一、填空题
1、按热量传递的途径不同，我们一般把传热分为 、 、 三种方式。
2、按冷热流体接触的方式不同，我们一般把传热分为 、 、 三种方式。
3、常见的加热介质有 、 、 、 、 等。
4、按传热管的结构形式可分为 、 、 、 换热器等。
5、列管换热器是由 、 、 、 和封头等部分组成。
6、设置列管式换热器折流挡板的目的是 。
7、列管式换热器热补偿的方式有 、 、 。
8、在间壁式换热器中，总传热过程由下列步骤所组成：首先是热流体和管外壁间的_____
传热，将热量传给管外壁面；然后，热量由管的外壁面以____________方式传给管的内壁面
最后，热量由管的内壁面和冷流体间进行_________________传热。
9、采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T 1/
、加热蒸汽压力P 不变，
现冷体流量增加，则冷流体出口温度T 2/_______，传热速率Φ______，总传热系数K _______ ,
传热平均温度差△T m ________。
10、某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A 和B ，温度分布线
如右上图（b ）中所示，则λA ______λB (填“﹥”或 “﹤”)，将______
层材料放在里层时保温效果更好。
11、若间壁侧流体的传热过程α1，α2相差较大（α1<<α2），K 值接近_____________侧的
值。
12、金属固体的导热系数是随温度的升高而 ，非金属固体的导热系数是随温度的升
高而 。水和甘油的导热系数是随着温度的升高而 。
13、在导热速率方程式为δ
λt S Q ?=，中λ称为： ，单位是 ；
14、两流体在列管换热器中并流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 ;
在逆流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 因此，在 流传热时，
载热体的用量少 。
15、传热的基本方式可分为 、 、 三种。间壁式换热器传热过程强
化的途径主要有 、 、
三种。
16. 在平壁稳定热传导过程中，通过三层厚度相同的平壁，每层间温度变化如图所示。试判
断λ1、λ2、λ3的大小顺序，以及每层热阻R1、R2、R3的大小顺序。
t w1
t w4
17、圆筒壁的热传导与平壁的热传导不同之处在于：。
18、通过三层平壁的热传导中，假设各层壁面间接触良好，若测得各层壁面温度t W1，t W2，
t W3,和t W4分别为600℃、500℃、200℃和100℃，各层热阻之比为。19、总热阻是由热阻的那一侧的对流传热所控制，即当两个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的那一侧的a值，亦即尽量其中最大的分热阻。
20、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。
21、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）。
22、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，其两侧的温差愈小。
23、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。
25、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R1 > R2 > R3，各层导热速率Q1 = Q2 = Q3。30、在钢、水、软木之间，导热效果最佳的是，保温效果最佳的是。
26、将单程列管式换热器改为双程的作用是__________，但这将使________减小，______ 增大。
27、传热推动力为，在稳定的串联传热中，某一步的热阻愈小，其对应的推动力愈。
28、将列管换热器做成多管程的目的是
；在壳程设置折流挡板的目的是
。
29、在列管式换热器中，用水冷凝乙醇蒸气，乙醇蒸汽宜安排走。
30、导致列管式换热器传热效率下降的原因有、、等。
二、选择题
1、温度升高，固体金属的热导率（）
A、升高
B、降低
C、不变
D、不确定
2、工业上，凉水塔的换热方式是（）
A、混合式
B、间壁式
C、蓄热式
D、辐射式
3、下面不是工业上常用的冷却剂是（）
A、水
B、空气
C、熔盐
D、盐水
4、工业上某流体需冷却至-2℃，我们可以选择（）冷却介质。
A、水
B、空气
C、熔盐
D、盐水
5、用于加热冷凝的液体，使其再受热汽化，且为蒸馏过程的专用设备（）。
A、冷却器
B、预热器
C、过热器
D、再沸器
6、下面不是沉浸式蛇管换热器的优点的是（）
A、结构简单
B、能承受高压
C、传热面积大而且可以改变
D、价格低廉
7、下面不是喷淋式蛇管换热器的缺点的是（）
A、喷淋不均匀
B、不适用周围环境要求干燥的场所
C、占地面积大
D、管外给热系数小
8、固定管板式换热器热补偿的方式为（）
A、膨胀节
B、内浮头
C、U形管
D、无特别的补偿方式
9、下面不是固定管板式换热器缺点为（）
A、壳程清洗困难
B、检修困难
C、管程清洗困难
D、热补偿较困难
10、下面对换热介质清洁度要求较高的场合是（）
A、固定管板式换热器壳程
B、固定管板式换热器管程
C、浮头式换热器壳程
D、U 形管式换热器壳程
11、下列列管式换热器操作程序哪一种操作不正确（）。
A.开车时，应先进冷物料，后进热物料
B.停车时，应先停热物料，后停冷物料
C.开车时要排出不凝气
D.发生管堵或严重结垢时，应分别加大冷、热物料流量，以保持传热量
12、导致列管式换热器传热效率下降的原因可能是（）。
A.列管结垢或堵塞
B.不凝气或冷凝液增多
C.管道或阀门堵塞
D.以上三种情况
13、对于工业生产来说，提高传热膜系数最容易的方法是( )。
A. 改变工艺条件
B. 改变传热面积
C. 改变流体性质
D. 改变流体的流动状态
14、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
15、用120℃的饱和水蒸汽加热常温空气。蒸汽的冷凝膜系数约为2000W/(m2?K),空气的膜系数约为60W/(m2?K)，其过程的传热系数K及传热面壁温接近于（）。
A、2000W/(m2?K)，120℃；
B、2000W/(m2?K)，40℃；
C、60W/(m2?K)，120℃；
D、60W/(m2?K)，40℃
16、列管换热器的传热效率下降可能是由于（）。
A、壳体内不凝汽或冷凝液增多；
B、壳体介质流动过快；
C、管束与折流板的结构不合理；
D、壳体和管束温差过大
17、对间壁两侧流体一侧恒温、另一侧变温的传热过程，逆流和并流时?tm的大小为（）。
A、?tm逆>?tm慕；
B、?tm逆
C、?tm逆=?tm慕；
D、不确定
18、对于列管式换热器，当壳体与换热管温度差（）时，产生的温度差应力具有破坏性，因此需要进行热补偿。
A、大于45℃；
B、大于50℃；
C、大于55℃；
D、大于60℃
19、夏天电风扇之所以能解热是因为（）。
A、它降低了环境温度
B、产生强制对流带走了人体表面的热量
C、增强了自然对流
D、产生了导热
20、用饱和水蒸气加热空气时，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
D、无法确定
21、要求热流体从300℃降到200℃，冷流体从50℃升到260℃，宜采用（）换热。
A、逆流
B、并流
C、并流或逆流
D、以上都不正确
22、气体的导热系数数值随温度的变化趋势为（）
A.T升高，λ增大
B.T升高，λ减小
C.T升高，λ可能增大或减小
D.T变化，λ不变
23、一套管换热器，环隙为120℃蒸汽冷凝，管内空气从20℃被加热到50℃，则管壁温度应接近于（）；
A、35℃
B、120℃
C、77.5℃
D、50℃
24、管壳式换热器启动时，首先通入的流体是( )。
A、热流体
B、冷流体
C、最接近环境温度的流体
D、任意
25、换热器中被冷物料出口温度升高，可能引起的有原因多个，除了( )。
A、冷物料流量下降
B、热物料流量下降
C、热物料进口温度升高
D、冷物料进口温度升高
26、某反应为放热反应，但反应在75℃时才开始进行，最佳的反应温度为115℃。下列最合适的传热介质是：（）
A、导热油；
B、蒸汽和常温水；
C、熔盐；D热水
27、列管换热器停车时（）
A.先停热流体，再停冷流体
B.先停冷流体，再停热流体
C.两种流体同时停止
D.无所谓
28、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（）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
A、②>④>③>①
B、③>④>②>①
C、.③>②>①>④
D、②>③>④>①
29、某厂已用一换热器使得烟道气能加热水产生饱和蒸汽。为强化传热过程，可采取的措施中（）是最有效，最实用的。
A、提高烟道气流速
B、提高水的流速
C、在水侧加翅片
D、换一台传热面积更大的设备
30、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为（）。
A、传导和对流
B、传导和辐射
C、传导、对流和辐射，但对流和辐射是主要的。
31、对于工业生产来说，提高传热膜系数最容易的方法是( )。
A. 改变工艺条件
B. 改变传热面积
C. 改变流体性质
D. 改变流体的流动状态
32、对流传热膜系数的单位是（）。
A 、W/(m2·℃) B、J/(m2·℃) C、W/(m·℃) D、J/(S·m·℃)
33、金属的纯度对导热系数的影响很大，一般合金的导热系数比纯金属的导热系数会
A、增大
B、减小
C、相等
D、不同金属不一样
34、对流传热时流体处于湍动状态，在滞流内层中，热量传递的主要方式是（）
A、传导
B、对流
C、辐射
D、传导和对流同时
35、稳定的多层平壁的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（）。
A. 愈大
B. 愈小
C. 不变
D.无法确定
36、在列管式换热器中，用水冷凝乙醇蒸气，乙醇蒸汽宜安排走（）。
A. 管程
B. 壳程
C. 管、壳程均可
D.无法确定
37、列管换热器中下列流体宜走壳程的是（）。
A、不洁净或易结垢的流体
B、腐蚀性的流体
C、压力高的流体
D、被冷却的流体
38、多层串联平壁稳定导热，各层平壁的导热速率（）。
A、不相等；
B、不能确定；
C、相等；
D、下降。
39、空气、水、金属固体的导热系数分别为λ1、λ2、λ3，其大小顺序正确的是（）。
A、λ1>λ2>λ3 ；
B、λ1<λ2<λ3；
C、λ2>λ3>λ1 ；
D、λ2<λ3<λ1
40、为减少圆形管导热损失，采用包覆三种保温材料a、b、c，若三层保温材料厚度相同，导热系数λa>λb>λc，则包覆的的顺序从内到外依次为（）
A、a、b、c；
B、b、a、c；
C、c、a、b；
D、c 、b、a
41、水蒸气在列管换热器中加热某盐溶液,水蒸气走壳程。为强化传热,下列措施中最为经济有效的是( )。
A、增大换热器尺寸以增大传热面积；
B、在壳程设置折流挡板；
C、改单管程为双管程；
D、减小传热壁面厚度
42、下列不能提高对流传热膜系数的是（）。
A、利用多管程结构
B、增大管径；
C、在壳程内装折流挡板；
D、冷凝时在管壁上开一些纵槽
三、判断题
1、工业上传热一般是单个热量的传递形式完成的。（）
2、金属的热导率大多随其纯度的增高而增大。（）
3、气体的热导率随温度升高而增大。（）
4、加热炉辐射室的作用是回收烟气余热。（）
5、混合式换热器是实际生产中应用最为广泛的一种形式（）
6、夹套式换热器主要应用于反应过程的加热。（）
7、夹套式换热器蒸汽由上部接管进入夹套，冷凝水则由下部接管流出。（）
8、喷淋式蛇管换热器与沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修和清洗、传热效果也较好等
优点（）
9、套管式换热器适用于所需传热面积小，小容积流量的流体的场合。（）
10、列管换热器是一种传统的，应用最广泛的热交换设备，在高温高压以及大型装置中得到
普遍应用。（）
11、U形管换热器采用补偿圈（膨胀节）来抵消热应力。（）
12、浮头式换热器适用于壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合。（）
13、饱和蒸汽一般宜走壳程。（）
14、黏度大、流量小的流体宜选管程。（）
15、换热器生产过程中，物料的流动速度越大，换热效果越好，故流速越大越好。（）
16、在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的T流传热系数，而
壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。（）
17、换热器冷凝操作应定期排放蒸汽侧的不凝气体。（）
18、列管式换热器中设置补偿圈的目的主要是便于换热器的清洗和强化传热。（）
19、当流量一定时，管程或壳程越多，给热系数越大。因此应尽可能采用多管程或多壳程换
热器。（）
20、冷热流体进行热交换时，流体的流动速度越快，传热热阻越大；（）
21、层流内层影响传热、传质，其厚度越大，传热、传质的阻力越大。（）
22、用饱和水蒸汽加热某反应物料。让水蒸汽走管程，以减少热量损失。（）
23、某反应为放热反应，但反应在75℃时才开始进行，最佳的反应温度为115℃，最合适的
传热介质热水。（）
24、管壳式换热器启动时，首先通入的流体是冷介质。（）
25、在稳定的串联传热中，某一步的热阻愈小，其对应的推动力愈大。（）
26、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。
（）27、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，则该壁面的热阻愈小，
其两侧的温差愈小。（）
28、减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。（）
四、计算题
1、在内管为φ189×10mm的套管换热器中，将流量为 3500kg/h的某液态烃从 100℃冷却到60℃，其平均比热 C P烃=2.38kJ/kg.℃，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃，平均比热Ｃp水＝4.17kJ/kg.℃，基于传热外面积的总传热系数K0=2000W/m2·℃, 设其值恒定, 忽略热损失。试求： A)冷却水用量；B)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。
2、一单程列管式换热器, 由直径为Φ25×2.5 mm的钢管束组成。苯在换热器的管内流动, 流量为1.25 kg/s，由80℃冷却到30℃，冷却水在管间和苯呈逆流流动, 进口水温为20℃, 出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为1.70和0.85 kW／(ｍ2·℃)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为1.9 kJ/(kg·℃), 管壁材料的导热系数为45 W/(m·℃)。
3、 一单壳程单管程列管换热器, 由多根Φ25×2.5mm 的钢管组成管束, 管程走某有机溶
液, 流速为0.5m/s ，流量为15T/h,比热为1.76kJ/kg.K,密度为858kg/m 3,温度由20℃加热
至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的对流传热系数分别为700W/m 2K 和
10000W/m 2K 。钢导热系数为45W/m.K 。垢层热阻忽略不计。
求:A)此换热器的总传热系数; (以外表面积为基准)
B)此换热器的管子根数及管长;
C)在冷流体温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要采取什么措施？
4、90℃的正丁醇，在逆流操作的换热器中被冷却到50℃，正丁醇的流量为1930kg/h ，冷却
介质为18℃水，换热器的传热面积为6m 2，总传热系数K=230W/m 2.℃，热损失不计。求：
② 冷却水出口温度；
③ 冷却水消耗量。 ７０℃正丁醇Ｃp ＝２.９８kJ/kg.℃
水 Ｃp ＝４.１８７kJ/kg.℃
生产要求？
原来的多少倍才能满足试问此换热器管长增为失忽略不计，发生变化，换热器的损温度，流量及物性均不假设水和液体的进出口，体进出口温度降至。现因生产任务要求液和体的进出口温度分别为，液
和出口温度分别为水冷却某液体，水的进、在逆流换热器中，用C C C C C 00000707515080 155
6、在一逆流操作的列管换热器中，用初温为30℃的比热容为2.2kJ/(kg ·℃）的原油，将流量3kg/s 的比热容为1.9kJ/（kg ·℃）的重油由180℃冷却到120℃，原油的出口温度为80℃。换热器的总传热系数K 0=120w/(m 2·℃），试求：
（1）原油的用量
（2）换热器所需的传热面积。
7、在一列管式换热器中，将某种油品由25℃加热到60℃，油在换热器管内流动，其流量为4kg/s ，油的平均比热容为1.8kJ/(kg ·℃)。加热剂为100℃的饱和水蒸汽，在其换热管外冷凝，已知总传热系数为720W/(m 2·℃)。换热器的列管为φ25mm ×2.5mm ，管长3m ，试求该换热器所需的管子数。
8、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℃。苯的比热容1.86×103J/（kg ·K ）换热器的总传热系数为400W/（m 2·K ），试求：
①冷却水消耗量；
②逆流操作时所需的管长。
9、在一列管式换热器中，将某种油品由25℃加热泪盈眶到60℃，油在换热器管内流动，其流量为4kg/s ，油的平均比热容为1.8kJ/(kg ·℃)。加热剂为100℃的饱和水蒸汽，在其换热管外冷凝，已知总传热系数为720W/(m 2·℃)。换热器的列管为φ25mm ×2.5mm ，管长3m ，试求该换热器所需的管子数。
一、填空题
1、热传导、热辐射、热对流
2、混合式、间壁式、蓄热式
3、蒸汽、热水、烟道气、溶盐、矿物油
4、蛇管式、夹套式、套管式、列管式
5、壳体、管束、管板、折流挡板
6、提高管外流体的对流传热系数
7、膨胀节、U型管、内浮头
8、对流、热传导、对流
9、降低、提高、提高、提高
10、<、λA
11、α1
12、降低、增加、增加
13、热导率、W/(m.K)
14、热流体出口温度、热流体进口温度、逆流
15、热传导、热辐射、热对流、提高K、提高S、提高温差
16、λ1〉λ2〉λ3；R1〈 R2〈 R3
17、传热面积不同
18、1：3：1
19、小；小
20、空气、饱和水蒸汽
21、傅立叶定律；大；大；大；大
22、小、小
23、滞离层内（或热边界层内）；提高流体湍动程度
24、膨胀节、采用浮头式、 U管式结构
25、R1 > R2 > R3 ；Q1 = Q2 = Q3 ；钢、软木
26、提高管外流体的对流传热系数；生产能力、压降
27、温差、小
28、提高管外流体的对流传热系数；提高管内流体的对流传热系数
29、壳程
30、列管结垢或堵塞、不凝气或冷凝液增多、管道或阀门堵塞
二、选择题
1、B ；
2、A ；
3、C ；
4、D ；
5、D；
6、C ；
7、D；
8、A；
9、C； 10、A；
11、D；12、D； 13、D； 14、B； 15、C； 16、A ；17、C； 18、B； 19、B； 20、A 21、A；22、A； 23、B；24、B；25、B；26、D；27、A；28、D；29、A；30、C；
传热过程： 热量从壁一侧的高温流体通过壁传给另一侧的低温流体的过程。 导热系数： 物体中单位温度降单位时间通过单位面积的导热量。 热对流： 只依靠流体的宏观运动传递热量的现象称为热对流。 表面传热系数： 单位面积上，流体与壁面之间在单位温差下及单位时间内所能传递的能量。 保温材料： 国家标准规定，凡平均温度不高于350度导热系数不大于0.12w/（m.k ）的材料。 温度场： 指某一时刻空间所有各点温度的总称。 热扩散率： a=c ρλ 表示物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向均匀一致的能力。 临界热绝缘直径c d ：对应于总热阻l R 为极小值的保温层外径称为临界热绝缘直径。 集中参数法： 当1.0B i 时，可以近似的认为物体的温度是均匀的，这种忽略物体内部导热热阻，认 为物体温度均匀的分析方法。 辐射力： 单位时间内，物体的每单位面积向半球空间所发射全波长的总能量。 单色辐射力： 单位时间内，物体的每单位面积，在波长λ附近的单位波长间隔内，向半球空间发射的 能量。 定向辐射力： 单位时间内，物体的每单位面积，向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角内所 发射全波长的能量。 单色定向辐射力： 单位时间内，物体的每单位面积，向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角 内所发射在波长λ附近的单位波长间隔内的能量。 辐射强度： 单位时间内，在某给定辐射方向上，物体在与发射方向垂直的方向上的每单位投影面积，在 单位立体角内所发射全波长的能量称为该方向的辐射强度。 有效辐射：单位时间离开单位面积表面的总辐射能。 辐射隔热：为减少表面间辐射换热而采用高反射比的表面涂层，或在表面加设遮热板，这类措施称为辐 射隔热。 黑体： 能全部吸收外来射线，即1=α的物体。 白体： 能全部反射外来射线，即1=ρ的物体，不论是镜面反射或漫反射。 透明体： 能被外来射线全部透射，即1=τ的物体。 热流密度： 单位时间单位面积上所传递的热量。 肋片效率： 衡量肋片散热有效程度的指标，定义为在肋片表面平均温度m t 下，肋片的实际散热量φ与 假定整个肋片表面处在肋基温度o t 时的理想散热量o φ的比值。
传热学（一） 第一部分选择题 1. 在稳态导热中 , 决定物体内温度分布的是 ( ) A. 导温系数 B. 导热系数 C. 传热系数 D. 密度 2. 下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响 ?( ) A. 雷诺数 B. 雷利数 C. 普朗特数 D. 努谢尔特数 3. 单位面积的导热热阻单位为 ( ) A. B. C. D. 4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 ( ) 自然对流。 A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 无法比较 5. 对流换热系数为 100 、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A. B. C. D. 6. 流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则（） A. 粗管和细管的相同 B. 粗管内的大 C. 细管内的大 D. 无法比较 7. 在相同的进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差的关系为（） A. 逆流大于顺流 B. 顺流大于逆流 C. 两者相等 D. 无法比较 8. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的（） A. 有效辐射 B. 辐射力 C. 反射辐射 D. 黑度 9. （）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。 A. 灰体 B. 磨光玻璃 C. 涂料 D. 黑体 10. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，而遮热板表面的黑度应（） A. 大一点好 B. 小一点好 C. 大、小都一样 D. 无法判断 第二部分非选择题
?填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分） 11. 如果温度场随时间变化，则为。 12. 一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时。 13. 导热微分方程式的主要作用是确定。 14. 当 d 50 时，要考虑入口段对整个管道平均对流换热系数的影响。 15. 一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时。 16. 膜状凝结时对流换热系数珠状凝结。 17. 普朗克定律揭示了按波长和温度的分布规律。 18. 角系数仅与因素有关。 19. 已知某大平壁的厚度为 15mm ，材料导热系数为 0.15 ，壁面两侧的温度差为 150 ℃，则通过该平壁导热的热流密度为。 20. 已知某流体流过固体壁面时被加热，并且，流体平均温度为 40 ℃，则壁面温度为。 ?名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21. 导热基本定律 22. 非稳态导热 23. 凝结换热 24. 黑度 25. 有效辐射 ?简答题( 本大题共 2 小题 , 每小题 8 分 , 共 16 分 ) 26. 简述非稳态导热的基本特点。 27. 什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？ ?计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分）
1.热量传递的三种基本方式？机理？自然界是否存在单一的热量传递方式？举例 答：三种方式为热传导，热辐射，热对流。热传导是物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。热对流是由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热辐射是物体通过由于热的原因而产生的电磁波来传递能量的方式。存在，太阳与地球间的热辐射，固体的热量由热的一端流向冷的一端。 2.导热系数及不同相态的材料导热系数差异？ 答：n x t q ??=λ，一般来说，导热系数：对于不同物质，金属固体＞非金属固体＞液体＞气体；对于同种物质，固态＞液态＞气态。它与物质的种类及热力学状态（温度、压力）等有关。 3．导热、对流、辐射换热之间的区别？ 答：导热与辐射中物体各部分是不发生相对位移的，而对流中流体各部分发生相对位移。导热与对流均需要介质才能传递热量且无能量形式的转换，而辐射则不需要介质且有伴随着能量形式的转换。 4.什么是温度场？什么是温度梯度？ 答：各个时刻物体的各点温度所组成的集合称为温度场。温度梯度是温度变化的速度与方向，它是温度变化最剧烈的方向。 5.等温线的概念与性质？ 答：温度场在同一瞬间相同温度的各点连成的线叫等温线。物体中的任一条等温线要么形成一个封闭的曲线，要么终止在物体表面上，它不会与另一条等温线相交。当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相等时，等温线的疏密可直观的反映出不同区域导热热流密度的相对大小，等温线越密，热流密度越大。 6.导热微分方程及其理论依据？ 答：Φ+????+????+????=??)()()(z t z y t y x t x t pc λλλτ，依据为能量守恒定律，即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。 7.定解条件及常见边界条件？ 答：定解条件：使微分方程获得某一特定问题的解的附加条件。1）初始条件：给出初始时刻的温度分布2）边界条件：给出导热物体边界上的温度或换热情况。第一类边界条件：规定了边界上的温度值。第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及流体温度tf 。对稳态问题只需边界条件。 8.肋片导热的特点及加肋的原因？ 答：特点：肋片伸展的方向上有表面的对流传热及辐射传热，因而肋片中沿导热热流方向上热流量是不断变化的。原因：采用肋片可有效的增加换热面积，增加对流传热量。 9.非稳态导热的基本概念及其区别于稳态导热的基本特点？ 答：物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。区别：非稳态导热过程中在热量传递方向上不同位置处的导热量是不同的。 10.什么叫集中参数法？实质？使用时应注意什么问题？ 答：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。实质是固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，任何时刻固体内部的温度都趋于一致，以致于可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下。应注意只适用于当Bi=hl ／λ≤0.1(平板)、0.05（圆柱）、0.033（球）时。 11.试说明无限大平板的概念并举例子，可以按无限大平板来处理的非稳态导热问题？ 答：从X=0的界面开始可以向正向以及上、下方向无限延伸，而在每一个与X 坐标垂直的截面上物体的温度都相等的物体。例子：一块几何上为有限厚度的平板，起初具有均匀的温度，然后其一侧表面突然受到热扰动。当扰动的影响还局限在表面附近而尚未深入到平板内部去时，就可把该平板视为—“半无限大物体”。 12.对流换热定义？对流换热系数是怎样定义出来的？影响h 的因素？研究h 的常用方法？ 答：流体流过固体表面时流体与固体间的热量交换称为对流传热。m t A h ??Φ=。影响因素：（1）流体流动 的动因（2）有无相变（3）流动状态（4）换热表面的几何因素（5）流体的物理性质。研究方法：（1）
简答分析题 1．牛顿冷却公式中的△t改用热力学温度△T是否可以？ 2．何谓定性温度，一般如何取法。 3．天花板上“结霜”，说明天花板的保温性能是好还是差。 4．同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么？ 5．何谓传热方程式，并写出公式中各符号的意义及单位。 6．在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？ 7．毕渥数和努谢尔数有相同的表达式，二者有何区别？ 8．在圆筒壁敷设保温层后，有时反而会增加其散热损失，这是为什么？ 9．冬天，在同样的温度下，为什么有风时比无风时感到更冷？ 10．试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。 11．比较铁、铜、空气、水及冰的导热系数的大小。 12．在空调的房间里，室内温度始终保持在20℃，但在夏季室内仅需穿件单衣，而在冬季却需要穿毛衣，这是什么原因？ 13．冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。 14．有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快些，你认为他应搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？ 15．窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳使人感到暖和？ 16.一铁块放入高温炉中加热，从辐射的角度分析铁块的颜色变化过程 17.我们看到的物体呈现某一颜色，解释这一现象。 18.北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下二面哪一面易结箱?为什么? 19.夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ 20.为什么水壶的提把要包上橡胶？ 22.某管道外经为2r，外壁温度为tw1，如外包两层厚度均为r（即δ2＝δ3＝r）、导热系数分别为λ2和λ3（λ2 / λ3=2）的保温材料，外层外表面温度
传热学试题 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间所传递的热量 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。 7．对流传热系数：单位时间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。 （单位时间所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2） 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。 （传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量，W／(m2·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。 （W／(m·K)，W／(m2·K)，W／(m2·K)）
1、热量传递的三种基本方式？机理？自然界就是否存在单一的热量传递方式？举例 答:三种方式为热传导,热辐射,热对流。热传导就是物体各部分之间不发生相对位移,依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。热对流就是由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移,冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热辐射就是物体通过由于热的原因而产生的电磁波来传递能量的方式。存在,太阳与地球间的热辐射,固体的热量由热的一端流向冷的一端。 2、导热系数及不同相态的材料导热系数差异？ 答: = λ一般来说,导热系数:对于不同物质,金属固体＞非金属固体＞液体＞气体;对于同种物质,固态＞液态＞气态。它与物质的种类及热力学状态(温度、压力)等有关。 3.导热、对流、辐射换热之间的区别？ 答:导热与辐射中物体各部分就是不发生相对位移的,而对流中流体各部分发生相对位移。导热与对流均需要介质才能传递热量且无能量形式的转换,而辐射则不需要介质且有伴随着能量形式的转换。 4、什么就是温度场？什么就是温度梯度？ 答:各个时刻物体的各点温度所组成的集合称为温度场。温度梯度就是温度变化的速度与方向,它就是温度变化最剧烈的方向。 5、等温线的概念与性质？ 答:温度场在同一瞬间相同温度的各点连成的线叫等温线。物体中的任一条等温线要么形成一个封闭的曲线,要么终止在物体表面上,它不会与另一条等温线相交。当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相等时,等温线的疏密可直观的反映出不同区域导热热流密度的相对大小,等温线越密,热流密度越大。 6、导热微分方程及其理论依据？ 答: Φ+????+????+????=??)()()(z t z y t y x t x t pc λλλτ,依据为能量守恒定律,即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。 7、定解条件及常见边界条件？ 答:定解条件:使微分方程获得某一特定问题的解的附加条件。1)初始条件:给出初始时刻的温度分布2)边界条件:给出导热物体边界上的温度或换热情况。第一类边界条件:规定了边界上的温 度值。第二类边界条件:规定了边界上的热流密度值。第三类边界条件:规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及流体温度tf 。对稳态问题只需边界条件。 8、肋片导热的特点及加肋的原因？ 答:特点:肋片伸展的方向上有表面的对流传热及辐射传热,因而肋片中沿导热热流方向上热流量就是不断变化的。原因:采用肋片可有效的增加换热面积,增加对流传热量。 9、非稳态导热的基本概念及其区别于稳态导热的基本特点？ 答:物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。区别:非稳态导热过程中在热量传递方向上不同位置处的导热量就是不同的。 10、什么叫集中参数法？实质？使用时应注意什么问题？ 答:忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。实质就是固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时,任何时刻固体内部的温度都趋于一致,以致于可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下。应注意只适用于当Bi=hl ／λ≤0、1(平板)、0、05(圆柱)、0、033(球)时。 11、试说明无限大平板的概念并举例子,可以按无限大平板来处理的非稳态导热问题？ 答:从X=0的界面开始可以向正向以及上、下方向无限延伸,而在每一个与X 坐标垂直的截面上物体的温度都相等的物体。例子:一块几何上为有限厚度的平板,起初具有均匀的温度,然后其一侧表面突然受到热扰动。当扰动的影响还局限在表面附近而尚未深入到平板内部去时,就可把该平板视为—“半无限大物体”。 12、对流换热定义？对流换热系数就是怎样定义出来的？影响h 的因素？研究h 的常用方法？ 答:流体流过固体表面时流体与固体间的热量交换称为对流传热。m t A h ??Φ = 。影响因素:(1)流体流动的动因(2)有无相变(3)流动状态(4)换热表面的几何因素(5)流体的物理性质。研究 方法:(1)分析法(2)实验法(3)比拟法(4)数值法。 13、傅里叶定律中的负号起什么作用？牛顿冷却公式就是如何解决的？)(w s t t h q -=与)(s w t t h q -=两式各自描述什么对流换热？ 答:负号说明热量传递方向与温度升高方向相反。牛顿冷却公式就是通过定义温差△t 的概念来解决的。△t 恒大于0、。)(w s t t h q -=就是凝结换热,而)(s w t t h q -=则就是计算流体 沸腾时的换热量。其中s t 为饱与流体温度,w t 为壁面温度。 14、流体流动边界层及其厚度与热边界层及其厚度的定义？边界层理论的要点？ 答:流动边界层:当流体流过固体壁面时,由于流体黏性的作用使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层。达到主流速度的99%处距离y 为流动边界层厚度δ。热边界层:固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层。一般以过余温度为来流过余温度的99%处定义为其厚度δt 。要点:1、边界层厚度远小于特征长度;2、边界层到过渡区,再到湍流,湍流分为湍流核心区,层流底层;3、把流场分为主流区与边界层区;4主流区列出惯性流体微分方程,边界层区列粘性流体微分方程。 15、相似原理的主要内容？怎么判断两物理现象相似？相似原理的用途？通过相似原理对于强制对流换热,自然对流换热,非稳态无限大平板问题可以表示成什么无因次量的函数关系？ 答:主要内容:同名相似特征数相等;同一类现象中相似特征数的数量及其间的关系;两个同类物理现象相似的充要条件。判断:同名的已定特征数相等;单值性条件相似(初始条件、边界条件、
总复习题 基本概念 : ?薄材 : 在加热或冷却过程中 , 若物体内温度分布均匀 , 在任意时刻都可用一个温度来代表整个物体的温度 , 则该物体称为 ----. ?传热 : 由热力学第二定律 , 凡是有温差的地方 , 就有热量自发地从高温物体向低温物体转移 , 这种由于温差引起的热量转移过程统称为 ------. ?导热 : 是指物体内不同温度的各部分之间或不同温度的物体相接触时 , 发生的热量传输的现象 . 物体各部分之间不发生相对位移，仅依靠物体内分子原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递成为热传导简称导热 ?对流 : 指物体各部分之间发生相对位移而引起的热量传输现象 . 由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互渗混所导致的热量传递过程 ?对流换热 : 指流体流过与其温度不同的物体表面时 , 流体与固体表面之间发生的热量交换过程称为 ------. ?强制对流 : 由于外力作用或其它压差作用而引起的流动 . ?自然对流 : 由于流体各部分温度不同 , 致使各部分密度不同引起的流动 . ?流动边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 由于粘滞力的作用 , 壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的速度迅速下降为零 , 而在这一流层外 , 流体的速度基本达到主流速度 . 这一流体层即为 -----. ?温度边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 会在壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的温度迅速变化 , 而在这一流层外 , 流体的温度基本达到主流温度 . 这一流体层即为 -----. ?热辐射 : 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程称为 ------. 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程成为热辐射 ?辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的全部波长的辐射能的总量 . ?单色辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的波长在λ -- λ +d λ 范围内的辐射能量 . ?立体角 : 是一个空间角度 , 它是以立体角的角端为中心 , 作一半径为 r 的半球 , 将半球表面上被立体角切割的面积与半径平方 r 2 的比值作为 ------ 的大小 . ?定向辐射强度 : 单位时间内 , 在单位可见面积 , 单位立体角内发射的全部波长的辐射能量称为 ----. ?传质 : 在含有两种或两种以上组分的流体内部 , 如果有浓度梯度存在 , 则每一种组分都有向低浓度方向转移 , 以减弱这种浓度不均匀的趋势 . 物质由高浓度向低浓度方转移过程称为 ----.
第三节传热基本方程及传热计算 可知，要强化传热过程主要应着眼于增加推动力和减少热阻， 也就是设法增大 t m 或者 增大传热面积A 和传热系数K 。 在生产上，无论是选用或设计一个新的换热器还是对已有的换热器进行查定，都是建 立在上述基本方程的基础上的， 传热计算则主要解决基本方程中的 Q ，A,K, tm 及有关量的 计算。传热基本方程是传热章中最主要的方程式。 、传热速率Q 的计算 冷、热流体进行热交换时，当热损失忽略，则根据能量守恒原理，热流体放出热 量Qh ，必等于冷流体所吸收的热量 Qc ，即Qn Qc ，称之热量衡算式。 i.i. 无相变化时热负荷的计算 (1) ( 1)比热法 Q m h c ph T 1 T 2 m c C pc t 2 11 式中 Q ――热负荷或传热速率， J .S 1或W ； mh ， mc ――热、冷流体的质量流量， kg.s -1; Cpc,Cph ――冷、热流体的定压比热，取进出口流体温度的算术平均值下的比热， k J . (kg.k ) -1; T 1 ，T 2——热流体进、出口温度，K(° C ); t 1 ，t 2 —冷流体的进出口温度，K(° C )。 (2) 热焓法 Q m(l 1 I 2) (4 — 13) 式中 丨 1 ――物料始态的焓，k J .kg -1； I 2 ――物料终态的焓，k J .kg -1。 2 ?有相变化时热负荷计算 Q Gr (4—14) 式中 G ――发生相变化流体的质量流量， kg.s -1; r ---- 液体汽化(或蒸汽冷凝)潜热， k J .kg -1。 注意：在热负荷计算时，必须分清有相变化还是无相变化， 然后根据不同算式进行计算。 对蒸汽的冷凝、冷却过程的热负荷，要予以分别计算而后相加。 当要考虑热损失时，则有： 从传热基本方程 或 Q kA t m t Q m 1 kA 传热推动力 传热热阻 (4-11) (4-lla) (4-12)
《传热学》试题库 第一章概论 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。 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。 四、简答题 1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。 （提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式） 2．请说明在传热设备中，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：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况）3. 试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么? （提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)） 4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? （提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。） 5．结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。 （提示：学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等） 6．在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。 （提示：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主
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+=+=+?=+ 21000.30.00030.30.00030.3150.000152 t 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0.1 W /(m·℃)，B 层保温材料的厚度为100 mm ，导热系数为1.0 W /(m·℃)，设A 的内层温度和B 的外层温度分别为170 ℃和40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？
知识点4－4 传热过程计算 【学习指导】 1．学习目的 通过本知识点的学习，掌握换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算。在传热计算的两种方法中，重点掌握平均温度差法，了解传热单元数法及应用场合。 2．本知识点的重点 换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差法进行传热计算。 3．本知识点的难点 传热单元数法。 4．应完成的习题 4-4 在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为φ25×2.5 mm的钢管，其导热系数为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2600 W/(m2·℃)，热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2·℃)。试求基于管外表面积的总传热系数以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。 4-5 在一传热面积为40m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30000kg/h，其温度由22℃升高到36℃。溶液温度由115℃降至55℃。若换热器清洗后，在冷、热流体量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设： （1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)； （2）两种情况下，αi、αo分别相同；
（3）忽略壁面热阻和热损失。 4-6 在套管换热器中用水冷却油，油和水呈并流流动。已知油的进、出口温度分别为140℃和90℃，冷却水的进、出口温度分别为20℃和32℃。现因工艺条件变动，要求油的出口温度降至70℃，而油和水的流量、进口的温度均不变。若原换热器的管长为1m，试求将此换热器管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可忽略，在本题所涉及的温度范围内油和水的比热容为常数。 4-7 冷、热流体在一管壳式换热器中呈并流流动，其初温分别为32℃和130℃，终温分别为48℃和65℃。若维持冷、热流体的初温和流量不变，而将流动改为逆流，试求此时平均温度差及冷、热流体的终温。设换热器的热损失可忽略，在本题所涉及的温度范围内冷、热流体的比热容为常数。 4-8 在一管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1600 m3/h，常压下苯的沸点为80.1℃，气化潜热为394kJ/kg。冷却水的入口温度为20℃，流量为35000kg/h，水的平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。总传热系数为450 W/(m2·℃)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。 4-9 在一传热面积为25m2的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机物。冷却水的流量为28000kg/h，其温度由25℃升至38℃，平均比热容为4.17 kJ/(kg·℃)。有机物的温度由110℃降至65℃，平均比热容为1.72 kJ/(kg·℃)。两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机物的处理量。 4-10 某生产过程中需用冷却水将油从105℃冷却至70℃。已知油的流量为6000kg/h，水的初温为22℃，流量为2000kg/h。现有一传热面积为10 m2的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求： （1）两流体呈逆流流动； （2）两流体呈并流流动。 设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为300 W/(m2·℃)；油的平均比热容为1.9 kJ/(kg·℃)，水的平均比热容为4.17kJ/(kg·℃)。热损失可忽略。
一．简答分析题 1．牛顿冷却公式中的△t改用热力学温度△T是否可以？ 2．何谓定性温度，一般如何取法。 3．天花板上“结霜”，说明天花板的保温性能是好还是差。 4．同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么？ 5．何谓传热方程式，并写出公式中各符号的意义及单位。 6．在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？ 7．毕渥数和努塞尔数均表达式相同，二者有何区别？ 8．在圆筒壁敷设保温层后，有时会增加其散热损失，这是为什么？ 9．冬天，在同样的温度下，为什么有风时比无风时感到更冷？ 10．试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。 11．比较铁、铜、空气、水及冰的导热系数的大小。 12．在空调的房间里，室内温度始终保持在20℃，但在夏季室内仅需穿件单衣，而在冬季却需要穿毛衣，这是什么原因？ 13．冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。 14．有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快些，你认为他应搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？ 15．窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳使人感到暖和？ 16.一铁块放入高温炉中加热，从辐射的角度分析铁块的颜色变化过程 17.我们看到的常温物体呈现某一颜色，解释这一现象。 18.北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下面哪一面容易结箱?为什么? 19.夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ 20.为什么水壶的提把要包上橡胶？ 22.某管道外经为2r，外壁温度为tw1，如外包两层厚度均为r（即δ2＝δ3＝r）、导热系数分别为λ2和λ3（λ2 / λ3=2）的保温材料，外层外表面温度为tw2。如将两层保温材料的位置对调，其他条件不变，保温情况变化如何？由此能得出什么结论？ 23.强化对流换热措施 24.表面传热系数和传热系数为啥不是物性参数？ 25.不凝结气体对膜状凝结换热有何影响？ 26.冬天，新建的居民刚住进时比住了很久的旧楼房感觉冷。试从传热学的观点解释原因。 27.利用同一个冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大。 28.用套管温度计测量容器内的流体温度，为了减少测温误差，套管材料选用铜还是不锈钢？ 29.在什么情况下第三类边界条件可以转换成第一（二）类？ 30.对管内强制对流换热，考虑温差修正系数时，为何对气体采用温度形式，而对液体采用粘度形式 31.对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热？ 32.二滴完全相同的水滴在大气压下分别在表面温度为120度和400度的铁
1 总传热速率方程 如图所示，以冷热两流体通过圆管的间壁进行换热为例，热流体走管内，温度为T，冷流体走管外温度为t，管壁两侧温度分别为T W和t w，壁厚为,b,其热导率为λ，内外两侧流体与固体壁面间的表面传热系数分别为αi和α0。根据牛顿冷却定律及傅立叶定律分别列出对流传热及导热的速率方程： 对于管内侧： 对于管壁导热: 对于管外侧: 即 故有 令（4.6.1） 则(4.1.1) 该式称为总传热速率方程。 A为传热面积，可以是内外或平均面积，K与A是相对应的。 2 热流量衡算 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为：
（热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量） 在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； m h,m c-----热、冷流体的质量流量，kg/s； C ph,C pc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)； T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为：一侧有相变化 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2--------物流相变热，J/kg； D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。 3 传热系数和传热面积 （1）传热系数K和传热面积A的计算 传热系数K是表示换热设备性能的极为重要的参数，是进行传热计算的依据。K的大小取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等，K值通常可以由实验测定，或取生产实际的经验数据，也可以通过分析计算求得。 传热系数K可利用式（4.6.1）进行计算。但传热系数K应和所选的传热面积A相对应，假设和传热面积A i、A m和A0相对应的传热系数K分别为K i、K m和K0，则其相互关系为：
传热学简答题 1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。 （提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式） 2．请说明在传热设备中，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：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况） 3. 试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么? （提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m ·K)，W/(m 2·K)，W/(m 2·K)） 4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? （提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。） 5．结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。 （提示：学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等） 6．在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。 （提示：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主要是人体与墙面的辐射传热的不同）） 1． 试解释材料的导热系数与导温系数之间有什么区别和联系。 （提示：从两者的概念、物理意义、表达式方面加以阐述，如从表达式看，导温系数与导热系数成正比关系(a=λ/c ρ)，但导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。） 2． 试用所学的传热学知识说明用温度计套管测量流体温度时如何提高测温精度。 （提示：温度计套管可以看作是一根吸热的管状肋(等截面直肋)，利用等截面直肋计算肋端温度t h 的结果，可得采用温度计套管后造成的测量误差Δt 为Δt=t f -t h =)(0 mH ch t t f -，其中 H h H A hP mH λδλ==，欲使测量误差Δt 下降，可以采用以下几种措施： (1)降低壁面与流体的温差(t f -t 0)，也就是想办法使肋基温度t 0接近t f ，可以通过对流体 通道的外表面采取保温措施来实现。 (2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。具体可以用以下手段实现：①增加H ，延长温度计套管的长度；②减小λ，采用导热系数小的材料做温度计套管，如采用不锈钢管，不要用铜管。因为不锈钢的导热系数比铜和碳钢小。②降低δ，减小温度计套管的壁厚，采用薄壁管。④提高h 增强温度计套管与流体之间的热交换。) 3． 试写出直角坐标系中，一维非稳态无内热源常导热系数导热问题的导热微分方程表达 式；并请说明导热问题常见的三类边界条件。 ( 提示：直角坐标系下一维非稳态无内热源导热问题的导热微分方程式x t a t 22??=??τ 第一类边界条件：τ>0,t w =f w (x, τ)
1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更明显。解释其原因。 答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小（20℃，1.01325×10^5Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m.k)),具有良好的保温性能，而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。 2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣会感到很舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿羽绒衣才觉得舒服。从传热学分析原因。 答：首先，冬季和夏季最大的区别就是室外温度不同，夏季室外温度高于室内温度，因此通过墙壁的热量的传递方式是由室外传向室内，而冬季则相反，因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此尽管冬季室内温度略高于夏季，但是人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多，由于人体对于冷感的感受主要是散热量，所以在冬季要传一些后的衣服。 3、冬天，在相同的室外条件下，为什么有风比无风时感觉更冷一些？ 答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属于自然对流换热。而空气的强制对流换热比自然对流强烈，因而在有风时人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。 4、利用同一台冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？ 答：当其他条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷温度，必然要求蒸发器处于更低的温度，所以结霜的冰箱耗电量更大。 5、试分析室内暖气片的散热过程，各环节都有哪些热量传递方式？ 答：有以下换热环节和热传递方式：（1）由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热（强制对流）；（2）由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；（3）由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。 6、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关，你认为对吗？ 答：由于描述一个导热问题的完整的数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数λ.因此上述观点不对。 7、由对流换热方程可知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度无关。试判断这种说法的正确性。 答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中对流项含有流体速度，即要获得液体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。 8、其他条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，那个表面传热系数
第五节 传热过程的计算 化工生产中广泛采用间壁换热方法进行热量的传递。间壁换热过程由固体壁的导热和壁两侧流体的对流传热组合而成，导热和对流传热的规律前面已讨论过，本节在此基础上进一步讨论传热的计算问题。 化工原理中所涉及的传热过程计算主要有两类：一类是设计计算，即根据生产要求的热负荷，确定换热器的传热面积；另一类是校核计算，即计算给定换热器的传热量、流体的流量或温度等。两者都是以换热器的热量衡算和传热速率方程为计算基础。 4-5-1 热量衡算 流体在间壁两侧进行稳定传热时，在不考虑热损失的情况下，单位时间热流体放出的热量应等于冷流体吸收的热量，即： Q=Q c =Q h （4-59） 式中 Q ——换热器的热负荷，即单位时间热流体向冷流体传递的热量，W ； Q h ——单位时间热流体放出热量，W ； Q c ——单位时间冷流体吸收热量，W 。 若换热器间壁两侧流体无相变化，且流体的比热容不随温度而变或可取平均温度下的比热容时，式（4-59）可表示为 ()()1221t t c W T T c W Q pc c ph h -=-= （4-60） 式中 c p ——流体的平均比热容，kJ/（kg ·℃）； t ——冷流体的温度，℃； T ——热流体的温度，℃； W ——流体的质量流量，kg/h 。 若换热器中的热流体有相变化，例如饱和蒸气冷凝，则 ()12t t c W r W Q pc c h -== （4-61） 式中 W h ——饱和蒸气（即热流体）的冷凝速率，kg/h ； r ——饱和蒸气的冷凝潜热，kJ/kg 。 式（4-61）的应用条件是冷凝液在饱和温度下离开换热器。若冷凝液的温度低于饱和温度时，则式（4-61）变为 ()[]()122t t c W T T c r W Q pc c s ph h -=-+= （4-62） 式中 c ph ——冷凝液的比热容，kJ/（kg ·℃）； T s ——冷凝液的饱和温度，℃。 4-5-2 总传热速率微分方程 图4-20为一逆流操作的套管换热器的微元管段d L ，该管段的内、外表面积及平均传热面积分别为d S i 、d S o 和d S m 。热流依次经过热流体、管壁和