1.已知某换热壁面的污垢热阻为 0.0003 （ m 2 · K ），若该换热壁面刚投入运行时的传热系数为 340W （ m 2 · K ），则该换热壁面有污垢时的传热系数为。
2.在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大。
3.不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值？其影响程度如何？凝汽器如何解决这个问题？
答：（ 1 ）因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这个气体层，这就使凝结换热过程增加了一个热阻，即气相热阻，所以α c 降低。（ 3 分）
（ 2 ）在一般冷凝温差下，当不凝结气体含量为 1% 时，换热系数将只达纯净蒸汽的40% 左右，后果是很严重的。（ 3 分，答 50% 左右也可）
（ 3 ）这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。
4.一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为 2.5kg /s 的冷却水在管内流动，其进出口温度分别为 15 ℃和 60 ℃，比热为 4174J/(kg · k) ；热油进出口温度分别为 110 和70 ，比热为 2190 J/(kg · k) 。传热系数为 400W （ m 2 · k ）。试计算所需的传热面积。
解：已知： q m2 =2.5kg/s
?计算平均温差
（ 5 分）（ 2 ）计算水所吸收的热量
（ 3 分）
（ 3 ）计算传热面积
由得
(4 分 )
若不写单位，扣0.5 分若没写公式，直接把值代入，也可给分
5.下列哪种设备不属于间壁式换热器 ? 【】
A.1-2 型管壳式换热器 ?
B. 2-4 型管壳式换热器
C. 套管式换热器
D. 回转式空气预热器
6.在一台顺流式的换热器中，已知热流体的进出口温度分别为 180 和 100 ，冷流体的进出口温度分别为 40 和 80 ，则对数平均温差为 ___________ 。
7.在一个传热过程中，当壁面两侧换热热阻相差较多时，增大换热热阻 _______ 一侧的换热系数对于提高传热系数最有效。
8.大容器沸腾
高于液体饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾。
9.为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？
答：（ 1 ）因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。
（ 2 ）但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。
（ 3 ）所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。
10. 珠状凝结：当凝结液不能润湿壁面(θ>90?)时，凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜。
膜状凝结：当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角(液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角)θ<90?，凝结液在壁面上形成一层完整的液膜。
核态沸腾：在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度，汽泡的剧烈扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增加。
膜态沸腾：在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的导热系数远小于液体的导热系数，因此表面传热系数大大下降。
11.纯净饱和蒸气膜状凝结的主要热阻是。
（液膜的导热热阻）
12.大容器饱和沸腾曲线可分为、、、四个区域，其中具有温差小、热流大的传热特点。
（自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾，核态沸腾）
13.雷诺比拟采用模型，其结果在Pr＝条件下与实验解相吻合.
（单层，1）
14.沸腾的临界热通量是指。
（当壁面过热度大到某一程度时，汽泡来不及脱离加热面而开始连成不稳定的汽膜，即由核态沸腾开始向膜态沸腾过渡，出现临界点的热流密度
15.在蒸汽的凝结过程中，凝结的传热系数大于凝结。
16.液体沸腾时，汽泡内的压力大于汽泡外液体的压力，主要由于下列哪个因素造成的?
(1)传热温差(2)表面张力 (3)浮升力 (4)重力
17.工程中，较为常用的沸腾工况是指：
(1)膜态沸腾(2)核态沸腾 (3)自然对流沸腾（4）以上都不是
18.当管长远大于管径时，圆管横向布置时的管外膜状凝结传热系数与竖放时相比如何? （1）横放时大
（2）两者差不多
（3）竖放时大
（4）无法比较
19.从传热角度看，下面几种冷却方式中，哪种方式的冷却效果会最好?
(1)水冷 (2)氢冷 (3)气冷(4)水沸腾冷却
20.相变传热的特征为。
(1)工质比体积变化较大 (2) 汽化潜热(3) (1)+(2) (4)工质比体积较大
21.在饱和沸腾时，随着的增高，将会出现个换热规律全然不同的区域。
(1)壁面过热度，4 (2)壁面过热度，6 (3)热流密度，4 (4)热流密度，6
22. 凝结液能很好的润湿壁面，形成完整的膜向下流动，称为。
(1)凝结(2)膜状凝结 (3) 珠状凝结 (4)稳态凝结
23.影响膜状换热系数的主要因素是。
(1)蒸汽流速 (2)不凝结气体 (3)表面粗糙度(4) (1) + (2)
24.什么叫临界热流密度?为什么当加热热流大于临界热流密度时会出现沸腾危机?
（提示：用大容器饱和沸腾曲线解释之。以大容器饱和沸腾为例，(1)沸腾过程中，随着壁面过热度Δt的增大，存在自然对流、核态沸腾、不稳定膜态沸腾和膜态沸腾四个阶段，临界热流密度是从核态沸腾向膜态沸腾转变过程中所对应的最大热流密度；(2)当加热热流大于临界热流密度时，沸腾工况向膜态沸腾过渡，加热面上有汽泡汇集形成汽膜，将壁面与液体隔开，由于汽膜的热阻比液体大得多，使换热系数迅速下降，传热恶化；(3)汽膜的存在使壁温急剧升高，若为控制热流加热设备，如电加热设备，则一旦加热热量大于临界热流密度，沸腾工况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到1000℃以上(水)，使设备烧毁。）
25.试述不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。
（提示：少量不凝性气体的存在就将使凝结换热系数减小，这可以从换热热阻增加和蒸
汽饱和温度下降两方面加以阐述。(1)含有不凝性气体的蒸汽凝结时在液膜表面会逐渐积聚起不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；(2)随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结蒸汽的分压力降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差，削弱了凝结换热。）
第五章传热过程与传热器
一、名词解释
1．传热过程:热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.
2．复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.
3．污垢系数:单位面积的污垢热阻.
4．肋化系数: 肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.
5．顺流:两种流体平行流动且方向相同
6．逆流: 两种流体平行流动且方向相反
7．效能:换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.
8．传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.
9．临界热绝缘直径:对应于最小总热阻(或最大传热量)的保温层外径.
二、填空题
1．与的综合过程称为复合传热。
(对流传热，辐射传热)
2．某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为20 W／(m2．K)，对流传热系数为40 W／(m2．K)，其复合传热系数为。
(60W／(m2．K))
3．肋化系数是指与之比。
(加肋后的总换热面积,未加肋时的换热面积)
4．一传热过程的热流密度q＝1．8kW／m2，冷、热流体间的温差为30℃，则传热系数为，单位面积的总传热热阻为。
(60W／(m2．K)，0．017(m2.K)／W)
5．一传热过程的温压为20℃，热流量为lkW，则其热阻为。
(0．02K／W)
6．已知一厚为30mm的平壁，热流体侧的传热系数为100 W／(m2．K)，冷流体侧的传热系数为250W／(m2．K)，平壁材料的导热系数为0．2W／(m·K)，则该平壁传热
过程的传热系数为。
(6．1W／(m2．K))
7．在一维稳态传热过程中，每个传热环节的热阻分别是0．01K／W、0．35K／W和0．009lK／W，在热阻为的传热环节上采取强化传热措施效果最好。
(0．35K／W)
8．某一厚20mm的平壁传热过程的传热系数为45W／(m2．K)，热流体侧的传热系数为70W／(m2 K)，冷流体侧的传热系数为200W／(m2．K)，则该平壁的导热系数
为。
(6．81W ／(m ·K))
9． 圆管的临界热绝缘直径d c 的计算式为 ，它表示当保温材料外径为d c 时，
该保温材料的散热量达到 。
(dc=2λ/h,最大值)
10． 传热系数是指 ，单位是 。
(冷热流体温度差为1℃时的传热热流密度(或表示传热过程强烈程度的物理量), W ／(m 2．K))
11． 污垢热阻是指 ，单位是 。
(污垢换热面的传热热阻与洁净换热面的传热热阻之差,m 2.K/W)
12． 传热器是 。
(冷、热流体进行热量交换以满足工艺要求的设备(装置))
13． 肋壁总效率是指 ，其数学表达式 。
(肋侧表面总的实际换热量与肋侧壁温均为肋基温度的理想散热量之比)
14． 传热器的热计算方法有 和 。
(平均温压法,传热单元数法)
15． 不论是顺流还是逆流型传热器，对数平均温差计算式都可以统一表示
成 。 (min
max min max ln t t t t t m ???-?=?) 16． 复杂流型传热器的平均温差Δt m 可以通过逆流布置时的平均温差Δt m 逆来计算，表
达式是 ，其中Φ为 。
(逆流）(m m t t ?=??,温差修正系数)
17． 传热过程是指 。
(热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程)
18． 传热器的效能是指 。
(换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比)
19．间壁式传热器是指 。
(冷、热两种流体被固体壁面隔开,各自在一侧流动,热量通过固体壁面由热流体传给冷流体的换热设备)
20．在冷、热流体的进出口温度一定的情况下，为了传递相同的热量，比较各种流动型式，采用 布置的对数平均温差最大，所需传热面积 。
(逆流,最小)
三、 选择题
1． 加热炉外壁面与环境间的传热属于下述哪种传热方式？ ( )
(1)辐射传热 (2)导热 (3)对流传热 (4)复合传热
2． 热量传递的三种基本方式是什么？ ( )
(1)热对流、zzz 导热、辐射 (2)复合传热、热辐射、导热
(3)对流传热、导热、传热过程 (4)复合传热、热辐射、传热过程
3． 下述几种方法中，强化传热的方法是哪一种? ( )
(1)夹层抽真空 (2)增大当量直径
(3)加肋片 (4)加遮热板
4．当采用加肋方法强化传热时，肋片应加在会最有效。 ( )
(1)传热系数较大一侧(2)传热系数较小一侧
(3)随便哪一侧 (4)两例同样都加
5．公式Φ＝hAΔt的名称是什么? ( )
(1)傅里叶定律(2)牛顿冷却公式
(3)传热方程式 (4)热路欧姆定律
6．在某一传热过程中，热流给定，若传热系数增加1倍，冷热流体间的温差将是原来的多少倍？ ( )
(1)1倍 (2)2倍 (3)3倍(4) 0.5倍
7．强化传热时，增强传热过程中哪一侧的传热系数最有效? ( )
(1)热流体侧 (2)冷流体侧
(3)传热热阻大的一侧 (4)传热热阻小的一侧
8．若冷、热流体的温度给定，传热器热流体侧结垢后传热壁面的温度将如何改变？( )
(1)增加(2)减小 (3)不变 (4)有时增加，有时减小
9．有一板式传热器，热流体进口温度80℃、出口温度50℃，冷流体进口温度10℃、出口温度30℃，则顺流布置时和逆流布置时的对数平均温差分别为多少? ( )
(1)45．0℃，45．0℃ (2)42．5℃，40．0℃
(3)44．8℃，39．9℃(4)39．9℃，44．8℃
10．用ε—NTU法进行换热器的校核计算比较方便是由于下述的哪个理由? ( )
(1)流体出口温度可通过查图得到 (2)不需要计算传热系数
(3)不需要计算对数平均温差 (4)不需要进行试算
11．在相同的进出口温度下，换热器采用哪种流动型式有可能获得最大平均温差?( )
(1)顺流 (2)交叉流(3)逆流 (4)混合流
12．对于换热器的顺流与逆流布置，下列哪种说是错误的？ ( ) （1）逆流的平均温差大于等于顺流(2)逆流的流动阻力大于等于顺流
(3)冷流体出口温度逆流可大于顺流 (4)换热器最高壁温逆流大于等于顺流
13．临界热绝缘直径是指：（ )
（1）管道热损失最大时的热绝缘直径
（2）管道热损失最小时的热绝缘直径
（3）管道完全没有热损失时的热绝缘直径
（4）管道热阻最大时的热绝缘直径
14．增厚圆管外的保温层，管道热损失将如何变化? ( )
(1)变大 (2)变小 (3)不变(4)可能变大，也可能变小
15．试判断下述几种传热过程中哪一种的传热系数最大? ( )
(1)从气体到气体传热 (2)从气体到水传热
(3)从油到水传热 (4)从凝结水蒸气到水
16．下列哪种传热器不是间壁式换热器? ( )
(1)板翅式换热器（2）套管式换热器
(3)回转式换热器 (4)螺族板式换热器
17．高温换热器为了避免出现较高壁温，常优先考虑采用哪种流动型式？（）
(1)逆流(2)顺流 (3)叉排 (4)顺排
18．换热器管内为被加热水；管外为烟气，水侧结垢后管壁温度将会如何改变？或烟侧积灰后，管壁温度又将如何改变? ( )
(1)增大，增大 (2)减小，减小
(3)增大，减小 (4)减小，增大
19． 已知敷设在圆管外的保温材料的导热系数为0．08 W ／(m.K),管外环境介质的传热系数
为8W ／(m 2．K)，其临界热绝缘直径为：
(1)0．02m (2)200m (3)0.005m (4)50m
20． 已知一传热设备，新投入时传热系数为78W ／(m 2．K)，使用一年后其传热系数为
55W ／(m 2．K)，则其污垢热阻:
(1)0．018(m 2.K)／W (2)0.005(m 2.K)／W (3)0.0128(m 2.K)／W (4)0.003(m 2.K)／
W
21． 下列哪个是传热单元数？
(1)ε (2) C min /C max (3) KA/C min (4) min
max
min max
ln t t t t ???-?
22． 下列哪个不是增强传热的有效措施？
(1)波纹管 (2)逆流 (3)板翅式换热器 (4)在对流传热系数较大侧安装肋片
23． 试计算逆流时的对数平均温差，已知热流体由300℃冷却到150℃，而冷流体由50℃
加热到100℃。
(1)124 ℃ (2)134 ℃ (3)144℃ (4)154℃
19．热流体和冷流体交替地流过同一流道的换热器称为 。
(1)热管换热器 (2) 间壁式换热器 (3)回热式换热器 (4)混合式换热器
四、简答题
1． 试举出3个隔热保温的措施，并用传热学理论阐明其原理？
(提示:可以从导热、对流、辐射等角度举出许多隔热保温的例子.例如采用遮热板,可以显著削弱表面之间的辐射换热，从传热学原理上看，遮热板的使用成倍地增加了系统中辐射的 表面热阻和空间热阻，使系统黑度减小，辐射换热量大大减少；又如采用夹层结构并抽真空，可以削弱对流换热和导热，从传热角度看，夹层结构可以使强迫对流或大空间自然对流成为有限空间自然对流，使对流换热系数大大减小，抽真空，则杜绝了空气的自然对流，同时也防止了通过空气的导热；再如表面包上高反射率材料或表面镀银，则可以减小辐射表面的吸收比和发射率(黑度)，增大辐射换热的表面热阻，使辐射换热削弱，等等。)
2． 解释为什么许多高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构。
(提示：从削弱导热、对流、辐射换热的途径方面来阐述。高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构，从导热角度看，空气的导热系数远远小于固体材料，因此采用多孔结构可以显著减小保温材料的表观导热系数，阻碍了导热的进行；从对流换热角度看，多孔性材料和多层隔热屏阻隔了空气的大空间流动，使之成为尺度十分有限的微小空间。使空气的自然对流换热难以开展，有效地阻碍了对流换热的进行；从辐射换热角度分析，蜂窝状多孔材料或多层隔热屏相当于使用了多层遮热板，可以成倍地阻碍辐射换热的进行，若再在隔热屏表面镀上高反射率材料，则效果更为显著。)
3． 什么叫换热器的顺流布置和逆流布置?这两种布置方式有何特点？设计时如何选用？ (提示：从顺、逆流布置的特点上加以论述。冷、热流体平行流动且方向相同称为顺流，换热器顺流布置具有平均温差较小、所需换热面积大、具有较低的壁温、冷流体出口温度低于热流体出口温度的特点。冷、热流体平行流动但方向相反称为逆流，换热器逆流布置具有平均温差大、所需换热面积小、具有较高壁温、冷流体出口温度可以高于热流体的出口温度的特点。设计中，一般较多选用逆流布置，使换热器更为经济、有效，但同时也要考虑冷、热流体流道布置上的可行性，如果希望得到较高的壁面温度，则可选用逆流布置，反之，如
果不希望换热器壁面温度太高，则可以选择顺流布置，或者顺、逆流混合布置方式。) 4．试解释并比较换热器计算的平均温差法和ε—NTU法？
(提示：从平均温压法和ε—NTU法的原理、特点上加以阐述。两种方式都可以用于换热器的设计计算和校核计算，平均温差法是利用平均温差来进行换热器的计算，而ε—NTU法是利用换热器效能ε与传热单元数NTU来进行换热器计算。平均温压法要计算对数平均温压，而ε—NTU法则要计算热容量比、传热单元数或换热器效能。设计计算时，用平均温差法比用ε—NTU法方便，而在校核计算时，用ε—NTU法比用平均温差方便。)
5．请说明在换热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响，如何防止。
(提示：从传热系数或传热热阻角度分析。在换热设备中，水垢、灰垢的存在将使系统中导热热阻大大增加，减小了传热系数，使换热性能恶化，同时还使换热面易于发生腐蚀，并减小了流体的流通截面，较厚的污垢将使流动阻力也增大。此外，热流体侧壁面结垢，会使壁面温度降低，使换热效率下降·，而冷流体侧壁面结垢，会导致壁温升高，对于换热管道，甚至造成爆管事故。防止结垢的手段有定期排污、清洗、清灰，加强水处理，保证水质，采用除尘、吹灰设备等。)
传热过程及换热器部分
一、基本概念
主要包括传热方程式及换热器设计、对数平均温差、换热器中两流体沿程温度变化曲线、强化传热及热阻分析、传热系数实验测定方法等等。
1、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？
(1)清洁与不清洁的；(2)腐蚀性大与小的；(3)温度高与低的；(4)压力大与小的；(5)流量大与小的；(6)粘度大与小的。
答：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗；(2)腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子；(3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失；(4)压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损；(5)流量大的流体放在管外，横向冲刷管束可使表面传热系数增加；(6)粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。
2、为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著c试分析原因。
答：冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，故效果不显著。
3、有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。请你评价这一方案的合理性。
答：该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的对流换热，主要热阻在管外空气侧，因而在管外加装肋片可强化传热。注意到钢的导热系数虽然小于铜的，但该换热器中管壁导热热
阻不是传热过程的主要热阻，因而无需将钢管换成铜管。
4、为了简化工程计算，将实际的复合换热突出一个主要矛盾来反映，将其次要因素加以适当考虑或忽略掉，试简述多孔建筑材料导热、房屋外墙内表面的总换热系数、锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热等三种具体情况的主次矛盾。
答：⑴通过多孔建筑物材料的导热,孔隙内虽有对流和辐射,但导热是主要的,所以热量传递按导热过程进行计算,孔隙中的对流和辐射的因素在导热系数中加以考虑。⑵房屋外墙内表面的总换热系数是考虑了对流和辐射两因素的复合,两者所起作用相当,因对流换热计算简便,将辐射的因素折算在对流换热系数中较方便些。⑶锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热,由于火焰温度高达1000℃以上,辐射换热量很大,而炉膛烟气流速很小,对流换热相对较小,所以一般忽略对流换热部分,而把火焰与水冷壁之间的换热按辐射换热计算。
5、肋片间距的大小对肋壁的换热有何影响?
答：当肋片间距减小时，肋片的数量增多，肋壁的表面积相应地增大,故肋化系数β值增大,这对减小热阻有利;此外适当减小肋片间距可以增强肋片间流体的扰动,使换热系数h相应提高。但是减小肋片的间距是有限的,一般肋片的间距不小于边界层厚度的两倍,以免肋片间流体的温度升高,降低了传热的温差。
6、如何考虑肋片高度l对肋壁传热的影响?
答：肋高l的影响必须同时考虑它对肋片效率η
f 和肋化系数β两因素的作用。l增大将使η
f
降低,但却能使肋面积A
2
增大,从而使β增大。因此在其他条件不变的情况下,如能针对具体
传热情况,综合考虑上述两项因素,合理地选取l,使1/(hη
f
β)项达一最低值,从而获得最有利的传热系数KА值,以达到增强传热的目的。
7、试述平均温差法(LMTD法)和效能─传热单元数法(ε-NTU法)在换热器传热计算中各自的特点?
答：LMTD法和ε-NTU法都可用于换热器的设计计算和校核计算。这两种方法的设计计算繁简
程度差不多。但采用LMTD法可以从求出的温差修正系数φ
Δt
的大小看出所选用的流动形式接近逆流程度,有助于流动形式的选择,这是ε-NTU法所做不到的。对于校核计算,两法都要试算传热系数,但是由于LMTD法需反复进行对数计算故较ε-NTU法稍嫌麻烦些,校核计算时如果传热系数已知,则ε-NTU法可直接求得结果,要比LMTD法简便得多。
8、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大?为什么?
答：采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大。而空气冷却时，气侧热组较大，这时，水垢的产生对总热阻影响不大。故水垢产生对采用水冷的管道的传热系数影响较大。
二、定量计算
主要包括：复合换热及传热过程、热阻分析、换热器设计计算、换热器校核计算。
1、外径为200mm 采暖热水输送保温管道，水平架空铺设于空气温度为-5℃的室外，周围墙壁表面平均温度近似为0℃，管道采用岩棉保温瓦保温，其导热系数为λ（W/m ℃）＝0.027+0.00017t （℃）。管内热水平均温度为100℃，由接触式温度计测得保温层外表面平均温度为45℃，表面发射率为0.9，若忽略管壁的导热热阻，试确定管道散热损失、保温层外表面复合换热系数及保温层的厚度。
解：管道散热损失包括自然对流散热损失和辐射散热损失两部分。
确定自然对流散热损失： 定性温度℃
则
确定辐射散热损失：
属空腔（A 2）与内包壁（A 1）之间的辐射换热问题，且。
单位管长管道散热损失 确定保温层外表面复合换热系数：
确定保温层的厚度：
由傅立叶定律积分方法获得。
，分离变量得：，即：
得管道外径 保温层的厚度为
2、一所平顶屋，屋面材料厚δ＝0.2m ，导热系数λw =0.6W/(m ·K)，屋面两侧的材料发射率
ε均为0.9。冬初，室内温度维持t f1＝18℃，室内四周墙壁亦为18℃，且它的面积远大于顶
棚面积。天空有效辐射温度为-60℃。室内顶棚表面对流表面传热系数h 1＝0.529W/(m 2
·K)，
屋顶对流表面传热系数h 2=21.1W/(m 2·K)，问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜(t w2＝0℃)，此时室内顶棚温度为多少?此题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数? 解：⑴求室内顶棚温度t w1
稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：
室内复合换热量Φ’=导热量Φ=室内复合换热量Φ”
；
因Φ’=Φ，且结霜时℃，可得：
，即
解得：
℃。
⑵求室外气温t f2
因Φ”=Φ，可得：
，即：
℃
⑶注意到传热方向，可以求出复合换热系数h f1、h f2 依据，得
依据，得
⑷求传热系数K
3、一蒸汽冷凝器，内侧为t s =110℃的干饱和蒸汽，汽化潜热r=2230，外侧为冷却水，
进出口水温分别为30℃和80℃，已知内外侧换热系数分别为104
，及3000，该冷凝器面积A=2m 2，现为了强化传热在外侧加肋，肋壁面积为原面积的4倍，肋壁总效率η
=0.9，若忽略冷凝器本身导热热阻，求单位时间冷凝蒸汽量。 解：对数平均温差：℃，℃
℃ 传热系数
单位时间冷凝蒸汽量：
7、设计一台给水加热器，将水从15℃加热到80℃，水在管内受迫流动，质量流量为2kg/s，比热为4.1868kJ/kg℃。管内径为0.0116m，外径0.019m，用110℃的饱和蒸汽加热，在加热
器为饱和液体。已知管内外的对流传热系数分别为4306 W/ m2℃和7153W/ m2℃；汽化潜热r =
2229.9kJ/kg；且忽略管壁的导热热阻，试利用ε-NTU法确定所需传热面积。该换热器运行一段时间后，在冷热流体流量及进口温度不变的条件下，只能将水加热到60℃，试采用对数
平均温差法确定运行中产生的污垢热阻。提示：一侧流体有相变时，ε=1-e-NTU。
解：利用ε-NTU法确定所需传热面积。
换热器效能为：
传热单元数为：
传热系数为：
需说明因为管内径为0.0116m，外径0.019m，即管壁较薄，可视为平壁的传热过程。
由，得：
换热器面积为：
采用对数平均温差法确定运行中产生的污垢热阻。
对数平均温差：℃，℃
℃
运行中产生的污垢热阻为：
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 [℃]
第二章 思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。 答：傅立叶定律的一般形式为： n x t gradt q ??-=λλ＝－，其中：gradt 为空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指 向温度升高的方向；q 为该处的热流密度矢量。 2 已知导热物体中某点在x,y,z 三个方向上的热流密度分别为y x q q ,及 z q ，如何获得该点的 热密度矢量？ 答：k q j q i q q z y x ?+?+?=，其中k j i ,,分别为三个方向的单位矢量量。 3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。 答：导热微分方程式所依据的基本定律有：傅立叶定律和能量守恒定律。 4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。 答：① 第一类边界条件：)(01ττf t w =>时， ② 第二类边界条件： )()( 02τλτf x t w =??->时 ③ 第三类边界条件： )()( f w w t t h x t -=??-λ 5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。 7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无关，而通过球壳的导热量计算式却与半径的绝对值有关，怎样理解？ 答：因为通过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值有关，而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关，所以绝对半径不同时，导热量不一样。 6 发生在一个短圆柱中的导热问题，在下列哪些情形下可以按一维问题来处理？ 答：当采用圆柱坐标系，沿半径方向的导热就可以按一维问题来处理。 8 扩展表面中的导热问题可以按一维问题来处理的条件是什么？有人认为，只要扩展表面细长，就可按一维问题来处理，你同意这种观点吗？
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
传热第二章 第二章 思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。 ?t q ＝－λgradt =-λn ?x ，其中：gradt 为答：傅立叶定律的一般形式为： 空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指 向温度升高的方向；q 为该处的热流密度矢量。 2 已知导热物体中某点在x,y,z 三个方向上的热流密度分别为q x , q y 及 q z ，如何获得该点的热密度矢量？ 答：q =q x ?i +q y ?j +q z ?k ，其中i , j , k 分别为三个方向的单位矢量量。 3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。 答：导热微分方程式所依据的基本定律有：傅立叶定律和能量守恒定律。 4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。 答：① 第一类边界条件：τ>0时，t w =f 1(τ) ② 第二类边界条件： τ>0时 -λ( -λ( ?t ) w =f 2(τ) ?x ③ 第三类边界条件： 5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。
答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环 节的总热阻等于各串联环节热阻的和。使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。 7. 通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无关，而通过球 壳的导热量计算式却与半径的绝对值有关，怎样理解？答：因为通过圆筒壁的导热热阻 仅和圆筒壁的内外半径比值有关，而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关，所以 绝对半径不同时，导热量不一样。 6 发生在一个短圆柱中的导热问题，在下列哪些情形下可以按一维问题来处理？答：当采用圆柱坐标系，沿半径方向的导热就可以按一维问题来处理。 8 扩展表面中的导热 问题可以按一维问题来处理的条件是什么？有人认为，只要扩展表面细长，就可按一维问 题来处理，你同意这种观点吗？ ?t ) w =h (t w -t f ) ?x 答：只要满足等截面的直肋，就可按一维问题来处理。不同意，因为当扩展表面的截 面不均时，不同截面上的热流密度不均匀，不可看作一维问题。 9 肋片高度增加引起两种效果：肋效率下降及散热表面积增加。因而有人认为，随着 肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热数流量反而会下降。 试分析这一观点的正确性。答：错误，因为当肋片高度达到一定值时，通过该处截面的 热流密度为零。通过肋片的热流已达到最大值，不会因为高度的增加而发生变化。 10 在式（2-57）所给出的分析解中，不出现导热物体的导热系数，请你提供理论依据。 答：由于式（2-57）所描述的问题为稳态导热，且物体的导热系数沿x 方向和y 方 向的数值相等并为常数。 11 有人对二维矩形物体中的稳态无内热源常物性的导热问题进行了数值计算。矩形 的一个边绝热，其余三个边均与温度为t f 的流体发生对流换热。你能预测他所得的温度场的解吗？ 答：能，因为在一边绝热其余三边为相同边界条件时，矩形物体内部的温度分布应为 关于绝热边的中心线对称分布。习题平板 2-1 用平底锅烧开水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流密度为42400W /m 2。 使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢。假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，试计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热 系数取为1W/(m.K)。解：由题意得 q =＝
传热计算习题课 稳定传热计算总结 利用公式 m Q K S t =??? 1221W ()W ()h ph c pc Q c T T c t t =-=- 221[()]()h ph s c pc Q W r C T T W C t t =+-=- 应用条件：（a ）稳定传热；（b ）c p 、k 为常数；（c ）忽略热损失。 计算类型：设计型：已知生产任务，求S ，步骤：Q →Δt m →K →S 应S 实>S 计算，考虑热损失. 操作型：已知S ，W c ，W h ，T 进，t 进 求T 出，t 出等。 1.某列管换热器列管为φ25× 2.5mm 钢管组成，热空气走管内，冷却水走管间，水侧42s 210/o o R m C W -=??，空气侧42s 510/o i R m C W -=??，逆流操作，管内侧250/o i W m C α=?，管外侧水的C m W o o 2/1000=α， C m W o /45=钢λ。 求：①基于管外面积的总传热系数K ； ②按平壁计算的总传热系数K ； ③若忽略壁面及污垢热阻，总传热系数K 为多少，若将αi 提 高一倍时的总传热系数K 为多少； ④若忽略壁面及污垢热阻，求将αo 提高一倍时的总传热系 数K 为多少。 解：①d i =20mm (内径） d o =25mm （外径） αo =1000W/m 2℃ αi =50W/m 2℃ W C m R o o /10224s -?= W C m R o i /10524s -?= C m W o /45=钢λ 0s s b 11o o i o i i i m o d d d R R K d d d αλα=++++ 20 251051022/)2520(45250025.05020251000144??+?++??+?+=-- W C m o /0269.02= 则C m W K o 2/17.31= ② i o i o R R K s s 1b 11++α+λ+α= =W C m o /0218.0105102501450025.010001244=?+?+++--
【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm 厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ℃,混凝土外壁面温度为29.4 ℃。松木、软木和混凝土的平均热导率分别为0.151,0.043 3,0.762 W/(m ·K )，要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。 解：三层平壁的导热。 1）所需软木的厚度2b 由 ∑=-=3141i i i b T T q λ 得 151 .0019.00433.0762.0051.08.174.29152+++=b 解得： m b 128.02= 2）松木和软木接触面处的温度3T 由 151 .0019 .08.17153+==T q 解得：9.153-=T ℃ 解题要点：多层平壁热传导的应用。 【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=0.103+0.000 198 T(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1×10-4 kg/(m ·s)以下,问保温层厚度应为多少?(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。 解：保温层平均热导率为： )./(126.02 501801098.1103.04K m W =+??+=-λ 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。 由 )()(21 221r r Ln T T L Q -=λπ 得： )()(21 221r r Ln T T L Q -=πλ （1）
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
传热学大作业 传热学的发展与应用 课程名称： 院系： 班级： 姓名： 学号： 2013-05-04
摘要：简要介绍传热学的重要性与发展，然后从导热、对流和热辐射三方面详细介绍了传热学的建立与发展历程。概述传热学在生活生产中的应用，接着分别从传统工业与高新技术领域两方面介绍传热学的具体应用。 关键词：传热学发展应用 正文 能源是人类存在的基石，也是人类文明的动力。热量是能源利用过程中最主要的物质，传热学则是研究因温度差异引起的热量传递过程的一门学科。由此可见，传热学的发展关系到热量的利用，关系到能源的应用，传热学是人类文明中的伟大创造。 事实上，传热学现象在我们的生活中司空见惯，早在人类文明最开始的时候就学会烧火取暖，燃火做饭，燃煤锻造兵器等等，可见我们智慧非凡的祖先善于利用传热来服务生产生活。但是关于传热问题，从来没有形成具体的理论体系，这是因为没有强有力的推动力的因素。直到工业革命前后的那段时间，传热学的发展才渐渐形成较为完整的理论体系。那是因为工业革命促进传热学研究的发展，反过来传热学的发展有大大推动工业生产的发展，二者相辅相成相互促进。 热量传递有三种方式，包括导热，对流，热辐射。这三种传热方式的理论建立与发展经过了无数科学家的不断努力。传热学的发展是一门跨行业跨专业的基础性交叉学科，它的发展依赖于数学、热力学、流体力学和量子力学以及测量技术的发展。 1798年伦福特钻炮筒大量发热的实验和1799年戴维两块冰块摩擦生热化为水的实验，确认热来源于物体本身内部的运动。1804年毕渥根据实验提出每单位时间通过每单位面积的导热热量正比例于两侧表面温差，反比例于壁厚。傅里叶利用数学工具，提出了求解场微分方程的分离变量法并将解表示成一系列任意函数的概念，发表了著名论著“热的解析理论”，奠定了导热理论的基础。在傅里叶之后，雷曼、卡斯劳、耶格尔和亚科布等学者在于导热理论求解领域做出了巨大的贡献。 流体的不可压缩性，斯托克斯方程及改进方程，雷诺数，紊流层流等流体流动的理论的提出为对流换热奠定了基础。十八世纪末十九世纪初，提出洛仑兹自然对流的理论解，格雷茨和努谢尔特管内换热的理论解及努谢尔特凝结换热理论解。1921年波尔豪森从普朗特的边界层概念中引出热边界层的概念，之后他与施密特及贝克曼合作，成功求解了竖壁附近空气的自然对流换热。湍流计算模型的发展也大大促进了对流换热的发展。普朗特、卡门马丁纳利、麦克亚当、贝尔特和埃克特也为对流换热的发展做了很大的贡献。 1889年卢默等人测得黑体辐射光谱能量分布的实验数据。19世纪末斯蒂芬(J，Stefan)实验提出玻耳兹曼理论论证的四次方定律。之后，维恩、瑞利、金斯先后提出的理论遭遇了“紫外灾难”。1900年普朗克提出能量子假说，确立了普朗克定律正确地揭示了黑体辐射
第 二 章 热 传 导 方 程 §1 热传导方程及其定解问题的提 1. 一均匀细杆直径为l ，假设它在同一截面上的温度是相同的，杆的表面和周围介质发生热交换，服从于规律 dsdt u u k dQ )(11-= 又假设杆的密度为ρ，比热为c ，热传导系数为k ，试导出此时温度u 满足的方程。 解：引坐标系：以杆的对称轴为x 轴，此时杆为温度),(t x u u =。记杆的截面面积4 2 l π为S 。由假设，在任意时刻t 到t t ?+内流入 截面坐标为x 到x x ?+一小段细杆的热量为 t x s x u k t s x u k t s x u k dQ x x x x ????=???-???=?+221 杆表面和周围介质发生热交换，可看作一个“被动”的热源。由假设，在时刻t 到t t ?+在截面为x 到x x ?+一小段中产生的热量为 ()()t x s u u l k t x l u u k dQ ??--=??--=111124π 又在时刻t 到t t ?+在截面为x 到x x ?+这一小段内由于温度变化所需的热量为 ()()[]t x s t u c x s t x u t t x u c dQ t ????=?-?+=ρρ,,3 由热量守恒原理得： ()t x s u u l k t x s x u k t x s t u c x t ??-- ????=????11 2 24ρ 消去t x s ??，再令0→?x ，0→?t 得精确的关系： ()11 224u u l k x u k t u c -- ??=??ρ 或 ()()11 22 2112244u u l c k x u a u u l c k x u c k t u --??=--??=??ρρρ 其中 ρ c k a =2 2. 试直接推导扩散过程所满足的微分方程。 解：在扩散介质中任取一闭曲面s ，其包围的区域 为Ω，则从时刻1t 到2t 流入此闭曲面的溶质，由dsdt n u D dM ??-=，其中D 为扩散系数，得 ?????= 2 1 t t s dsdt n u D M 浓度由u 变到2u 所需之溶质为 ()()[]???????????ΩΩΩ ??=??=-=2 12 1121,,,,,,t t t t dvdt t u C dtdv t u C dxdydz t z y x u t z y x u C M 两者应该相等，由奥、高公式得： ????????Ω Ω??==????????? ??????+???? ??????+??? ??????=2 12 11t t t t dvdt t u C M dvdt z u D z y u D y x u D x M 其中C 叫做孔积系数=孔隙体积。一般情形1=C 。由于21,,t t Ω的任意性即得方程： ?? ? ??????+???? ??????+??? ??????=??z u D z y u D y x u D x t u C 3. 砼(混凝土)内部储藏着热量，称为水化热，在它浇筑后逐渐放出，放热速度和它所储藏的水化热成正比。以()t Q 表示它在单位体积中所储的热量，0Q 为初始时刻所储的热量，则Q dt dQ β-=，其中β为常数。又假设砼的比热为c ，密度为ρ，热传导系数为k ，求它在浇后温度u 满足的方程。 解： 可将水化热视为一热源。由 Q dt dQ β-=及00Q Q t ==得()t e Q t Q β-=0。由假设，放热速度为 t e Q ββ-0 它就是单位时间所产生的热量，因此，由原书71页，(1.7)式得 ??? ? ??-=+??? ? ????+??+??=??-ρρββc k a e c Q z u y u x u a t u t 20222222 2
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
文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１９)０１Ｇ０１２１０Ｇ０５ 自形成磁性液体热疗的电磁感应热及生物热传递的数值计算? 李一强１,２,杨永明１,２,刘洪宇１,２,张龙隆１,２ (１．湖北民族大学新材料与机电工程学院,湖北恩施４４５０００; ２．湖北民族大学新材料成型及装备技术产学研中心,湖北恩施４４５０００) 摘一要:一建立了肿瘤和正常生物组织的双球模型,采用了赫尔姆兹线圈产生磁性液体热疗的均匀磁场,利用有限元方法计算自形成C o F e２O４磁性液体热疗的电磁感应热及生物热传递,得出肿瘤组织和健康组织的温度均随时间上升后趋于稳定;肿瘤组织中心的稳定温度最高,温度随着与中心的距离增大而不断减小后趋于稳定;在合适参数下,健康组织的温度处于安全温度范围,磁性液体热疗达到了预期效果.肿瘤组织半径越大,温度下降越慢,稳定温度也越高;在肿瘤组织的区域内,温度变化较小,在健康组织范围内,温度下降后趋于稳定.磁性液体体积分数越大,肿瘤组织中心温度越高. 关键词:一自形成;磁性液体;电磁感应热;生物热传递 中图分类号:一T M２７１;R７３文献标识码:A D O I:１０．３９６９/j．i s s n．１００１Ｇ９７３１．２０１９．０１．０３４ ０一引一言 肿瘤已经严重威胁人类的健康,每年发病率都在持续上升.肿瘤治疗的方法层出不穷,目前手术二放疗与化疗依然是主要的治疗手段.随着科技的进步,发展绿色二安全二高效的癌症新疗法是大势所趋.１９５７年G i l c h r i s t等[１]提出的磁感应热疗成为热疗领域的重要关注点,大量研究表明磁性液体是理想的磁感应热疗介质. 磁性液体通常是由纳米级磁性颗粒稳定的悬浮于液体(基液)中形成的胶体体系,既具有固体的磁性,又有液体的流动性[２].L i等提出通过控制铁氧体纳米颗粒M F e２O４(M为F e二C o二M n二Z n等二价金属)在酸性溶液的溶解,M２＋和F e３＋将吸附在未溶解的纳米颗粒形成带电颗粒,于是可合成磁性液体,这种离子型磁性液体称作自形成磁性液体[３].磁性液体热疗是一种基于纳米材料技术的新型磁感应热疗技术,通过注射方式将磁性液体注入肿瘤,再利用交变磁场下可将磁能转化为热能这一特性,将肿瘤组织温度升高超过４１?,并持续一段时间,导致癌细胞死亡.磁性液体热疗技术实现了 细胞内热疗 ,极大地提高了肿瘤热疗的精确性和可控性,具有高度的靶向性二杀伤特异性二安全性好二特征吸收率高二热旁观者效应二还可与其他肿瘤治疗手段联合应用的普适性强等优点,使其具备其它热疗所不具备的特殊优势.因此,磁性液体热疗是目前国内外学者研究的热点之一. 当前国内外学者在磁场发生装置[４]二磁性液体制备及表面活化[５]二生物传热方程[６]等方面取得了丰硕的成果.精确无损地测量和控制磁性液体比热吸收效率的研究是改进磁性液体热疗的趋势.目前,学者们采用了热电偶传感器二温度计二超声等技术测量手段,取得了很好的测量效果[７];为了精确控制磁性液体热疗的温度,温度敏感型磁性液体在磁性液体热疗中也引起了国内外学者的极大兴趣,精确无损性和可控性需要对交变磁场下磁性液体的动力学性能深入研究. R o s e n s w e i g[８]根据磁性液体动力学规律,建立了交变场下磁性液体的能量损耗理论,得出了交变磁场下单位体积的热率随粒径和粘度变化的规律,对理论计算交变磁场下磁性液体的比热吸收率具有重要的指导意义.M a r i n等[９]和H u a n g等[１０]理论研究了不同因素下磁性液体等效热容.F a n n i n和P a y e t等[１１Ｇ１２]开展了磁性液体动力学理论工作和在大量的实验研究工作,为磁性液体动力学理论和磁性液体场致发热的应用研究提供了实验指导.国内的学者也在积极开展相关研究工作,刘文中等[６]对磁性液体热疗中电磁感应热和生物热传递过程进行了数值计算,证明了肿瘤组织过热而健康组织没受到影响的结论.自形成磁性液体在磁性液体热疗中研究较少,本课题组[１３]也曾对自形成C o F e２O４磁性液体的热效率进行了研究,得出了磁性液体物理参数与热效率的规律. 本文建立了肿瘤和正常生物组织的双球模型,采用了赫尔姆兹线圈产生磁性液体热疗的均匀磁场,将 ０１２１ ０２０１９年第１期(５０)卷 ?基金项目:湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划基金资助项目(T２０１７１２);湖北民族学院博士科研启动基金资助项目(MY２０１２B００６);湖北民族学院院内青年科研基金资助项目(MY２０１７Q００６);湖北民族学院大学生创新创业资助 项目(２０１８１０５１７２８０,２０１８１０５１７２８９) 收到初稿日期:２０１８Ｇ０３Ｇ１０收到修改稿日期:２０１８Ｇ０６Ｇ１０通讯作者:李一强,EＧm a i l:m a g n e t i c_f l u i d＠y a h o o．c o m 作者简介:李一强一(１９８２－),男,湖北利川人,博士,副教授,主要从事磁性液体理论及应用研究.
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%；
传热操作技术 1、有一?108mm ?4mm 的管道，内通以200KPa 的饱和蒸气。已知其外壁温度为110℃。内壁温度以蒸气温度计。求每米管长的导热量。 解：已知：2254 5.410r mm m -==? 2221 5.410410 5.010r m ---=?-?=? 1L m = 2110t ω=℃ 查表得145m λω-=??℃ 1120t ω=℃ ()222 12 3.14112011045 236720.375.4105.010 36720.37n n l t Q W r l l r W πλ--???-?= ==??∴ 每米管长的导热量为 2、水在一圆形直管内呈强制湍流时，若流量及物性均不变，现将管内径减半，则管内对流传热系数为原来的多少倍？ 解：已知：12λλ= 2112 d d = 21P P C C = 21μμ= 21ρρ= 21qV qV = 2 222 4 qV u d π = 0.8 22222222222240.023n P qV d d C d d ρπλμμλ?? ? ??? ?∴= ? ??? ? ??? 0.8 122222111210.811 240.023222 3.48n P d qV d C d ρπλμμλαα?? ? ??? ?= ? ??? ? ??? =?= 3、用一列管式换热器来加热某某溶液，加热剂为热水。拟定水走管程，溶液走壳程，已知溶液的平均比热容为13.05KJ Kg - ℃，进出口温度分别为35℃和60℃，其流量为1600Kg h - ；水的进出口温度分别为90℃和70℃。若不考虑热损失，试求热水的消耗量和该换热器的热负荷。
第六章 传热 一、填空题 1. 按冷热流体的接触状况，传热过程有 、 、 。 2. 传热按机理分为 、 、 。 3. 导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。 4. 各种物体的导热系数大小顺序为 。 5. 对流传热速率方程的表达式为 ，其中温度差代表 。 6.对流给热系数的主要影响因素有（1） （2） （3） ____________________（4） （5） 。 7.无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n 公式中，n 是为校正 的影响。当流体被加热时，n 取 ，被冷却时n 取 。 8.努塞尔特准数Nu 表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr 表示 的准数，其表达式为 。 9.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） 10.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 ____________________________ 。 11.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____________。 12.蒸汽冷凝有 和 两种方式。 二、选择题 1. 对于三层圆筒壁的定态热传导，若 Q 1、Q 2、Q 3为从内向外各层的导热量，则它们之间的关系为____。 A. Q 1=Q 2=Q 3 B.Q 3>Q 2>Q 1 C.Q 1>Q 2>Q 3 D. Q 1、Q 2、Q 3之间无法比较 2. 双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ?和2t ?，若1t ?>2t ?，则1λ和2λ的关系为 。 A 1λ<2λ B 1λ>2λ C 1λ=2λ D 无法确定
【最新整理，下载后即可编辑】 生物传热基础 题目：生物组织传热红外热成像的三维温度场重建 作者： 学号：
生物组织传热红外热成像的三维温度场重建 红外热成像技术作为新型的非接触测温方法，具有无损、快捷、方便的特点，并且可以利用计算机技术对生物组织内部温度场进行三维重构。采用基于红外热成像的无损测温方法，获取模拟生物组织的分层仿生体模的红外热辐射温度信息，然后对该信息进行灰度变换和伪彩色处理，生成红外热像图，并在此基础上采用体绘制光线投射算法进行温度场三维重建。 温度场三维重建方法如下文所述： 1.生物组织传热 本文采用Pennes 传热方程，其一般形式为： r m b b b t q q T T c T k T c ++-+?=??)(2ωτ ρ其中 式中ρ、t c 、k 分别为生物组织的密度、比热容和热传导率， τ为加热时间，b ω为加热区域内加热时的血流速率，b c 为血液的 比热容，T b 为血液的温度，q m 为生物组织代谢产热率，q v 为外加热源的生热率。 仿生物组织的假设：1）假定生物组织的热学参数不随温度变化；2）生物组织均匀且各项同性；3）加热前温度分布均匀。Pennes 方程可以简化为 r t q T k T c +?=??2τ ρ 2.红外辐射与温度测量 根据红外辐射的原理，红外光具有很强的温度效应，由红外热像仪被动获得生物组织红外辐射的温度值。同时，由于生物组织的特性，红外热像仪探测到的温度值无法通过显示器直接显示，因而需要先将测量到的温度值根据公式转换为人眼能够感知的灰度值范围(0~255)，也可以根据需要进行分段线性灰度转换，
第四章《传热》练习题 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； 答案：C 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、折射定律； B、克希霍夫定律；D、普郎克定律； 答案：B 3、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； 答案：A、C、D；B、E、F 4、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； 答案:A、B、C、D、E 5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是( )。 A、不可行的； B、可行的； C、可能行，也可能不行； D、视具体情况而定； 答案：A 解：原因是：流量不变 2 d u=常数 当管径增大时，a. 2 / u l d ∝ ， 0.80.2 1.8 /1/ u d d α∝= b. d增大时，α增大， d α∝
综合以上结果， 1.8 1/A d α∝，管径增加， A α下降 根据 ()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴ 2112 ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 121ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则 1 2ln T t T t -↓ -∴2t ↓ ? 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。 根据连续性方程，流量不变时， 24 V d u π = =常数 ，所以管径变化，管内流速也发生变化。管间用饱和水蒸气加热，热阻 小，可以忽略不计，总热阻近似等于管内传热热阻，即K α≈ 6、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 7、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法： ①加热器应置于该空间的上部；②冷凝器应置于该空间的下部； 正确的结论应该是（ ）。 A 、这两种说法都对； C 、第一种说法对，第二种说法错； B 、这两种说法都不对； D 、第二种说法对，第一种说法错； 答案：B 8、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 ； 答案：C
实验四 传热实验 本传热实验装置采用计算机数据在线采集和自动控制系统，可实行自动操作或手动操作。通过对以空气和水蒸气为介质的套管换热器实验研究，可以掌握传热系数K 、传热膜系数2α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；学会用最小二乘法确定关联式m A Nu Re =中常数A 、m 的值。通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施。 一． 实验内容（任选一个） 1．强化传热措施的探讨。采用计算机数据在线 采集系统，测定普通套管换热器和强化套管换热器 的传热系数K ；用作图法或最小二乘法关联出 m A Nu Re =中常数A 、m 的值。通过对普通套管换 热器和强化套管换热器的实验结果比较，说明强化 传热的原理并对强化传热的其它措施进行探讨。 2．测定不同流速下的普通套管换热器或强化套 管换热器的传热膜系数2α，用作图法或最小二乘法关联出m A Nu Re =中常数A 、m 的值，并对实验结果进行比较。 二．实验原理： 对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成： n m C Nu Pr Re = （1） 系数C 与指数m 和n 则需由实验加以确定。对于气体，Pr 基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，式（1）可简化为： m A Nu Re = （2） 式中： λαd Nu 2= μ ρdu =Re 通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温（因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等），根据所测的数据，经过查物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu 和Re ，然后用线性回归方法（最小二乘法）确定关联式m A Nu Re =中常数A 、m 的值。 三．实验装置与主要技术数据 （一） 实验装置 1．流程 实验装置的流程如图1所示。装置的主体是两根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。实验用的蒸汽发生器为电加热釜，加热电压可由固态调节器调节。空气由旋涡气泵提供，使用旁路调节阀调节流量。蒸汽管路，使用三通和球阀分别控制进入两个套管换热器。