，余下的水进入第二个换热器，冷水出口t 3=65℃。设两个换热器的传热系数均为450 W/(m 2·℃)，油的比热c p = kJ/(kg ·℃)。求两换热器的传热面积，及油的流量。
解：第一换热器，定性温度为℃，c p21=(kg ·℃) 第二个换热器，定性温度为℃，c p22= kJ/(kg ·℃)
()()
()
()
01.49313821004
.11779126087511221212322221=-?+=
--+-=
出口T T c t t c q t t c q q p p m p m m kg/s
传热面相等
()()()
25ln 48.411350ln 29.4123215.211
22---=---T T T T （1）
()()
01.413809
.5613823.12421=-+-T T （2）
联立（1）、（2），7.991=T ℃，4.642=T ℃。
244.311=m q kg/s ，762.012=m q kg/s
换热器的传热面积
5.1425.722=?=A m 2
油的流量 01.41=m q kg/s
*6-27. 用一单程列管换热器以冷凝s 的有机蒸汽，蒸汽在管外冷凝的热阻可以忽略，冷凝温度 60℃，汽化热为395kJ/kg 。管束有n 根Φ25×的钢管组成，管内通入t 1=25℃的河水作冷却剂, 不计垢层及管壁热阻, 试计算：(1)冷却水用量(选择冷水出口温度)；(2)管数n 与管长 L (水在管内的流速可取1m/s 左右)；(3)若保持上述计算所得的总管数不变，将上述换热器制成双管程投入使用，冷却水流量及进口温度仍维持设计值，求操作时有机蒸汽的冷凝量。
解：(1) ()m p m m t A t t c q r q Q ?=-==α12221
定性温度25>m t ℃，30-50℃，c p2=(kg ·K)。
(2) 冷水出口温度取40℃，46.92=m q kg/s ，定性温度5.32=m t ℃，ρ=m 3；μ=·s ；λ=(m ·K)。
()34.08.044.08.01064.420.51060.202
.06131
.0023.0023.0?=????==r e P R d λα W/(m 2·K)
(3) 双管程，n =31/2=16，流量不变，流速增加一倍。
338.01007.81064.474.12?=??=='ααW/(m 2·K)
8.462=t ℃
()
()18.2395
258.46174.446.912221=-??=
-=
r
t t c q q p m m kg/s
传热操作型计算
6-28. 某冷凝器传热面积为 20m 2，用来冷凝 100℃的饱和水蒸汽。冷液进口温度为 40℃，流量 s ，比热为4000J/(kg ·℃)。换热器的传热系数K =125W/(m 2·℃)，求水蒸汽冷凝量。
解：100℃的饱和水蒸汽，r =kg 。
7.692=t ℃
()
()2
3
122211082.410
4.2258407.694000917.0-?=?-??=
-=
r
t t c q q p m m kg/s 6-29. 有一套管换热器，内管为Φ19×3mm ，管长为2m ，管隙的油与管内的水的流向相反。油的流量为270kg/h, 进口温度为100℃，水的流量为360kg/h ，入口温度为10℃。若忽略热损失，且知以管外表面积为基准的传热系数K =374 W/(m 2·℃)，油的比热c p =(kg ·℃)，试求油和水的出口温度分别为多少
解：水的定性温度取10℃，c p2=(kg ·℃)
260.01
12
1=--t T T T 6.762=T ℃
()()
336.02112=--T T t t 9.172
=t ℃
水的定性温度14=m t ℃，c p2=(kg ·℃)，与10℃水的c p2=(kg ·℃)相差很小，计算有效。 6-30. 某列管换热器用110℃饱和蒸汽加热甲苯，可使甲苯由30℃加热至100℃。今甲苯流量增加50%，试求： (1) 甲苯出口温度；(2) 在不变动设备条件下，采用何种措施以使甲苯出口温度仍维持100℃？作定量计算。
解：(1) ()m p m t A t t c q Q ?=-=α1222
23.982=t ℃
(2) A. 提高饱和蒸汽的温度（加压）
1.112=T ℃
B. 提高饱和蒸汽冷凝量，增加50%。
*6-31. 某套管换热器有传热面积，油在内管从75℃被冷却至65℃。冷却水在环隙中逆流流动，从30℃加热至 45℃，给热系数α2 =4000W/(m 2 ·℃)。内管直径φ25mm ，管壁较薄，热阻可略去不计。求该换热器能冷却的最大油量。
已知油在平均温度下的物性为λ=(m ·℃)；μ=·s ；c p =2070J/(kg ·℃)。 解：()()m p m p m t KA T T c q t t c q Q ?=-=-=21221211
()()()()44.3230
654575ln 30654575ln 1
2211221=-----=-----=
?t T t T t T t T t m ℃
*6-32. 今有一套管换热器，冷、热流体的进口温度分别为40℃和100℃。已知并流操作时冷流体出口温度为60℃，热流体为80℃。试问逆流操作时热流体、冷流体的出口温度各为多少？设传热系数Ｋ均为定值。
解：并流操作时：
?
→??
→?C C C C 604080100 140608010012212211=--=--=t t T T c q c q p m p m
逆流操作时：?
←''→?C t T C 4010022 12212211t t T T c q c q p m p m -''
-=
73.782='T ℃ 27.612
='t ℃ *6-33. 由A 、B 两台换热器组成的换热系统中，冷与热流体的流向及流量等均如图所示。已知：A 、B 两台换热器的传热面积，传热系数均相等。冷流体流量等量分配。且T 1=150℃，T 2 =40℃；t 1=30℃，t 2 =90℃。试求：温度T ，t a 、t b 的值分别为多少
解： ()()()()1
111122111
ln 2t T t T t T t T KA t KA T T c q t t c q Q a a
mA p m a p m A -----=?=-=-=
1211t T t T t T t T b a --=-- 304030150--=--b
a t T T t （1） 40
1503030--=--T T
t t b a （2）
902
2=+=
b
a t t t （3） 联立（1）（2）（3）
6.64=T ℃，123=a t ℃，57=b t ℃
换热器
6-36. 今欲于下列各列管换热器中，将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃，出口温度为60℃。试求各种情况下的平均温差。 (1) 单壳程，四管程；(2) 双壳程，四管程。
解：逆m m t t ?=?ψ
逆流操作时：
?
←→?C C 205060
100
()()452
206050100=-+-=
?逆m t ℃
(1) 单壳程，四管程 查图（P230），9.0=ψ
5.40459.0=?=?=?逆m m t t ψ℃
(2) 双壳程，四管程。 查图（P230），98.0=ψ
1.444598.0=?=?=?逆m m t t ψ℃
6-37. 有一列管换热器，煤油走壳程。其温度由230℃降至120℃，流量为28700kg/h 。壳内径为560mm ，内有Φ25×的钢管70根，每根长6m ，管中心距为32mm ，三角形排列。用圆缺形挡板(切去高度为直径的25%)，挡板间距为300mm 。试求煤油的给热系数。
已知定性温度下煤油的物性数据如下：C p =(kg ·℃)，ρ=710kg/m 3，μ=·s ，λ=(m·K)。
解：
6-38. 有一单壳程双管程列管换热器，管外用 120℃饱和蒸汽加热，常压干空气以 12m/s 的流速在管内流过，管径为Φ38×，总管数为200根，已知空气进口温度为26℃，要求空气出口温度为86℃，试求： (1) 该换热器的管长应为多少 (2) 若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为φ54×2mm ，总管数减少 20%，此时的出口温度为多少 (不计出口温度变化对物性影响，忽略热损失)。
解：
6-39. 试设计一列管式冷凝器，用水来冷凝常压下的乙醇蒸汽。乙醇的流量为 3000kg/h ，冷水进口温度为 30℃，出口温度为40℃。在常压下乙醇的饱和温度为78℃，汽化潜热为925kJ/kg 。乙醇蒸汽冷凝给热系数估计为1660 W/(m ·℃)。设计内容:：(1)程数、总管数、管长；(2)管子在花板上排列；(3)壳体内径。
解：
第四章 传 热 热传导 【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。 解 2375℃, 30℃t t == 计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=?016℃ (1757530025005016016) t --= ..145 025********t =?+=℃ 【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。软木的热导率λ= W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为 3℃，试计算单位表面积的冷量损失。 解 已 知 .(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==?=， 则单位表面积的冷量损失为 【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m 2 ，材料的厚度为0.02m 。现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。 解 根据已知做图 热传导的热量 .28140392Q I V W =?=?= .().() 12392002 002280100Qb A t t λ?= = -- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m ·℃)。 耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。 (1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。 (2) 若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。 解 (1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。 绝热砖层厚度2b 的计算 每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为 习题4-1附图 习题4-3附图 习题4-4附图
流体流动和输送1、液体高度：, 器底所受的力： 压强： 指示液为CCl4, 其读数： 2、人孔面积： 压力： 槽壁面积： 槽壁所受压力：3、 4 、
6、（1）求空气的体积流量流通截面： 体积流量： （2）求质量流量 表压：绝压：空气的平均分子量：当时温度：空气密度： ∴质量流量： 7**、对容器A 孔口流速： 体积流量： 流出的总体积： 液体降至0.5m 处所需时间： 剩余部分为非稳定流动，所需时间： 对于容
B 由于B下端有短管，管内流体在流动中有下拉液体的作用，故需时间短。 8、以水平管中心线为基准面，在1－1，，2－2，间列柏式， 在操作条件下，甲烷的密度： 水柱压差计读数： 9、
10、对孔板流量计：流量与流速度关系：，即， (1)当读数为80mmHg时，，即误差＝1.2% (2)读数为20mmHg时，，即误差＝ 4.9% (3)指示液为四氯化碳时，∴流量的相对误差与以上相同。 11、 体积流量： 质量流量： 导管中苯的流速： 12、忽略阻力， ，，，
将数据代入，得体积流量：13、，，, , ∴ ＝ ， 空气流量： 质量流量： ， ∵，，，解得，，体积流量：14、当量直径：
流速： 湍流 15、相对粗糙度：，查图得 16、 ，，查图得 H1=0，H2=10，v1=0，v2=2.2，P2=0 ， 17 、用试差法求流量，∵λ＝f(Re),Re=f(v),难以直接求解。 由Re～λ图可见，对ε＝0.001的无缝钢管而言，Re在2×104～1×107之间，λ值在0.02～0.028之间，设λ＝0.025，H1=5，H2=0，P1=P2=0（表压），v1=0
第四章 传热 填空题 （1） 对流传热的热阻主要集中在 ，因此， 是强化对 流传热的重要途径。 答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度 （2）黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39 分析：斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而非摄氏温度，即4 273300273600?? ? ??++=5.39。 （3）处理量为440kg/h 的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后，该溶液 在管内生成积垢，使换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出口温度不变， 则该溶剂的处理量变为 。 答案：400kg/h 分析：设Q=m t KA ? m t A K Q ?='' ∴ ==''K K Q Q K K 11 '=1.1 故 Q '=1 .14401.1=Q =400kg/h 选择题 （1）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（ ）。 A ．②>④>③>①； B ．③>④>②>①； C ．③>②>①>④； D ．②>③>④>①； 冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水 水 ④ 水 轻油 答案：D （2）揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（ ）。 A. 斯蒂芬-波尔兹曼定律； C. 折射
B. 克希霍夫 D. 普郎克 答案：B （3）关于下面两种说法的正确结论应是（ ）。 1）固体的辐射和吸收只能在表面上进行，因此只和表面积的大小和表面特性有关； 2）气体的辐射和吸收是在整个体积上进行的，必然和气体积的大小和形状有关。 A. 这两种说法都对； C. 第一种说法对，第二种说法错； B. 这两种说法都错； D.第二种说法对，第一种说法错 答案：A （4）传热速率公式q=KAΔt m 中，Δt m 的物理意义是（ ）。 A.器壁内外壁面的温度差; B.器壁两侧流体对数平均温度差; C.流体进出口的温度差; D.器壁与流体的温度差。 B （5）用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ ） A. 蒸汽的温度； B. 空气的出口温度； C. 空气进、出口平均温度 A （6）（ ）是指当间壁两侧泠、热流体之间的温度为1K 时，在单位时间内通过单位传热面积，由热流体传给泠流体的热能。 A. 导热系数； B. 对流传热系数； C. 总传热系数 C （7）在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K 值接近于（ ）。 A. α蒸汽 B. α空气 C. α蒸汽与α空气的平均值 B （8）翅片管换热器的翅片应安装在( )。 A. α小的一侧 B. α大的一侧 C. 管内 D. 管外 A 计算题 （1）某厂库存有一台列管式换热器，其主要尺寸为：列管规格?38,3?管长4m ，管数127根，欲利用这台换热器，用水蒸气加热空气。蒸汽走壳程，空气走管程，空气流量为6000标准3m / 小时，要求自20℃加热至100℃以上。 已知：空气侧对流传热系数为?2/58m W ℃； 蒸汽侧对流传热系数为11000 w/2m ℃ 污垢热阻和管壁热阻可以忽略不计； 标准状况下，空气密度为1.29kg/3m ，操作条件下空气比热取1.01kJ/kg.℃ 蒸汽的有关参数见附表。
第三章热量传递 一、选择题 1.稳态传热的特点是（） A、传热速率在任何时刻恒为常数 B、热通量在任何时刻恒为常数 C、热负荷在任何时刻恒为常数 2.（）是热传导的基本定律，也是求解导热问题的一个基本公式。 A.、牛顿粘性定律 B.傅立叶定律 C.牛顿冷却定律 3.在间壁式换热器里，当间壁两侧对流传热分系数相差较大时（不在同一个数量级上）要提高总传热系数K的值，关键在于提高（）。 A.对流传热分系数较大一侧的值 B.必须同时提高两侧的α才能提高总传热系数K C.对流传热分系数较小一侧的值 4,。固体非金属的导热系数随温度的升高而（）。 A. 加大 B.减小 C.不变 二、填空题 1.根据传热机理不同、热传递还有三种基本方式为_________、_________和_______。 2.辐射传热的特点是：不仅有___________的传递，而且还有___________的转换。 3.对于列管式换热器：管程流体在管束内流经两次，称为__________换热器。 4.传热边界层就是沿传热方向存在着__________的区域，_____________就集中在这一区域内，__________是强化传热过程的关键. 5.在流体的进出口的温度一定的条件下，对流传热分系数α与成正比，与成反比 6.热量的传递过程称为_______。物体内热流的产生，是由于__________的结果，而且热流的方向______的方向一致。 三．简答题 1.导热系数、对流传热分系数及总传热系数有什么不同？ 2.提高流体的流速是否一定能提高K？是否就一定能达到强化传热的目的？为什么? 3.并流与逆流操作各有什么优越性？ 4.强化传热的途径有哪几条？ 第四章气体吸收 一、选择题 1.不管是吸收过程还是解吸过程，都是向着（）的方向进行。A 、增加液相浓度B、减少气相浓度C、趋近于平衡 2.逆流操作有利于降低（）的浓度，提高吸收质的吸收率。 A、进塔气体 B、吸收尾气 C、出塔吸收液 3.（）定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述。 A、费克 B、傅立叶 C、牛顿定律 4.传质过程的推动力通常用一相的实际组成与其平衡组成的（）来表示。 A、对比值 B、偏离程度 C、和
一 1.（12分）水塔供水系统，管路总长Lm(包括局部阻力在内当量 长度), 1-1'到2-2'的高度H (m),规定供水量V m3/h。当忽略管出口局部阻力损失时，试导出管道最小直径d min的计算式。若L=150m，H=10m, V=10 m3/h , λ=0.023，求d min ***答案*** 在1-1′与2-2′间列柏努利方程，以通过水平管的中心线 为水平基准面 gZ A+u A2/2+p A/ρ= gZ B+u B2/2+p B/ρ+∑W f (Z1-Z2)+(p1-p2)/ρg=Wf =λ(L/d)u22/2g；由(p1-p2)=0 (Z1-Z2)=H ∴H=λ(L/d)u22/2g 而u2=V h/[3600(πd2/4)]代入上式 H=λ(8V h L/3600πgd2) => d2=λ(8LV h/3600πgH)∴d=[λ(8LV h/3600πgH)]0.5 代入数据：d=[0.023×(8×150×10/3600×π×9.81×10)] =0.0466m=46.6mm 2.（12分）某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在管中的流速为u m/s,系统的ΣW f=20.6u2/2 [J/kg],因扩大生产，须再建一套同样的系统, 所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少? ***答案*** 低液面2-2为基准，在1-1与2-2间列柏努力方程： gZ A+u A2/2+p A/ρ= gZ B+u B2/2+p B/ρ+∑W f ∵u1≈0≈u2; p1=p2 于是gZ1=gZ2+ΣW f g(Z1-Z2)=ΣW f =20.6 u2/2 u=[2g(Z1-Z2)/20.6]0.5 =(2×9.81×6/20.6)0.5=2.39m/s Z1′=Z2+20.6u′2/2g =5+20.6(1.3×2.39)2/(2×9.81) =15.14m 增高为：Z1′-Z1=15.14-11=4.14m 3.（15分）如图所示的管路系统中，有一直径为φ38×2.5mm、长为30m的水平直管段AB, 并装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量,流量系数Co=0.63。流体流经孔板永久压强降为3.5×104N/m2，AB段的摩擦系数可取为0.024。试计算: ⑴液体流经AB管段的压强差； ⑵若泵的轴功率为500W，效率为60%，则AB管段所消耗的 功率为泵的有效功率的百分率。 ***答案*** ⑴在A-B之间列柏方程(管中心线为基准面)： gZ A+u A2/2+p A/ρ= gZ B+u B2/2+p B/ρ+∑W f p A-p2=ρ∑W f=ρλLu2/2d+△p孔 u0=C0[2gR(ρ2-ρ)/ρ] =0.63[2×9.81×0.6(13600-867)/867] =8.284m/s u=(16.4/33)2×8.284=2.046 m/s ∴p A -p B=0.024×(30/0.033)×(2.0462/2)×867+3.5×104 =74590 N/m2 ⑵Ne=We .Ws=(74590/867)[(π/4)d2uρ] =86(0.785×0.0332×2.046×867)=130w 有效功率百分数=130/(500×0.6)×100%=43.3% 4.（18分）如本题附图所示，槽内水位维持不变。槽底部与内径 为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端 15m处安有一个指示液为汞的U管压差计，测压点与管路出口
第一章传质过程基础 一、选择与填空（30分，每空2分）https://www.doczj.com/doc/5e465087.html,/month.200807.html 1. 传质通量与_____相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。 2. 传质通量j A与_____相对应。 A.； B.； C.； D. 。 3. 传质通量与_____相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。 4. 等分子反方向扩散通常发生在_______单元操作过程中；一组分通过另一停滞组分的扩散通常发生在_______单元操作过程中。 5. 描述动量和质量传递类似律的一层模型是________________；两层模型是 _____________；三层模型是_______________。 6. 通常，气体的扩散系数与_____________有关，液体的扩散系数与_____________有关。 7. 表示_____________________对流传质系数，表示_______________________对流传质系数，它们之间的关系是__________________。 8. 对流传质系数与推动力_____相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。
9. 推动力与对流传质系数_____相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。 二、计算题（40分，每题20分） 1. 在一根管子中存在有由CH4（组分A）和He（组分B）组成的气体混合物，压力为1.013×105 Pa、温度为298K。已知管内的CH4通过停滞的He进行稳态一维扩散，在相距0.02m的两端，CH4 的分压分别为Pa及Pa，管内的总压维持恒定。扩散条件下，CH4 在He中的扩散系数为m2/s 。试求算CH4的传质通量。 2. 298 K的水以0.5 m/s的主体流速流过内径为25mm的萘管，已知萘溶于水时的施密特数为2330，试分别用雷诺、普兰德—泰勒、卡门和柯尔本类比关系式求算充分发展后的对流传质系数。 三、推导题（30分，每题15分） 1. 对于A、B 二组元物系，试采用欧拉（Euler）方法，推导沿x、y方向进行二维分子传 质时的传质微分方程。设系统内发生化学反应，组分A的质量生成速率为kg/（m3·s） 2. 试利用传质速率方程和扩散通量方程，将转换成。 一、选择与填空（30分） 1. 吸收操作的原理是__________________。 2. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增大时，亨利系数将_____，相平 衡常数将_____，溶解度系数将_____。 A. 增大； B. 不变； C. 减小； D. 不确定。 3. 在吸收操作中，以液相浓度差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为_____。
《传递工程基础》复习题 第一单元传递过程概论 本单元主要讲述动量、热量与质量传递的类似性以及传递过程课程的内容及研究方法。掌握化工过程中的动量传递、热量传递和质量传递的类似性，了解三种传递过程在化工中的应用，掌握牛顿粘性定律、付立叶定律和费克定律描述及其物理意义，理解其相关性。熟悉本课程的研究方法。 第二单元动量传递 本单元主要讲述连续性方程、运动方程。掌握动量传递的基本概念、基本方式；理解两种方程的推导过程，掌握不同条件下方程的分析和简化；熟悉平壁间的稳态层流、圆管内与套管环隙中的稳态层流流动情况下连续性方程和奈维－斯托克斯方程的简化，掌握流函数和势函数的定义及表达式；掌握边界层的基本概念；沿板、沿管流动边界层的发展趋势和规律；边界层微分和积分动量方程的建立。 第三单元热量传递 本单元主要讲述热量传递基本方式、微分能量方程。了解热量传递的一般过程和特点，进一步熟悉能量方程；掌握稳态、非稳态热传导两类问题的处理；对一维导热问题的数学分析方法求解；多维导热问题数值解法或其他处理方法；三类边界问题的识别转换；各类传热情况的正确判别；各情况下温度随时间、地点的分布规律及传热通量。结合实际情况，探讨一些导热理论在工程实践中的应用领域。 第四单元传量传递 本单元主要介绍传质的基本方式、传质方程、对流传质系数；稳定浓度边界层的层流近似解；三传类比；相际传质模型。掌握传质过程的分子扩散和对流传质的机理；固体中的分子扩散；对流相际传质模型；熟悉分子扩散微分方程和对流传质方程；传质边界层概念；沿板、沿管的浓度分布，传质系数的求取，各种传质通量的表达。
第一部分 传递过程概论 一、填空题： 1. 传递现象学科包括 动量 、 质量 和 热量 三个相互密切关联的主题。 2. 化学工程学科研究两个基本问题。一是过程的平衡、限度；二是过程的速率以及实现工程所需要的设备。 3. 非牛顿流体包括假塑性流体，胀塑性流体，宾汉塑性流体 （至少给出三种流体）。 4．分子扩散系数（ν ，α ，D AB ）是物质的物理性质常数，它们仅与__温度__ ， ___压力 ___和___组成__等因素有关。 5.涡流扩散系数（E ）则与流体的__性质____无关、而与__湍动程度_____，流体在管道中的 ____所处位置____和___边壁糙度_____等因素有关。 6.依据流体有无粘性，可以将流体分为____粘性_______流体和理想_______流体。 7.用于描述涡流扩散过程传递通量计算的三个公式分别为：____ _、_______ 和 ________ __。 8.动量、热量及质量传递的两种基本方式是 对流 和 扩散 ，其中，前者是指由于 流 体宏观流动 导致的传递量的迁移，后者指由于传递量 浓度梯度 所致传递量的迁移。 9.分子传递的基本定律包括 牛顿粘性定律 ， 傅立叶定律 和 费克定律 ，其数学定 义式分别为 dy du μτ-= ， dy dt k A q -=?? ? ?? 和 dy dC D j A AB A -= 。 10. 依据守恒原理运用微分衡算方法所导出的变化方程包括连续性方程、能量方程、运动方 程和对流扩散方程。 11.描述分子传递的现象方程及牛顿粘性定律 、傅立叶定律和费克定律称为本构方程。 12. 依据质量守恒、能量守恒和动量守恒原理，对设备尺度范围进行的衡算称为总衡算或宏 观衡算；对流体微团尺度范围进行的衡算称为微分衡算或微观衡算。 13.通过微分衡算，导出微分衡算方程，然后在特定的边界和初始条件下通过梳理解析方法， 将微分方程求解，才能得到描述流体流动系统中每一点的有关物理量随空间位置和时间的变 化规律。 14. 传递现象所遵循的基本原理为一个过程传递的通量与描述该过程的强度性质物理量的 梯度成正比，传递的方向为该物理量下降的方向。 15.传递现象的基本研究方法主要有三种，即理论分析方法、实验研究方法和数值计算方法。 二、基本概念 1. 流体质点 2. 连续介质 3. 稳态流动、非稳态流动 三、名词解释 1.压力、黏度、通量 2 不可压缩流体，可压缩流体，粘性流体，理想流体，非牛顿流体，非牛顿流体的几种类型？
5-1、在葡萄糖水溶液浓缩过程中，每小时的加料量为kg 3000，浓度由15%（质量）浓缩到70%（质量）。试求每小时蒸发水量和完成液量。（答：1h kg 2357-?，1h 43kg 6-?） 解：⑴蒸发水量10h kg 2357)70 .015.01(3000)1(-?=-=- =x x F W ； ⑵完成液量1h kg 64323573000-?=-=-W F 。 5-2、固体NaOH 的比热容为11K kg kJ 31.1--??，试分别估算NaOH 水溶液浓度为10%和25%时的比热。 （答：11K kg kJ 77.3--??，11K kg .47kJ 3--??） 解：⑴%10浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 77.3)1.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ； ⑵%25浓度的NaOH 溶液： 11K kg kJ 47.325.031.1)25.01(183.4)1(--??=?+-=+-='x c x c c w 质。 5-3、已知单效常压蒸发器每小时处理kg 2000 NaOH 水溶液， 溶液浓度由15%（质量）浓缩到25%（质量）。加热蒸汽压力为92kPa 3（绝压），冷凝温度下排出。分别按20℃加料和沸点加料（溶液的沸点为113℃）。求此两种情况下的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。假设蒸发器的热损失可以忽略不计。（答：1h kg 1160-?、45.1，1h 50.9kg 8-?、06.1） 解：蒸发水量110h kg 800)25 .015.01(2000)1(-?=-=-=x x F W ， 92k P a 3时蒸气的潜热1kg kJ 2132-?=r ， N a O H 溶液的比热11K kg kJ 56.3)15.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， ⑴原料于C 20?加入 二次蒸气的焓1kg kJ 2670-? 1h kg 11602132 2056.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-= D 45.18001160==W D ； ⑵沸点加料 1h kg 9.850213211356.32000267080011356.3)8002000(-?=??-?+??-=D 06.18009.850==W D 。 5-4、传热面积为52m 2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500kg 浓度为7%（质量）的某种水溶液。原料液的温度为95℃，常压下的沸点为103℃。完成液的浓度为45%（质量）。加热蒸汽表压力为96kPa 1。热损失为110000W 。试估算蒸发器的总传热系数。（答：12K m W 936--??） 解：查得96kPa 1时水蒸气饱和温度为C 9.132?， atm 1时水蒸气的潜热为1kg kJ 2258-?， 110h kg 2111)45 .007.01(2500)1(-?=-=-=x x F W ， 11K kg kJ 894.3)07.01(183.4)1(--??=-=-=x c c w ， 由传热方程及热量衡算式得： 损Q W t t Fc t t KA r ++-=-)()(0112
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题 1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ， λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3 δ＝12cm ，q ＝ 1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1 δ＝？2 δ＝？ 解： ∵δλT q ?= ∴1 δ＝m q T T 22.01200 900 11003.12 1 1 =-? =- λ 又∵3 3 224 23 4 33 2 3 22 λδλδδλδλ+-= -=-=T T T T T T q ∴W K m q T T /579.093 .012 .0120050900233422 2?=--=--= λδλ δ 得：∴m 10.018.0579.0579.022 =?==λδ
习 题1附图 习题2附图 2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δ λ δλ3 13 2 3 T T T T q -=-= ∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3） T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C
?小测验 ?第五章 ?第一章 ?第二章 ?第三章 ?第四章 第六章 第五章传热 1.翅片管换热器的翅片应安装在(A)。 A. α小的一侧 B. α大的一侧 C. 管内 D. 管外 2.工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（C）。 A. 增加热阻，减少热量损失; B. 节约钢材、增强美观; C. 增加流体的湍动，提高传热效果。 3. 对流传热是由（C）因素产生的。 A. 流体分子的热振动（传导）; B.流体体内电子的移动; C. 流体质点的位移、扰动。 4.热量传递的基本方式是（D）。 A. 恒温传热和稳态变温传热; B. 导热给热和热交换; C. 气化、冷凝与冷却; D. 传导传热、对流传热与辐射传热 5.传热基本方程Q＝KAΔtm，式中的Δtm是指（B）的平均温度差。 A.器壁内外壁面; B.器壁两侧流体; C.流体进出口; D.器壁与流体之间。 6.流体主体与器壁间的对流传热,其热阻主要存在于（ C ）。 A. 流体主体内; B. 器壁内; C. 滞流内层中; D. 流体湍流区域内。 7.对一台正在工作的列管式换热器，已知αi＝116w/m2.K,α0＝11600 w/m2.K，要提高传热系数K，最简单有效的途径是（A ）。 A. 设法增大αi; B. 设法增大α0; C. 同时增大αi和α0。 8.用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ B ） ? A. 蒸汽的温度； ? B. 空气的出口温度； ? C. 空气进、出口平均温度 9.（C）是指当间壁两侧泠、热流体之间的温度为1K时，在单位时间内通过单位传热面积， 由热流体传给冷流体的热能。 ? A. 导热系数λ； ? B. 对流传热系数ａ； ? C. 总传热系数K 10. 间壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高对流传热系数ａ （B ）之值。 ? A. 大者； ? B. 小者； ? C. 两者； 11. 在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（ C ）。?A. α蒸汽 B. α空气 ?C. α蒸汽与α空气的平均值
传热 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____ 侧的对流传热系数，而壁温接近于______ 侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是_。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻— (大、小)一侧的： 值。间壁换热器管壁温度t w接近于值_ (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、小)，其两侧的温差愈______________ 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 ______ ，其两侧的温差愈______ 。 (4) 在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 __________ ，减少热阻的最有效措施是_______ 。 (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 i>b2>b a，导热系数：1<：2<：3,在稳定传热过程中，各层的热阻________ ，各层导热速率________ 0 (7) 物体辐射能力的大小与—成正比，还与 ________ 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 ________ 、_______ 和_______________ 三个阶段。实际操作应控制在________ 0在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而_0 (10) 传热的基本方式有—、—和—三种。热传导的基本定律是爲：其表达式为m 0 (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__________ 倍。(设条件改变后仍在湍流范围) (12) 导热系数的单位为 __________ ，对流传热系数的单位为______________ ，总传热系数的单位为___________ 0 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—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
小测验 第五章 第一章 第二章 第三章 第四章 第六章 第五章传热 1.翅片管换热器的翅片应安装在(A)。 A. α小的一侧 B. α大的一侧 C. 管内 D. 管外 2.工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（C）。 A. 增加热阻，减少热量损失; B. 节约钢材、增强美观; C. 增加流体的湍动，提高传热效果。 3. 对流传热是由（C）因素产生的。 A. 流体分子的热振动（传导）; B.流体体内电子的移动; C. 流体质点的位移、扰动。 4.热量传递的基本方式是（D）。 A. 恒温传热和稳态变温传热; B. 导热给热和热交换; C. 气化、冷凝与冷却; D. 传导传热、对流传热与辐射传热 5.传热基本方程Q＝KAΔtm，式中的Δtm是指（B）的平均温度差。 A.器壁内外壁面; B.器壁两侧流体; C.流体进出口; D.器壁与流体之间。 6.流体主体与器壁间的对流传热,其热阻主要存在于（ C ）。 A. 流体主体内; B. 器壁内; C. 滞流内层中; D. 流体湍流区域内。 7.对一台正在工作的列管式换热器，已知αi＝116w/m2.K,α0＝11600 w/m2.K，要提高传热系数K，最简单有效的途径是（A ）。 A. 设法增大αi; B. 设法增大α0; C. 同时增大αi和α0。 8.用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ B ） A. 蒸汽的温度； B. 空气的出口温度； C. 空气进、出口平均温度 9.（C）是指当间壁两侧泠、热流体之间的温度为1K时，在单位时间内通过单位传热面积， 由热流体传给冷流体的热能。 A. 导热系数λ； B. 对流传热系数ａ； C. 总传热系数K 10. 间壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高对流传热系数ａ （B ）之值。 A. 大者； B. 小者； C. 两者； 11. 在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（ C ）。 A. α蒸汽 B. α空气 C. α蒸汽与α空气的平均值
第四章习题 1）用平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。设平板的导热面积为0.03m2，厚度为0.01m。测量数据如下： 电热器材料的表面温度℃ 安培数 A 伏特数V 高温面低温面 2.8 2.3 140 115 300 200 100 50 试求：①该材料的平均导热系数。②如该材料导热系数与温度的关系为线性： ，则λ 和a值为多 少？ 2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2 、t 3 和t 4 分别为500℃、 400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。 3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
4）在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08 W/(m·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m，试求绝热层厚度。 5）Φ38×2.5mm的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。 50第一层是mm厚的氧化锌粉，其平均导热系数为0.07 W/(m·℃)；第二层是10mm 厚的石棉层，其平均导热系数为0.15 W/(m·℃)。若管壁温度为180℃，石棉层外表面温度为35℃，试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度？ 解：①r0 = 16.5mm = 0.0165m ，r1 =19mm = 0.019 m r2= r1＋ 1 = 0.019＋0.05 = 0.069 m r3= r2＋2= 0.069＋0.01 = 0.079 m 0= 45 W/(m·℃) W/m ②即 ∴t2= 41.8 ℃ 6）通过空心球壁导热的热流量Q的计算式为：，其中 ，A 1、A 2 分别为球壁的、外表面积，试推导此式。
《化工传递过程原理（Ⅱ）》作业题 1. 粘性流体在圆管内作一维稳态流动。设r 表示径向距离，y 表示自管壁算起的垂直距离，试分别写出沿r 方向和y 方向的、用（动量通量）＝-（动量扩散系数）×（动量浓度梯度）表示的现象方程。 1．(1-1) 解：()d u dy ρτν = (y ，u ，du dy > 0) ()d u dr ρτν =- (r ，u , du dr < 0) 2. 试讨论层流下动量传递、热量传递和质量传递三者之间的类似性。 2. (1-3) 解：从式（1-3）、（1-4）、（1-6）可看出： A A A B d j D dy ρ =- （1-3） () d u dy ρτν =- （1-4） ()/p d c t q A dy ρα =- （1-6） 1. 它们可以共同表示为：通量 = －（扩散系数）×（浓度梯度）； 2. 扩散系数 ν、α、AB D 具有相同的因次，单位为 2/m s ； 3. 传递方向与该量的梯度方向相反。 3. 试写出温度t 对时间θ的全导数和随体导数，并说明温度对时间的偏导数、全导数和随体导数的物理意义。 3.（3-1） 解：全导数： d t t t d x t d y t d z d x d y d z d θθθθθ????=+++ ???? 随体导数：x y z Dt t t t t u u u D x y z θθ????=+++???? 物理意义： t θ ??——表示空间某固定点处温度随时间的变化率；
dt d θ——表示测量流体温度时，测量点以任意速度dx d θ、dy d θ、dz d θ 运动所测得的温度随时间的变化率 Dt θ——表示测量点随流体一起运动且速度x u dx d θ=、y u dy d θ=、z u dz d θ =时，测得的温度随时间的变化率。 4. 有下列三种流场的速度向量表达式，试判断哪种流场为不可压缩流体的流动。 （1）j xy i x z y x u )2()2(),,(2θθ--+= （2）y x z x x z y x )22()(2),,(++++-= （3）xz yz xy y x 222),(++= 4.（3-3） 解：不可压缩流体流动的连续性方程为：0u ?= （判据） 1. 220u x x ?=-= ，不可压缩流体流动； 2. 2002u ?=-++=- ，不是不可压缩流体流动； 3. 002222()u y z x x y z =??≠??=++=++= ，不可压缩 ，不是不可压缩 5. 某流场可由下述速度向量式表达： k z j y i xyz z y xyz z y x θθθ33),,,(-+=-+= 试求点（2，1，2，1）的加速度向量。 5. （3-6） 解： y x z i j k Du Du Du Du D D D D θθθθ =++ x x x x x x y z u u u D u u u u u D x y z θθ=+++???????? 0()()3()xyz yz y xz z xy θ=++- (13)x y z y z θ=+- y y Du D θ = 23(3)(3)3(31) z z z z Du D θθθθ =-+--=-
第三章 传热过程 1、平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度和导热系数列于本题附表。 习题 1 附表 若耐火砖层内表面的温度t 1为1150?C ，钢板外表面温度t 4为 30?C ，又测得通过炉壁的热 损失为 300W ⊕ m 2。试计算传导传热的面积热流量。若计算结果与实测的热损失不符，试分 析原因并计算附加热阻。 解： q = ? = R ? t 1t 4 + ? ? = 0.2 1150 30 0.1 0.006 -951 ?1 2 + ?2 -953 ?3 1.07 + 0.14 + 45 = 1120 0.901 = ⊕ 2 1243W m 计算的面积热流量大于实侧值，说明平壁间接触不良，有空气层存在，产生了附加热 阻，其值 R 为： R = R 实测 R 计算 = 1150 30 (?1+ ?2+ ?3 = 300 = 2.832m 2 ⊕ ?C ⊕ W 1 ?1 ?2 ?3 ) 3.733 0.901 2、? 50mm ?5m m 的不锈钢管，导热系数?1=16W ⊕ m 1⊕ K 1，其外包扎厚 30mm 的石棉， 导热系数?2 1 1 厚的保温灰，导热系数?3=0.07W ⊕ m 1 ⊕ K 1。若不锈钢管内壁温度为 武汉大
学 -1926多少？ 解： 米管长的平均面积， A 石棉层内半径-2241，问每米管长的热损失为< 2，故可按算术平均求每 r 3 > 2 ，需按对数平均求传热面积r2 r m2= 0.055 0.025 = 0.055 ln 0.025 0.038m
A m2= 2 r m2L = 2 ? 3.14 ? 0.038 ? 1 = 0.239m2 保温灰层内半径r 3=0.055mm ，外半径r4=0.085mm r m3 = 0.085 0.055 = 0.085 ln 0.055 0.069m A m,3 = 2 r m3L = 2?3.14?0.069?1=0.433m2故每m 管长的热损失为 ? = L ? ?1 Am t t 1 4 + ?2 ? Am + ?3 ? Am = 0.005 ? 16 0.1413 260 35 0.03 + ? 0.2 0.239 + 0.03 ? 0.07 0.433 1 1 225 = 2 2 3 3 ⊕ 1 -1 3= 1.6194 138.9W m 3、某蒸汽管外包扎有二层厚度相等的绝热材料，外层的平均直径为内层平均直径的两倍，而外层的导热系数为内层的1/2，若将此两种绝热材料互换位置，各层厚度与原来的一样，设蒸汽管外壁温度及外层绝热层的外侧面温度与原来情况分别对应相等，各绝热材料的导热系数值不因互换位置而异，问哪种情况的散热小？ 解：多层圆筒壁的导热计算式为： ? = ?1 ? Am 1 1 ?t + ?2 ? Am 2 2 设下标1 代表内层，下标 2 代表外层 依题意：? 1 = ? 2 = ?，?2 = 1 ?1，dm2=2dm1 2 故Am 2=2Am1 (Am= dm⊕ L) ? ? ?t 互换 前：武汉大
第二章流体流动和输送 1、液体高度：, 器底所受的力： 压强： 指示液为CCl4,其读数： 2、人孔面积：压力： 槽壁面积： 槽壁所受压力： 3、 4、 6、（1）求空气的体积流量流通截面：体积流量：（2）求质量流量表压： 绝压： 空气的平均分子量：当时温度：
空气密度：∴质量流量： 7**、对容器A 孔口流速： 体积流量： 流出的总体积： 液体降至0.5m处所需时间： 剩余部分为非稳定流动，所需时间： 对于容 B 由于B下端有短管，管内流体在流动中有下拉液体的作用，故需时间短。8、以水平管中心线为基准面，在1－1，，2－2，间列柏式，
在操作条件下，甲烷的密度： 水柱压差计读数： 9、 10、对孔板流量计：流量与流速度关系：，即， (1)当读数为80mmHg时，，即误差＝1.2% (2)读数为20mmHg时，，即误差＝4.9% (3)指示液为四氯化碳时，∴流量的相对误差与以上相同。 11、
体积流量：质量流量： 导管中苯的流速： 12、忽略阻力， ，，， 将数据代入，得 体积流量： 13、，，, , ∴ ＝，空气流量： 质量流量： ，
∵，，， 解得，，体积流量： 14、当量直径： 流速： 湍流 15、 相对粗糙度：，查图得 16、 ，，查图得H1=0，H2=10，v1=0，v2=2.2，P2=0 ，
17、用试差法求流量，∵λ＝f(Re),Re=f(v),难以直接求解。 由Re～λ图可见，对ε＝0.001的无缝钢管而言，Re在2×104～1×107之间，λ值在0. 02～0.028之间， 设λ＝0.025，H1=5，H2=0，P1=P2=0（表压），v1=0 ，查图得λ＝0.0235， 苯的体积流量：qv=1.47×0.785×0.0282=0.91L/S （若设λ＝0.024，qv=0.92L/S） 校核：基本相符。 18、强烈湍流时，λ可看作常数。 ， ,
第五章 传热过程基础 1．用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同 时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m 2 ，厚度为0.02 m ，实验测得电流表读数为0.5 A ，伏特表读数为100 V ，两侧表面温度分别为200 ℃和50 ℃，试求该材料的导热系数。 解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热（导热）速率相等，即 L t t S Q 2 1-=λ 式中 W 50W 1005.0=?==IV Q m 02.0C 50C 200m 02.0212=?=?==L t t S ，，， 将上述数据代入，可得 ()() ()()C m W 333.0C m W 5020002.002 .05021??=??-??=-= t t S QL λ 2．某平壁燃烧炉由一层400 mm 厚的耐火砖和一层200 mm 厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为10.80.0006t λ=+，绝缘砖的导热系数为 20.30.0003t λ=+，W /(m C)??。两式中的t 可分别取为各层材料的平均温度。 解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q Q Q ==21 （5-32） 或 2 32212 11b t t S b t t S Q -=-=λλ （5-32a ） 式中 115000.80.00060.80.0006 1.250.00032t t t λ+=+=+?=+ 21000.30.00030.30.00030.3150.000152t t t λ+=+=+?=+ 代入λ1、λ2得 2.0100)00015.0315.0(4.01500)000 3.025.1(-+=-+t t t t 解之得 C 9772?==t t ())()C m W 543.1C m W 9770003.025.10003.025.11??=???+=+=t λ 则 () 221 11 m W 2017m W 4 .0977 1500543.1=-? =-=b t t S Q λ 3．外径为159 mm 的钢管，其外依次包扎A 、B 两层保温材料，A 层保温材料的厚度为50 mm ，导热系数为 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为 W /(m·℃)，设A 的