传热学中测量管道内温度计算题
101.3KPa下的空气在内径为76mm的直管道内流动，入口温度65℃，入口体积流量为0.022m³／s，管壁平均温度为180℃问馆子要多长才能使空气被加热到115℃？
首先，空气的物性参数：
密度a一0.69kg/m3
比热Cp一1.009kj/kg.k
导热系数f一0.0313w/m.k
运动粘度系数y一0.0000221kg/m.s
普朗特数Pr一0.69
下面是计算过程：管横截面积：A=（兀/4）*D^2=（兀/4）*0.076^2=0.00453m2
管内流速：V=0.022/A=0.022/0.00453=4.856m/s
管内雷诺数：Re=V*D/y=4.856*0.076/0.0000221=16699
对流换热系数h=Nur*f/D=47.36*0.0313/0.076=19.5
空气质量流量qm=a*qv=0.922*0.022=0.0214kg/s
换热量Q=qm*Cp*（t2-t1）=0.0214*1.009*（115-65）*1000=1080w
最大温差Tmax=180-115=65
最小温差Tmin=180-65=115
平均对数温差Tm=（115-65）/ln（115/65）=87.72 换热面积A=Q/Tm/h=1080/87.72/19.5=0.63m2
管道长度L=A/兀/D=0.63/兀/0.076=2.64m
郑州大学 传热学 习题集 苏小江 2014/6/1 内容：书中例题和课后习题
绪论 [例0-1] 某住宅砖墙壁厚为2401=δmm ，其导热系数为6.01=λW/(m 2·K)，墙壁内、外两侧的表面传热系数分别为：)/(5.721K m W h ⋅= ，)/(1022K m W h ⋅=，冬季内外两侧空气的温度分别为：C t f 201=，C t f 52-=，试计算墙壁的各项热阻，传热系 数以及热流密度。 [例0-2] 一冷库外墙的内壁面温度为C t w 12-=，库内冷冻物及空气温度均为 C t f 18-=。已知壁的表面传热系数为)/(52K m W h ⋅=，壁与物体间的系统辐射系数 )/(1.54221K m W C ⋅=、， 试计算该壁表面每平方米的冷量损失？并对比对流换热与热辐射冷损失的大小？ 13、求房屋外墙的散热热流密度q 以及它的内外表面温度 和 。已知：δ=360mm ，室外温度 = -10℃，室内温度 =18℃，墙的λ=0.61W/(m.K),内壁表面传热系数h1=87W/(m².K)，外壁h2=124W/(m ².K)。已知该墙高2.8m ，宽3m ，求它的散热量Φ？
15、空气在一根内径50mm,长2.5m的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为85℃， 管壁对空气的h=73W/m.℃，热流通量q=5110W/2 m。，试确定管壁温度及热流量。 16、已知两平行平壁，壁温分别为=50℃，=20℃，辐射系数 1.2 C 3.96，求每平方米的辐射换热量W/2 m。若增加到200℃，辐射换热量变化了多少?
第一章 导热理论基础 [例1-1]厚度为δ 的无限大平壁，λ为常数，平壁内具有均匀内热源 (W/m³)，平壁x=0的一侧绝热， x=δ的一侧与温度为f t 的流体直接接触进行对流换热，表面传热系数h 是已知的，试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。 [例1-2] 一半径为R 长度为l 的导线，其导热系数λ为常数。导线的电阻率为ρ(Ω.m²/m)。导线通过电流I(A)而均匀发热。已知空气的温度为 ，导线与空气之间的表面传热系数为h ，
2-47 核反应堆的辐射防护壁因受γ射线的照射而发热，这相当于防护壁内有 ax e -Φ=Φ 0 的内热源，其中 Φ 是X=0的表面上的发热率，a 为已知常数。已知x=0处 t=t1,x=δ处t=2t ,试导出该防护壁中温度分布的表达式及最高温度的所在位置。导热系数λ为常数。 解：由题意导热微分方程 0022=Φ+-ax e dx t d λ 又x=0处t=t1,x=δ处t=2t 积分并结合边界条件可得 λδλλλδ20 12020210 a t x a e a t t a e t a ax Φ++Φ-Φ +--Φ=-- 令0=dx dt 可得：当()? ? ? ???-+Φ--=-δδλδa e t t a a x a 1ln 1021时，t 最大。 2-52 在外径为 25mm 的管壁上装有铝制的等厚度环肋，相邻肋片中心线之间的距离 s=9.5mm,环肋高H=12.5mm,厚δ＝0.8mm 。管壁温度200 =w t ℃，流体温度 90 =f t ℃，管 壁及肋片与流体之间的表面传热系数为110 )./(2 K m W 。试确定每米长肋片管（包括肋片及基管部分）的散热量。 解：2 521003.1;9.122/m A A mm H H -?='==+='δδ 查表得238=λW/(m.K) ()31.0)(2 /1223 =??????'A h H λ mm H r r mm r 4.25;5.12121='+=' = 从图查得， 88 .0=f η 肋片两面散热量为：()W t t h r r f w 15.372120=-??? ??-' =Φπ 肋片的实际散热量为：W f 7.320=Φ=Φη 两肋片间基管散热量： ()1051 ;021.921== =-=Φ's n W s r t t h f w π 总散热量为()W n Z 8.4382=Φ'+Φ=Φ 2-76 刚采摘下来的水果，由于其体内葡萄糖的分解而具有“呼吸”作用，结果会在其表 面析出C 2O ,水蒸气，并在体内产生热量。设在通风的仓库中苹果以如附图所示的方式堆放， 并有5℃的空气以0.6m/s 的流速吹过。苹果每天的发热量为4000J/kg 。苹果的密度 3/840m kg =ρ，导热系数λ＝0.5)./(K m W ；空气与苹果间的表面传热系数 h=6 )./(2 K m W 。试计算稳态下苹果表面及中心的温度。每个苹果可按直径为80mm 的圆球处理。
1、用简捷方法确定附图中的角系数X 12。 2、一直径为4cm 的小铜球，初始温度为500℃，突然放置于10℃的空气中，假设铜球表面与周围环境的对流换热系数为30W/(m 2.K)，试计算铜球冷却到200℃所需要的时间。已知铜球的比热c p =0.377KJ/(Kg.K)， ρ=8440Kg/m 3，λ=109W/(m.K)。 3、水以1.5m /s 的速度流过内径为25mm 的加热管。管的内壁温度保持 100℃，水的进口温度为15℃。若要使水的出口温度达到85℃，求单位管长换热量（不考虑修正）。已知50℃的水λf =0.648 W/(m.K)，νf =0.566×10-6m 2/s ，Pr =3.54 解答 1、（1）11,21,222,11==X X A X A ，则5.02/422 1,2122 ,1===R R X A A X ππ （2）同上125.02 /44/221,2122,1===R R X A A X ππ 2、首先检验是否可以采用集总参数法。 () M A V h Bi v 1.000183.0109 3/02.030/<=?==λ（其中M=1/3） 可以采用集总参数法， )/1(1014.143/02.0437*******.04304 33 s V c hA P -?=?????=ππρ () τ??-=--=---∞∞401014.14exp 1050010200t t t t 可得：hour s 186.0670==τ 3、定性温度502 85152=+=+=out in f t t t （℃） 446101074.610 556.0025.05.1Re >?=??==-f f v ud 流动为紊流。 3.278Pr Re 023.0 4.08.0 ==f f Nu 则单位管长换热量 ()()28311501007213025.014.3=-???=-=f w l t t dh q π（W/m ）
第一章 1-3 宇宙飞船的外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表明温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？ 解：遮光罩与船体的导热 遮光罩与宇宙空间的辐射换热 1-4 热电偶常用来测量气流温度。用热电偶来测量管道中高温气流的温度，管壁温度小于气流温度，分析热电偶节点的换热方式。 解：结点与气流间进行对流换热 与管壁辐射换热 与电偶臂导热 1-6 一砖墙表面积为12m 2，厚度为260mm ，平均导热系数为 1.5 W/(m ·K)。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为－5℃，确定此砖墙向外散失的热量。 1-9 在一次测量空气横向流过单根圆管对的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度69℃，空气温度20℃，管子外径14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率为8.5W 。如果全部热量通过对流换热传给空气，此时的对流换热表面积传热系数为？ 1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数95 W/(m 2·K)，壁面厚2.5mm ，导热系数46.5 W/(m ·K)，水侧表面传热系数5800 W/(m 2·K)。设传热壁可看作平壁，计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。为了强化这一传热过程，应从哪个环节着手。 1-24 对于穿过平壁的传热过程，分析下列情形下温度曲线的变化趋向：(1)0→λδ；(2)∞→1h ；(3) ∞→2h 第二章 2-1 用平底锅烧水，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，计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热系数取为 1 W/(m ·K)。 解： δλt q ∆= 2 .2381103424001113 12=⨯⨯+=⋅+=-λδ q t t ℃ 2-2 一冷藏室的墙由钢皮、矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚 度依次为0.794mm 、152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45 W/(m ·K)、0.07 W/(m ·K)及0.1 W/(m ·K)。冷藏室的有效换热面积为37.2m 2，
、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm，外表面 实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外 表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K),墙壁的温度近似取为 室内空气的温度，保温层外表面的发射率 问：(1)此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式； (2)计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分) 解： (1)此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。 (2)把管道每米长度上的散热量记为qi 当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热 q i,c =二d h t =二dh (j - t f ) = 3.14 0.583 3.42 (48 - 23 ) 二156 .5(W / m) 近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁 之间的辐射为： q i厂d (T； -T；) = 3.14 0.583 5.67 10》0.9 [(48 273)4-(23 273)4] = 274.7(W /m) 总的散热量为q i = q i,c +q i,r = 156.5 +274.7 = 431.2(W/m) 2、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m- K),厚度为50mm在稳态情况下的 墙壁内的一维温度分布为：t=200-2000x 2，式中t的单位为°C, x单位为m 试 求： t (1) 墙壁两侧表面的热流密度； (2) 墙壁内单位体积的内热源生成的热量 2 t =200 —2000x
解：(1)由傅立叶定律: ① dt W q ' (―4000x) = 4000二x A dx 所以墙壁两侧的热流密度： q x _. =4000 50 0.05 =10000 (1)由导热微分方程 茫?生=0得: dx 扎 3、一根直径为1mm 勺铜导线，每米的电阻为2.22 10 。导线外包有厚度为 0.5mm 导热系数为0.15W/(m ? K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为 65°C,绝 缘层的外表面温度受环境影响，假设为40°C 。试确定该导线的最大允许电流为多 少？ 解：(1)以长度为L 的导线为例，导线通电后生成的热量为I 2RL ,其中的一部分 热量用于导线的升温，其热量为心务中：一部分热量通过绝热层的 导热传到大气中，其热量为：门二 1 , d In 2 L d 1 根据能量守恒定律知：l 2RL -门 述二厶E = I 2RL -门 即 E = — L dT m = I 2RL - t w1 _tw2 4 di 1 , d 2 In 2 L d 1 q v 、d 2t ——' 2 dx =-(7000)= 4000 50 二 200000 W/m 3 t w1 - t w2 。 2 q x 卫=4000.： 0 = 0
传热 一、填空题 1. 传热的基本方式有_______、_______和_______三种。 2. 导热系数的物理意义是_______，它的单位是_______。 3. 各种物体的导热系数大小顺序为_______。 4. 牛顿冷却定律表达式为_______，其中温度差代表_______。 5. 对流传热系数的主要影响因素有_______、_______、_______。 6. 当流体在管内呈湍流动时，对流传热热阻主要集中在_______，为了减小热阻以提高α值，可采用的措施是_______。 7. 流体在圆形直管中强制湍流传热时，对流传热系数关联式为α=0.023λ/d i Re 0.8 Pr n ，式中n 是为校正_______的影响。当流体被加热时，n 等于_______，当流体被冷却时，n 等于_______。 8．努塞尔特准数Nu 表示_______的准数，其准数式为_______；普兰特准数Pr 表示_______的准数，其准数式为_______ 9. 蒸气冷凝有_______和_______两种方式。 10. 液体在大容器内沸腾时，随着温度差（s w t t -）的不同，出现_______、_______和_______不同的沸腾状态。 11. 总传热系数的倒数1/K 代表_______，提高K 值的关键是_______。 12. 在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气冷凝加热原油，则原油宜在_______程流动，总传热系数接近于_______的对流传热系数。 13．根据热补偿方式的不同，写出三种管壳式换热器的基本型式：_______、_______和_______。 14. 写出三种间壁式换热器的名称：_______、_______和_______。 15．蒸汽在套管换热器中的环隙中冷凝以加热管内的空气，则总传热系数K 值接近于_______的对流传热系数；管壁的温度接近于_______的温度。 二、选择题 1．双层平壁定态热传导，两层壁厚相同，各层的导热系数分别为λ1，和λ2，其对应的温度差为△t 1和△t 2，若△t 1＞△t 2，则λ1和λ2的关系为（ ）。 A ． λ1＜λ2, B ． λ1＞λ2 C ．λ1=λ2 D ．无法确定 2．空气、水、金属固体的导热系数分别为λ1、λ2：和λ3，其大小顺序为（ ）。 A. λ1＞λ2＞λ3 B. λ1＜λ2＜λ3 C ．λ2＞λ3＞λ1, D. λ2＜λ3＜λ1, 3．通过三层平壁的定态热传导，各层界面间接触均匀，第一层两侧温度为120℃和80℃，第三层外表面温度为40℃，则第一层热阻R 1和第二、三层热阻R 2、R 3的大小为（ ）。 A. R 1＞（R 2＋R 3） B ．R 1＜（R 2＋R 3） C ．无法确定 D ． R 1=（R 2十R 3） 4．在管壳式换热器中，用饱和蒸汽冷凝以加热空气，下面两项判断为（ ）。 甲：传热管壁温度接近加热蒸汽温度。 乙总传热系数接近于空气侧对流传热系数。 A ．甲、乙均合理 B ．甲、乙均不合理 C ．甲合理、乙不合理 D ．甲不合理、乙合理 5．对流传热速率=系数×推动力，其中推动力是（ ）。 A ．两流体的温度差 B ．.流体温度和壁温度差 C ．同一流体的温度差 D ．两流体的速度差 6．因次分析的目的是（ ）。 A ．得到各变量间定量关系 B ．用无因次数群代替变量，使实验简化 C ．得到无因次数群间定量关系 D ．实验结果更可靠 7．计算液体在圆管内对流传热系数，若可采用Nu ＝0.023Re 0.8 Pr n ，式中指数n 为（ ）。 A ．0.4 B ．0.3 C ．被加热时为0.4,被冷却时为0.3 D ．被加热时为0.3，被冷却时为0.4 8．水在圆管中强制湍流时的对流传热系数i α为1000 W/（m 2?℃），若将水的流量增加
《传热学》试题库 第一早 一、名词解释 1热流量：单位时间内所传递的热量 2. 热流密度：单位传热面上的热流量 3•导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒 (分 子、 原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4. 对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流 传热。 5•辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。 这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6•总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 数表示复合传热能力的大小。 数值上表示传热温差为 1K 时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 二、填空题 1. _________________________________ 热量传递的三种基本方式为 _、 、 。 (热传导、热对流、热辐射) 2. ________________________ 热流量是指 _______________ ，单位是 ____________________ 。热流密度是指 _______ ，单位是 ____________________________ 。 2 (单位时间内所传递的热量， W ，单位传热面上的热流量， W/m ) 3. ____________________________ 总传热过程是指 ________________，它的强烈程度用 来衡量。 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数 ) 4. ____________________________ 总传热系数是指 ___ ，单位是 。 2 (传热温差为1K 时，单位传热面积在单位时间内的传热量， W / (m K)) 5. _______________________________ 导热系数的单位是 ___________________ ;对流传热系数的单位是 ______________ ;传热系数的单位是 _________________________ 2 2 (W / (m K), W / (m K), W / (m K)) 6. __________________________ 复合传热是指 _________________________ ，复合传热系数等于 _________ 之和，单位是 。 2 (对流传热与辐射传热之和，对流传热系数与辐射传热系数之和， W / (m K)) 7. ____________________________________ 单位面积热阻r t 的单位是 _____________ ;总面积热阻 R 的单位是 。 (m 2 K/W , K/W ) 8 单位面积导热热阻的表达式为 _____________。 (5/ 入) 9. _________________________________________ 单位面积对流传热热阻的表达式为 。 (1/h ) 10 •总传热系数K 与单位面积传热热阻 r t 的关系为 _______________ 。 (r t =1/K ) 7•对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为 数表示对流传热能力的大小。 &辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为 数表示辐射传热能力的大小。 9•复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为 1K 是的对流传热量，单位为 1K 是的辐射传热量，单位为 1K 是的复合传热量，单位为 2 W / (m K)。 / 2 W / (m K)。 2 W / (m K)。 对流传热系 辐射传热系 复合传热系 10.总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
7-30整理 传热学 习题集 苏小江 2014/6/1 内容：书中例题和课后习题
绪论 [例0-1] 某住宅砖墙壁厚为2401=δmm ，其导热系数为 6.01=λW/(m 2 ·K)，墙壁内、外两侧的表面传热系数分别为： )/(5.721K m W h ?= ，)/(1022K m W h ?=，冬季内外两侧空气的温度分别 为：C t f 201 =，C t f 52 -=，试计算墙壁的各项热阻，传热系数以及热 流密度。 [例0-2] 一冷库外墙的内壁面温度为C t w 12-=，库内冷冻物及空气温度均为C t f 18-=。已知壁的表面传热系数为)/(52K m W h ?=， 壁与物体间的系统辐射系数)/(1.54 221K m W C ?=、， 试计算该壁表面每平方米的冷量损失并对比对流换热与热辐射冷损失的大小 13、求房屋外墙的散热热流密度q 以及它的内外表面温度和。 已知：δ=360mm ，室外温度 = -10℃，室内温度 =18℃，墙的λ
=,内壁表面传热系数h1=87W/(m2.K)，外壁h2=124W/(m2.K)。已知该墙高，宽3m，求它的散热量Φ 15、空气在一根内径50mm,长的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为85℃，管壁对空气的h=73W/m.℃，热流通量q=5110W/2m。，试确定管壁温度及热流量。
C ， 16、已知两平行平壁，壁温分别为=50℃， =20℃，辐射系数 1.2 求每平方米的辐射换热量W/2m。若增加到200℃，辐射换热量变化了多少
第一章导热理论基础 [例1-1]厚度为δ的无限大平壁，λ为常数，平壁内具有均匀内热源(W/m3)，平壁x=0的一侧绝热， x=δ的一侧与温度为f t的流体直接接触进行对流换热，表面传热系数h是已知的，试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。 [例1-2] 一半径为R长度为l的导线，其导热系数λ为常数。导线的电阻率为ρ(Ω.m2/m)。导线通过电流I(A)而均匀发热。已知空气的温度为，导线与空气之间的表面传热系数为h，试写出这一稳态导热过程的完整数学描述。
1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积2260cm A =，进入吹风器的空气压力kPa p 100=，温度251=t ℃。要求吹风器出口的空气温度472=t ℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W 。 解： 1-10 一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为202m ，平均导热系数为1.04w/m.k ，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式 KW t A Q 2.7513.0)50520(2004.1=-??=?=δλ 每天用煤 d Kg /9.3101009.22.753600244=??? 1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm 的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度为15W/m 2。外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。 解： δλt q ?=，)./(06.0304004.015K m W t q =-?=?=δλ 1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w =69℃，空气温度t f =20℃，管子外径 d=14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？
解：根据牛顿冷却公式 ()f w t t rlh q -=π2 所以 ()f w t t d q h -=π＝49.33W/(m 2.k) 1-13 对置于水中的不锈钢束采用电加热的方法进行压力为1.013Pa 510?的饱和水沸腾换热实验。测得加热功率为50W ，不锈钢管束外径为4mm ，加热段长10mm ，表面平均温度为109℃。试计算此时沸腾换热的表面传热系数。 解：根据牛顿冷却公式有 t Ah ?=Φ 2.4423=?Φ=∴t A h W/(m 2.K) 1-17 有两块无限靠近的黑体平行平板，温度分别为21,T T 。试按黑体的性质及斯藩-玻尔兹曼定律导出单位面积上辐射换热量的计算式。（提示：无限靠近意味着每一块板发出的辐射能全部落到另一块板上。） 解：由题意 4 11T q f σ=; 422T q f σ=; 两板的换热量为 )(4 241T T q -=σ 1-18 宇宙空间可近似地看成为0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250℃，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量。 解：4T q εσ==0.7155250)./(1067.54428=???-K m W W/2m 1-20 半径为0.5 m 的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为0.8。航天器内电子元件的散热总共为175W 。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。
传热部分习题答案 1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度T f ,壁管温度f w T T <。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射 1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝95W/ 2 ，壁面厚δ＝2.5mm ， )./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/2。设传热壁可以看成平壁，试计算各 个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手 解： ;010526.0111== h R ;10376.55.460025.052-?===λδR ; 10724.1580011423-?===h R 则λδ++= 21111 h h K ＝ )./(2 K m W ，应强化气体侧表面传热。 1-22 在上题中，如果气侧结了一层厚为2mm 的灰，)./(116.0K m W =λ;水侧结了一层厚为1mm 的水垢)./(15.1K m W =λ。其他条件不变。试问此时的总传热系数为多少 解：由题意得 5800115.1001.05.460025.0116.0002.09511 111 2 3322111++++= ++++= h h K λδλδλδ ＝)./(2 K m W 1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm cm 30?，厚为4mm 。冬天，室内及室外温度分别为20℃及-20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W ，外表面强制对流换热表面系数为50)./(K m W 。玻璃的导热系数)./(78.0K m W =λ。试确定通过玻璃的热损失。 解： λδA Ah A h T + +?= Φ2111 ＝ -2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45)./(K m W ,0. 07)./(K m W 及)./(K m W 。冷藏室的有效换热面积为2 m ，室内外气温分别为-2℃及30℃，室内外壁面的表面传热系数可分别按 )./(2K m W 及)./(2K m W 计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小 时需带走的热量。 解：由题意得 332211212 111λδλδλδ++++-? =Φh h t t A ＝2.371.00095.007.0152.045000794.05.215.11) 2(30?+ +++-- ＝ ×3600＝
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=,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=,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=,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,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,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,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,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
传热计算题 1.在一内径为0.25cm的管轴心位置上，穿一直径为 0.005cm的细导线，用以测定气体的导热系数。当导线以0.5A 的电流时，产生的电压降为cm，测得导线温度为167℃，空心管内壁温度为150℃。 试求充入管内的气体的导热系数 试分析仪器精度之外造成结果误差的客观缘故。 2．有两个铜质薄球壳，内球壳外径为0。015m，外球壳内径为 0.1m，两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。内球用电加热，输入功率为 50w，热量稳固地传向外球，然后散发到周围大气中。两球壁上都装有热电偶，侧得内球壳的平均温度为120℃，外求壳的平均温度为50℃，周围大气环境温度为20℃；设粉粒料与球壁贴合，试求： （1）待测材料的导热系数 （2）外球壁对周围大气的传热系数 3．有一面积为10cm2带有爱惜套的热电偶插入一输送空气的长管内，用来测量空气的温度。已知热电偶的温度读数为300℃，输气管的壁温为 200℃，空气对爱惜套的对流传热系数为60w/，该爱惜套的黑度为，试估算由于辐射造成的气体温度测量误差。并表达减小测量误差的途径。已知 Stefan-Bohzman常数σ=×10-9w/m2k 。4．用两个结构尺寸相同的列管换热器按并联方式加热某中料液。换热器的管制由32根长 3m 的Ф25×3mm 的钢管组成。壳程为120℃的饱和蒸汽。料液总流量为20m3/h，按相等流量分派到两个换热器中作湍流流动，由 25℃加热到 80℃。蒸汽冷凝对流传热系数为8Kw/m2.℃，管壁及污垢热阻可不记，热损失为零，料液比热为 kg.℃，密度为 1000kg/m3。试求： （1）管壁对料液的对流传热系数 （2）料液总流量不变，将两个换热器串联，料液加热程度有何转变？ （3）现在蒸汽用量有无转变？假设有转变为原先的多少倍？ （二者情形下蒸汽侧对流传热系数和料液物性不变） 5．某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器，每台传热面积为A0=20m2（管外面积），均由128根Ф25×2.5mm的钢管组成。壳程为 170℃的饱和水蒸汽冷凝（冷凝潜热为r=2054KJ/kg），凝液只是冷。空气走管程，其入口温度t1=30℃，流量为4500kg/h 假定空气的物性参数不随温度、压力转变，可视为常数，别离为C P=，ρ=1.06Kg/m3，μ=×10-3cp ,λ=。热损失可略，管内湍流时空气的对流给热系数可用下式计算： N u= 。 （1）假设两台换热器并联利用，通过两台换热器的空气流量均等，试求空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量 m1(kg/h)
传热习题课计算题 1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。已 知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；冷水走壳程，测得进口温度为15℃，出口温度为30℃，逆流流动。（取水的比热cp=4.18某103J/kg·K） 解：换热器的传热量：Q＝qmcp(T2－T1)＝1500/3600某4.18某103 某(80－50)=52.25kW 传热温度差△tm： 热流体80→50冷流体30←155035△t1=50，△t2=35 t1502t235传热温度差△tm可用算数平均值： t1t25035tm42.5℃ 22Q52.25103K615W/m2℃ Atm242.5 2、一列管换热器，由φ25某2mm的126根不锈钢管组成。平均比热 为4187J/kg·℃的某溶液 在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由20℃加热到80℃， 温度为110℃的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的传热 系数αi为520W/m2·℃，蒸汽对管壁的传 42 热系数α0为1.16某10W/m·℃，不锈钢管的导热系数λ＝ 17W/m·℃，忽略垢层热阻和热损失。试求：（1）管程为单程时的列管长 度（有效长度，下同）
（2）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为126根）（总传热系数：以管平均面积为基准，11dmb1dm） Kidi0d0解：（1）传热量：Q＝qmcp(t2－t1)＝15000/3600某4187某(80－20)≈1.05某106W总传热系数：（以管平均面积为基准） 1dmb1dm11230.002123 Kidi0d0K5202217116.10425解得：K＝434.19W/m2·℃ 对数平均温差：110 20 11080 △t190△t230 1tmt1t2lnt1t29030ln903054.61℃ 传热面积：QKAmtmAmQKtm105.10643419.54.6144.28m2 AmndmL；列管长度：LAm44.284.87mndm126314.0.023（2）管程为4程时，只是αi变大： 强制湍流时：αi＝0.023（λ/d）Re0.8Pr0.4，u变大，Re＝ duρ/μ变大4程A＇＝1/4A（单程），则：4程时u＇=4u（单程） 0.80.8 有520＝1576.34W/m2·℃i（4程）＝4αi（单程）＝4某 4程时： 1K1dmb1dm11230.002123idi0d0K1576.342117116.10425K=1121.57W/m 2·℃
传热学计算练习题 1．某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm ，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm 、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？(%5.68) 2．在外径为140mm 的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t 的关系为λ=0.1+0.0002t （t 的单位为℃，λ的单位为W/（m·℃））。若要求每米管长的热损失Q/L 不大于450W/m ，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布(b= 71mm)( t=－501lnr －942)。 3．有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm 的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热至80℃，苯的流量为8.32kg/s 。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数(1272 W/（m 2·℃）)。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化(2215 W/（m 2·℃）)。 4．在预热器内将压强为101.3kPa 的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m ，直径为φ86×1.5mm 的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行(对流传热核准系数为1.02)，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm 。空气通过管间最狭处的流速为8m/s 。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数(56W/（m 2·℃）)。注：(空气流过15排管束时，对流传热核准系数为1.02) 5．热空气在冷却管管外流过，α2=90W/（m 2·℃），冷却水在管内流过， α1=1000W/（m 2·℃）。冷却管外径d o =16mm ，壁厚b=1.5mm ，管壁的λ=40W/（m·℃）。试求： ①总传热系数K o ；(80.8W/（m 2·℃）) ②管外对流传热系数α2增加一倍，总传热系数有何变化？(增加了82.4%) ③管内对流传热系数α1增加一倍，总传热系数有何变化？(增加了6%) 6．有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm ，流量为2000kg/h 的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh =230W/（m 2·K ），水的对流传热系数αc =290W/（m 2·K ）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；(1335 kg/h)②并流和逆流操作时所需传热面积(并流6.81 m 2，逆流5.83 m 2)；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量(46.6℃，846 kg/h)，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。 7．有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数α1=50W/（m 2·K ）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数α2=2000W/（m 2·K ），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；(t'2=61.9℃，T '2=69.9℃)②传热速率Q'比原来增加了多少？(25%) 8．为了得到热水，0.361 MPa (t s =140℃) 的水蒸气在管外凝结（如图3所示），其表面传热系数29500W/(m K) o h 。冷却水在盘管内流动，流速为0.8m/s ，黄铜管外径为18mm ，壁厚为1.5mm ，
零、基本概念 1．热流量：单位时间内所传递的热量2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为外表对流传热，简称对流传热。5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为外表辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W ／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W ／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W ／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 11．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。12．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面〔或线〕。 13．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。 14．热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。 15．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。16．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。17．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。 18．傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。 19．定解条件(单值性条件)：使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。 20．热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动状态改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。 21．吸收比：投射到物体外表的热辐射中被物体所吸收的比例。 22．反射比：投射到物体外表的热辐射中被物体外表所反射的比例。 23．黑体、透明体、白体24．透明体：透射比τ= 1的物体 25．黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。26．辐射力：单位时间内物体的单位辐射面积向外界(半球空间)发射的全部波长的辐射能。 27．角系数：从外表1发出的辐射能直接落到外表2上的百分数。 一、概念题 1、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。 答：有以下换热环节及传热方式： （1）由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热； （2）由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热； （3）由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。 2、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？ 答：有以下换热环节及传热方式： （1）室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热； （2）墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热； （3）墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。