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= 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0.048kg/（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=0.65W/(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=0.103+0.000198t (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40.0W 。
由于安装不当，待测材料的两边各有一层0.1mm 的静止气2层λ气= 0.030W/(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-=2
4
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=0.49mPa ·s ；λ=0.14W/(m ·K)；C p =1.8kJ/(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 =0.4
()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Φ25×2.5mm 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=0.815 kg/m 3；μ=2.45×10-5
Pa ·s ；λ=3.637×10-2
W/(m ·K)；c p =1.017kJ/(kg ·K)；P r =0.682
()
15.8738
025.026.04
3
22=?-?==
πA q G m kg/(s ·m 2) 空气由200℃冷却至120℃，b =0.3
()
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 =1.88kJ/(kg ·℃)；λ=0.174W/(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 =0.54；b =0.25
()()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 =0.135；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0.03m 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 =2258.4kJ/kg ，定性温度为98℃，查水：ρ=960kg/m 3；μ=0.290mPa ·s ；λ=0.682W/(m ·℃)。
()07.742296100300029.0682.022*******.996013.113.14
1324
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*******.9960725.0725.0132132=?
??
?
??-??????=?
??
?
???=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Φ25×2.5mm 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
12025ln 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0.2MPa(表压)的饱和蒸汽。管外包30mm 厚的保温层λ=0.080W/(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0.2MPa(表压)的饱和蒸汽，温度T =134℃，r =2168.3kJ/kg
()()60.7520134128.014.365.12=-???=-=t T d K L
Q
πW/m 8.38=w t ℃
6-20. 外径1.2m 的球形贮罐内放-196℃的液氮，罐外覆以λ=0.02W/(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
表中传热系数均以外表面为基准。管子尺寸为Φ28×2.5mm ，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 0.34m 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16.5m 2，有机蒸汽的冷凝温度80℃，冷却水流量为2.5kg/s 。
解：定性温度：252
30
20=+=
t ℃，c p1=4.179 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
.1151
54.66111-?=-=-'=K K R 垢 m 2·℃/ W
6-24. 某列管式加热器由多根Φ25×2.5mm 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0.5m/s 。加热剂为 130℃的饱和水蒸汽，在管外冷凝。苯的比热c p =1.76kJ/(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2.5mm ，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0.027mPa ·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 2.5kg/s ，温度t 1=25℃，出口t 2=50℃。将此股水流中抽出 0.62kg/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 =2.1 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37.5℃，c p21=4.174kJ/(kg ·℃) 第二个换热器，定性温度为57.5℃，c p22=4.177 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1.5kg/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Φ25×2.5mm 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=4.174kJ/(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=995.1kg/m 3；μ=0.764mPa ·s ；λ=0.6131W/(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。3
38.01007.81064.474.12?=??=='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 0.917kg/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 =2258.4kJ/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 =1.88kJ/(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=4.191kJ/(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=4.188kJ/(kg ·℃)，与10℃水的c p2=4.191kJ/(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0.4m 2，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=0.56W/(m ·℃)；μ=1.8mPa ·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 12
212211t 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Φ25×2.5mm 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 =2.60kJ/(kg ·℃)，ρ=710kg/m 3，μ=0.32mPa·s ，λ=0.13W/(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Φ38×2.5mm ，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：
传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a * 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βg ΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βg ΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βg ΔT : Gr ＝βg ΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： 热量衡算方程： 圆管传热牛顿冷却定律： 圆筒壁传导热流量：)] /()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54.02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃]
实验四 1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? 无影响。因为Q=αA△t m，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由 于蒸汽的温度不变，故△t m不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响， 所以传热效果不变。 2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么 措施？ 不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。冷凝器 必须设置排气口，以排除不冷凝气体。 3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷 凝水？ 冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速 率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k 接近于哪种流体的 壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系 数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数 5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？ 基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强 对α关联式无影响。
实验五固体流态化实验 1.从观察到的现象，判断属于何种流化？ 2.实际流化时，p为什么会波动？ 3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？ 4流体分布板的作用是什么？ 实验六精馏 1．精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关? 答（1）因为塔釜压力与塔板压力降有关。塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起，因而塔板压力降与气体流量（即塔内蒸汽量）有很大关系。气体流量过大时，会造成过量液沫夹带以致产生液泛，这时塔板压力降会急剧加大，塔釜压力随之升高，因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。（2）塔釜温度、流体的粘度、进料组成、回流量。 2．板式塔气液两相的流动特点是什么? 答：液相为连续相，气相为分散相。 3．操作中增加回流比的方法是什么，能否采用减少塔顶出料量D的方法? 答：（1）减少成品酒精的采出量或增大进料量，以增大回流比；（2）加大蒸气量，增加塔顶冷凝水量，以提高凝液量，增大回流比。 5．本实验中进料状态为冷态进料，当进料量太大时，为什么会出现精馏段干板，甚至出现塔顶既没有回流也没有出料的现象，应如何调节?
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*** 1140w 2.（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*** 1000w 3.（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*** 91mm 4.（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 Pr α=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 Pr α=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_______。 ***答案*** q=αA△t w.m.K 7.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 27.9K 8.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 41.6K 9.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________. ***答案*** 热传导热对流热辐射 10.（6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α.αλ的关系为_________.当间壁管规格为φ108×4mm,导热系数为45(w. m.K)时,管内外两侧给热系数分别为8000 (w.m.K)和1200(w.m.K)时,总传热系数K__________. ***答案*** 1/K=1/α+bd/λd+1d/αd 946(w.m.K) 11.（4分）某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度为80℃和50℃,冷流体的
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
《化工传递过程》课程教学大纲 一、课程说明 课程编码4302026 课程类别专业主干课 修读学期第五学期学分 2 学时48 课程英文名称Transfer Processes in Chemical Engineering 适用专业化学工程与工艺 先修课程物理化学、化工原理、化工热力学 二、课程的地位及作用 《化工传递过程》是针对化学工程与工艺方向的必修课。是一门探讨自然现象和化工过程中动量、热量和质量传递速率的课程。化学工程中各个单元操作均被看成传热、传质及流体流动的特殊情况或特定的组合，对单元操作的任何进一步的研究，最终都是归结为这几种传递过程的研究。将化工单元操作（化工原理）的共性归纳为动量、热量和质量传递过程（三传）的原理系统地论述，将化学工程的研究方法由经验分析上升为理论分析方法。各传递过程既有独立性又有类似性，虽然课程中概念、定义和公式较多，基本方程又相当复杂，给学习带来一定的困难，但可运用三传的类似关系进行研究理解，使学生掌握化学工程专业中有关动量、热量和质量传递的共性问题。该课程的学习有助于学生深入了解各类传递过程的机理，为改进各种传递过程和设备的设计，操作和控制提供理论基础；为今后的科学研究提供各种的基础数学模型；为速度、温度、浓度分布及传递速率的确定提供必要的帮助，为分析和解决过程工程和强化设备性能等问题提供坚实的理论基础。 三、课程教学目标 1. 侧重于熟悉掌握传递过程的各种基本理论；正确的提供所求强度量的分布规律及传递速率表达式； 2. 掌握传递过程的微分方程并达到能够熟练地运用方程的水平；
3. 能够正确地分析、简化三传基本微分方程；对实际情况建立必要的数学模型； 4. 了解传递过程的发展趋势、方向和其在化学工程中的具体运用领域； 5. 通过学习加深对化学工程基本原理的理解，使学生能顺利学习后续的专业课，提高自学与更新本专业知识的能力。 四、课程学时学分、教学要求及主要教学内容 (一) 课程学时分配一览表 章节主要内容总学时 学时分配讲授实践 第1章传递过程概论 2 2 0 第2章动量传递概论与动量传递微分方程 6 6 0 第3章动量传递方程的若干解 6 6 0 第4章边界层流动 6 4 0 第5章湍流 6 4 0 第6章热量传递概论与能量方程 6 6 0 第7章热传导 2 2 0 第8章对流传热 2 2 0 第9章质量传递概论与传质微分方程 4 4 0 第10章分子传质 4 4 0 第11章对流传质 2 2 0 第12章多种传递同时进行的过程 2 2 0 (二) 课程教学要求及主要内容 第一章传递过程概论 教学目的和要求： 1.流体流动的基本概念； 2.掌握传递过程的类似性； 3.传递过程的衡算方法。 教学重点和难点：
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
化工传递Array过程过程 性考核试 卷 （一） 一．填空题（每空1分，本大题共41分） 1. 流体静力学基本方程的应用包括压力压差的测量、液位的测量和液封高度的计算。 2. 甲地大气压为100 kPa，乙地大气压为80 kPa。某刚性设备在甲地，其内部的真空度为25 kpa，则其 内部的绝对压强为75 kpa；若将其移至乙地，则其内部的表压强为-0.5 mH2O。 3. 流体流动有两种基本形态，即层流和湍流。判断流体流动形态的无量纲数群为雷诺数， 其表达形式为Re=duρ/μ，物理意义为表示流体惯性力与与黏性力比值。 4. 复杂管路分为分支管路和并联管路。 5. 常用的流量计中，孔板流量计和文丘里属于差压流量计；转子流量计属于截面流量计； 测速管可测量点速度。 6. 流体在圆形直管内做层流流动，若流量不变，将管径变为原来的两倍，则平均流速变为原来的1/4 ， 流动摩擦系数变为原来的2倍，直管阻力损失变为原来的1/16 。 7. 流体在一套管环隙内流动，若外管内径为50 mm，内管外径为25 mm，则其流动当量直径为 25 mm．
8. 流体在圆形直管内做稳态层流流动，若管截面上平均流速为0.05 m/s ，则最大流速为 1.0 m/s 。 9. 联系各单元操作的两条主线为 传递过程 和 研究工程问题的方法论 。 10. 湍流边界层可以分为 层流底层 、 过渡层 和 湍流主体 ，其中传热、传质阻力主要集中在 层流底层 。 11. 随体导数的表达形式为 z u y u x u θz y x ??+??+??+??=θD D 。 12. 不可压缩流体连续性方程的一般表达形式为0=??u 。 13. 量纲分析的基础是 量纲一致性原则 和 π 定理。 14. 在研究流体的运动时，常采用两种观点，即 欧拉 观点和 拉格朗日 观点。 15. 牛顿黏性定律的表达形式为y u x d d μ τ-=。 16. 流体质点的运动轨迹称为 迹线；在某一时刻，在流线上任一点的切线方向与流体在该点的速度方向 相同 。 17. 流体在管路中的流动总阻力应为 直管 阻力和局部阻力之和，其中局部阻力的计算方法有 局部 阻力系数 法和 当量长度 法。 18. 流体静力学基本方程适用于 连通着的 、 同一种连续的 、 不可压缩 的静止流体。 二、单项选择题：（每空1分，本大题共8分） 在每小题列出的四个备选项中选出一个正确答案的代号填写在题后的括号内。 19. 流体在并联的两支管内层流流动，两支管的长度之比l 1: l 2=2: 1，内径之比d 1: d 2=1: 2，则两支管内的 流量之比Q 1: Q 2为（ D ） A. 1/4 B. 1/8 C. 1/16 D. 1/32 20. 黏度为1 cP ，密度为800 kg/m 3的流体以16 m 3/h 的流量在Ф89 mm×4.5 mm 的管内流动，其流动雷诺数为（ B ） A. 4.3×104 B. 5.7×104 C. 3.3×104 D. 7.8×104 21. 一般说来，温度升高，液体的黏度（ B ），气体的黏度（ A ） A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 不确定 22. 在摩擦系数图中，在层流区，摩擦系数λ与平均流速的（ A ）成正比；在完全湍流区，摩擦系数λ
实验一 干燥实验 一、实验目的 1. 了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作技术。 2. 掌握恒定条件下物料干燥速率曲线的测定方法。 3. 测定湿物料的临界含水量X C ，加深对其概念及影响因素的理解。 4. 熟悉恒速阶段传质系数K H 、物料与空气之间的对流传热系数α的测定方法。 二、实验内容 1. 在空气流量、温度不变的情况下，测定物料的干燥速率曲线和临界含水量，并了解其 影响因素。 2. 测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数α和传质系数K H 。 三、基本原理 干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中水分蒸发分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料含水性质和物料形状上的差异，水分传递速率的大小差别很大。概括起来说，影响传递速率的因素主要有：固体物料的种类、含水量、含水性质；固体物料层的厚度或颗粒的大小；热空气的温度、湿度和流速；热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算干燥速率（除了绝对不吸水物质外），因此研究干燥速率大多采用实验的方法。 干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。为简化实验的影响因素，干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的，即实验为间歇操作，采用大量空气干燥少量的物料，且空气进出干燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不变。 本实验以热空气为加热介质，甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化，实验进行到物料质量基本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量，即以湿物料为基准的水分含量，用ω来表示。但因干燥时物料总量在变化，所以采用以干基料为基准的含水量X 表示更为方便。ω与X 的关系为： X = -ω ω 1 （8—1） 式中： X —干基含水量 kg 水/kg 绝干料； ω—湿基含水量 kg 水/kg 湿物料。 物料的绝干质量G C 是指在指定温度下物料放在恒温干燥箱中干燥到恒重时的质量。干燥曲线即物料的干基含水量X 与干燥时间τ的关系曲线，它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间变化的关系。物料的干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而变，但是曲线的一般形状，如图（8—1）所示，开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB 段；随后为持续时间长、斜率较大的直线BC ；段以后的一段为曲线
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 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。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温
1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？ 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力.0.1 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)X10.2/Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)X10.2/Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量
为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？ 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义？ 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一 （4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？ 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制（5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？ 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。 2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升
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 习题4-1附图 习题4-3附图
?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
北京化工大学 化工原理实验报告 传热膜系数测定实验 院（部）：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工1005 姓名：江海洋 2010011136 同组人员：王彬刘玥波方郡 实验名称：传热膜系数测定实验 实验日期： 2012.11.28
传热膜系数测定实验 一、摘要 本实验以套管换热器为研究对象，以冷空气及热蒸汽为介质，冷空气走黄铜管内，即管程，热蒸汽走环隙，即壳程，研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。通过测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α及Nu ，做出lg （Nu/Pr0.4）～lgRe 的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=ARemPr0.4中的A 和m 值。 关键词：对流传热 Nu Pr Re α A 二、实验目的 1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 、n 的方法； 3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。 三、实验原理 黄铜管内走冷空气，管外走100℃的热蒸汽，壁内侧热阻1/α远远大于壁阻、垢阻及外侧热阻，因此研究传热的关键问题是测算α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为： p n m Gr A Nu Pr Re ??= 对于强制湍流有： n m A Nu Pr Re = 用图解法对多变量方程进行关联，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4 .0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即m Nu A Re Pr 4 .0= 其中 λ αλ μ μ ρ d Nu Cp du = = = ,Pr ,Re 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 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
《化工传递过程》课程教学大纲 第一部分：课程基本信息 一、课程名称：化工传递过程/TRANSPORT PROCESSES IN CHEMICAL ENGINEERING 二、课程性质：硕士研究生学位课（专业方向课） 三、适用专业：应用化学、化学工程、生物化工等专业 四、先修课程：化工原理、化工热力学、化工数值计算等课程 五、学时学分：36学时，2学分 六、教学方法：课堂讲授 七、考核方法：考试 第二部分：教学目标 本课程为技术基础课，是化学工程与工艺专业的骨干课程。通过该课程的学习，使学生掌握动量、热量传递和质量传递的基本原理、传递速率的计算、相关数学模型的建立及求解，掌握速度、浓度及温度分布规律，能针对具体问题对模型方程进行简化，了解解决实际传递问题的方法，为未来的科研和教学工作打下坚实的理论基础。 第三部分：教学内容 第一章传递过程概论 一、传递过程的基本概念 第二章动量传递的变化方程 一、动量传递的两种方式 二、对流传递系数的定义式 三、对流传递系数求解的一般途径 第三章动量传递方程的若干解 一、层流流动时的动量传递方程 二、层流流动时的动量传递方程的典型求解 第四章传热概论与能量方程 一、热量传递的基本方式 二、传热过程的机理
三、能量方程的推导 第五章热传导方程 一、热传导方程的推导 二、热传导方程的求解方法 第六章对流传热方程 一、对流传热方程的推导 二、对流传热方程的求解方法 第七章传质概论与传质微分方程 一、质量传递的基本方式 二、传质的速度与通量 三、传质微分方程的推导 第八章分子传质 一、气体、液体和固体内部的分子扩散速率与通量 二、稳态扩散与等分子反方向扩散 第九章对流传质 一、平壁对流传质方程的求解 二、管内对流传质方程的求解 三、动量、热量与质量传递的类似性 第四部分：教材及参考书目 一、推荐教材 《化工传递过程》，谢舜韶，谷和平，肖人卓，化学工业出版社，2008年 二、参考书目 1.《化工传递过程基础》，王绍亭，化学工业出版社，1987年 2.《动量、热量与质量传递》，王绍亭，天津科技出版社，1988年 3.《传递现象导论》，戴干策，化学工业出版社，1996年
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
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α值。间壁换热器管壁温度t W接近于α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、或；翅片管换热器安装翅片的目的是。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻，各层导热速率。 (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、、。 (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。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而。 (10) 传热的基本方式有、和三种。热传导的基本定律是其表达式为??????。 (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。 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/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm的直管，则其α将变为。 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______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
化工原理—传热复习题及答案 一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） A、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； C 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、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； A、C、D； B、E、F 3、影响对流传热系数的因素有()。 A、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； A、B、C、D、E 4、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 D 5、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。 A、③>④>①>②； B、④>③>②>①； C、③>④>②>①； D、③>②>④>①； ①空气流速为30m/S时的a；②水的流速为1.5m/s时的a；
③蒸汽滴状冷凝时的a；④水沸腾时的a； C 6、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。 A、管避热阻； B、污垢热阻； C、管内对流传热热阻； D、管外对流传热热阻； B 7、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（）。 A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过； B、热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围； C、热射线和可见光一样，都服从折射定律； D、物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； A 8、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C，出口温度为50?C，冷水进口温度为15?C，出口温度为53?C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的（）。 A、5%； B、6%； C、7%； D、8%；