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例题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%在管壳式换热器中，热流体从90︒C 冷却至70︒C ，冷流体从20︒C 加热到60︒C ，如两流体作逆流时的对数平均温差为 ；两流体作并流时的对数平均温差为 。
一立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ25×2.5mm ，管程为1。
现拟选用此换热器冷凝、冷却CS 2饱和蒸气，使之从饱和温度46 ︒C 降至10 ︒C ，走管外，其流量W=0.07kg/s ，其冷凝潜热为356kJ/kg ，比热容为1.05kW/(kg ℃) 。
水走管内，且与CS 2呈逆流流动。
冷却水进出口温度为5 ︒C 和30︒C 。
已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为K 1=200W/(m 2·︒C)和K 2=100 W/(m 2·︒C)。
问此换热器是否合用？解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：2007.73025.014.330m L d n A =⨯⨯⨯==π（2）求所需的传热面积①冷凝段与冷却段的传热量 kW r W Q 9.2435607.0=⨯=⋅= ()()kWT T c W Q s P h h 2065104605.107.022=-⨯=-= 总传热量：kWQ Q Q 5.2765.29.2421=+=+= ②两段的平均温差冷却水用量()()s kg t t C Q W c p c /263.053018.45.2712=-⨯=-=冷却水离开冷凝段的温度 4.718.4263.065.2521=⨯+=+=C p C C W Q t t冷凝段的平均温差 4.16166.38ln 166.381=-=∆m t冷却段的平均温差4.1656.38ln 56.382=-=∆m t ③所需传热面积冷凝段2311184.47.25200109.241m t K Q A m =⨯⨯=∆= 冷却段 2322261.14.161001065.22mt K Q A m =⨯⨯=∆= 22145.661.184.4m A A A =+=+='A >'A ，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。
第5章 对流传热的理论基础课堂讲解课后作业【5-9】20℃的水以2m/s 的流速平行地流过一块平板，试计算离开平板前缘10cm 及20cm 处的流动边界层厚度及两截面上边界层内流体的质量流量（以垂直于流动方向的单位宽度计）。
取边界层内的流速为三次多项式分布。
【解】20℃的水ν=1.006×10-6 m 2/s ，u=2m/s （1） x =10cm=0.1m56101.98810006.11.02⨯=⨯⨯==-∞νx u Re x ，小于临界雷诺数5×105，是层流边界层。
xRe x 0.5=δ m 101.121421.010006.10.50.50.50.53-6⨯=⨯⨯====-∞∞u x x xu x Re x ννδ选用以下三次多项式作为速度分布的表达式32dy cy by a u +++=式中，4个待定常数由边界条件及边界层特性的推论确定，即0=y 时，0=u 且022=∂∂yuδ=y 时，∞=u u 且0=∂∂yu232dy cy b y u ++=∂∂ dy c y u 6222+=∂∂ 320000⨯+⨯+⨯+=d c b a 0620⨯+=d c32δδδd c b a u +++=∞ 2320δδd c b ++=由此求得4个待定常数0=a δ23∞=u b 0=c 32δ∞-=ud 于是速度分布表达式为33223y u y u u δδ∞∞-=32123⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=∞δδy y u u ∞∞∞∞∞∞∞∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛====⎰⎰⎰⎰u u y y u yy y u y u u u y u u u y u q δρδδδδρδδρδδρρρρδδδδδ8181438143d 2123d d d 34203420300m()s u q kg 1.39922.998101.121485813-m =⨯⨯⨯⨯==∞δρ（2）x =20cm=0.2m56103.97610006.12.02⨯=⨯⨯==-∞νx u Re x ，小于临界雷诺数5×105，是层流边界层。
第五章传热1. 有一套管换热器，长10m，管间用饱和蒸汽作加热剂，一定流量下且作湍流流动的空气由内管流过，温度可升至指定温度。
现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度应为原来的_______。
A：2倍B：1.74倍C：1.15倍D：1.14倍2. 判断下面关于系统进行稳定传热时的说法，错误的是_______。
A：通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值B：系统中任一点的温度维持恒定C：总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各层传热面的传热速率之和D：系统中任一传热面上的热通量在过程中不变3. 为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是_______。
A：表面光滑，颜色较浅B：表面粗糙，颜色较深C：表面粗糙，颜色较浅D：表面光滑，颜色较深4. 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λ1和λ2，其对应的温度差为∆t1和∆t2，若∆t1>∆t2，则和的关系为_______。
A：λ1<λ2B：λ1>λ2C：λ1=λ2D：无法确定5. 空气、水、铁的导热系数分别是λ1、λ2和λ3，其大小顺序是_______。
A：λ1>λ2>λ3B：λ1<λ2<λ3C：λ2>λ3>λ1D：λ2<λ3<λ16. 随着温差增加，空气导热系数变化趋势是_______。
A：变大B：变小C：不变D：不确定7. 随着温差增加，水的导热系数变化趋势是_______。
A：变大B：变小C：不变D：不确定8. 随着温差增加，大多数金属材料的导热系数变化趋势是_______。
A：变大B：变小C：不变D：不确定9. 随着温差增加，大多数非金属材料的导热系数变化趋势是_______。
A：变大B：变小C：不变D：不确定10. 金属的导热系数大都随其纯度的增加而_______。
A：增大B：减少C：不变D：不确定变化11. 有一φ18×2mm的无缝钢管，管内通冷冻盐水，为减少冷量损失，在管外包一导热系数λ＝0.18W/(m℃)的石棉，保温层外壁与空气对流传热系数α＝10W/(m2℃)，原包石棉厚为5mm，现改为8mm，则冷量损失是_______。
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*** 1140w2.（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*** 1000w3.（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*** 91mm4.（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 Prα=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 Prα=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_______。
第五章 传热一、填空题5.1圆管内强制湍流，流量为V q ，管径为d 时，对流传热系数为1α；若管径不变而流量减少为2V q ，此时对流传热系数为2α，则2α=_0.5743_1α；若流量不变而管径减少为2d ，此时对流传热系数为3α，则3α=_3.482_1α；。
5.2单壳体无相变换热器，管程（水）与壳程（油）的质量流量均一定（流动均处于高度湍流）加热管尺寸不变，若：（1）将总管数变为原来的3/4，则管程对流传热系数i α为原来的_1.259__倍；（2）将单管程改为双管程，其余不变，则管程对流传热系数i α为原来的__1.741_倍；管程阻力损失为原来的_8_倍；5.3用饱和水蒸气在套管式换热器中加热冷空气，此时壁温接近于 _蒸汽_ 的温度。
5.4设计时212121,t t T T q q m m ，，，，均恒定，若将单管程单壳程逆流操作改为双管程单壳程，列管总数维持不变，则K__变大_，Δ tm __变小__（变大、变小、不变）。
5.5当采用复杂流型时，温差修正系数ψ不应小于0.8，其原因是_传热推动力损失大；操作不稳定___。
不考虑工艺方面的因素，试仅从传热角度考虑判断哪一种较好。
5. 6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_侧的对流传热系数，而壁温接近于__水蒸气__侧流体的温度值。
5.7热传导的基本定律是___傅立叶定律____。
5.8间壁换热器总传热系数K 接近于热阻__大__（大，小）一侧的对流传热系数α值，间壁换热器壁温t w 接近于α值__大__（大，小）一侧流体的温度值。
5.9由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料导热系数越大，则该壁面的热阻越_小__，其两侧的温差越_小__。
5.10在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在_滞流层内_，减小热阻最有效的措施是_提高流体的湍动程度，以减薄滞流层的厚度__。
5.11厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b 1>b 2>b 3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻__ R 1>R 2>R 3__，各层的传热速率__ Q 1=Q 2=Q 3_。
第五章对流换热思考题1、在对流换热过程中，紧靠壁面处总存在一个不动的流体层，利用该层就可以计算出交换的热量，这完全是一个导热问题，但为什么又说对流换热是导热与对流综合作用的结果。
答：流体流过静止的壁面时，由于流体的粘性作用，在紧贴壁面处流体的流速等于零，壁面与流体之间的热量传递必然穿过这层静止的流体层。
在静止流体中热量的传递只有导热机理，因此对流换热量就等于贴壁流体的导热量，其大小取决于热边界层的厚薄，而它却受到壁面流体流动状态，即流动边界层的强烈影响，故层流底层受流动影响，层流底层越薄，导热热阻越小，对流换热系数h也就增加。
所以说对流换热是导热与对流综合作用的结果。
2、试引用边界层概念来分析并说明流体的导热系数、粘度对对流换热过程的影响。
答：依据对流换热热阻主要集中在热边界层区域的导热热阻。
层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。
紊流边界层的热阻为层流底层的导热热阻。
导热系数越大，将使边界层导热热阻越小，对流换热强度越大；粘度越大，边界层（层流边界层或紊流边界层的层流底层）厚度越大，将使边界层导热热阻越大，对流换热强度越小。
3、由对流换热微分方程知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。
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，即要获得流体的温度场，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。
4、试引用边界层概念来分析并说明流体的导热系数、粘度对对流换热过程的影响。
答：依据对流换热热阻主要集中在热边界层区域的导热热阻。
层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。
紊流边界层的热阻为层流底层的导热热阻。
导热系数越大，将使边界层导热热阻越小，对流换热强度越大；粘度越大，边界层（层流边界层或紊流边界层的层流底层）厚度越大，将使边界层导热热阻越大，对流换热强度越小。
5、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?答：采用短管，主要是利用流体在管内换热处于入口段温度边界层较薄，因而换热强的特点，即所谓的“入口效应”，从而强化换热。
“化工原理”第五章传热复习题一、填空题2. （2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时,计算得到管壁对水的传热系数a =2・61（kW/（m2.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时,此时传热系数a = _______________ .6. （2分）实现传热过程的设备主要有如下三种类型7. （2分）热量传递的方式主要有三种：____16. （2分）对流传热中的努塞特准数式是__________ ,它反映了__________________ 。
仃.（2分）对流体传热中普兰德准数式为________________ ,它反映了______________________________ 。
20. （2分）用冷却水将一定量的热流体由100C冷却到40C,冷却水初温为15 C，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为30 C,方案口是令冷却水终温为35C，贝U用水量W, _______________ W2，所需传热面积A, _______ A?。
21. （2分）列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于______________________ , 折流挡板的形状有22. （5分）在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管______ ；易结垢的流体走管_________ ;高压流体走管_______ ;有腐蚀性流体走管 _______ ;粘度大或流量小的流体走管_______ 。
23. （2分）列管换热器的管程设计成多程是为了__________________________ ；在壳程设置折流挡板是为了25.. 当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的_________ 倍。
第五章 传热1.一立式加热炉炉墙由厚150mm 的耐火材料构成，其导热系数为λ1＝1.3W/(m ·K)，其内外表面温度为ll00℃及240℃，试求通过炉墙损失的热量(W/m 2)；若外加一层25mm ，并假定炉内壁温度仍为1100℃，而热损失降至原来的57％，求绝热层外壁温度及两层交界面处的温度。
解：211213.74533.115.02401100m W b t t AQ q =-=-==λ24.424857.0'm W q q == 4.42483.0025.03.115.01100'3221131=+-=+-==t b b t t A Qq λλ 解得：3t =255.8℃4.42483.115.01100''21121=-=-==t b t t AQ q λ解得：'2t =609.8℃2某加热炉炉墙由耐火砖、绝热层与普通砖组成，耐火砖里侧温度为900℃，普通砖外侧温度为50℃，各层厚度分别为：耐火砖140mm ，绝热层(石棉灰)20mm ，普通砖280mm ；各层导热系数：λ1＝0.93W /(m·K)，λ2＝0.064W /(m·K)，λ3=0.7W/(m·K)。
(1)试求每m 2炉墙的热损失；(2)若普通砖的最高耐热温度为600℃，本题条件下，是否适宜?解： （1）2332211419.9847.028.0064.002.093.014.050900m W b b b t t q =++-=++-=λλλ（2）2333439.9847.050m W t t t q =-=-=λ 解得：3t =444℃ 适宜3.用平板法测定某固体的导热系数，试件做成圆形薄板，直径d ＝120mm ，厚度为δmm ，与加热器的热表面及冷却器的冷表面直接接触。
所传递的热量(一维导热)，用加热器的电能消耗计算之。
过程稳定时，测得加热器电流为0.96A ，电压为60.5V ，热电偶测得热表面温度t 1＝180℃，冷表面t 2＝30℃；由于安装不良，试件与冷热表面之间各有一层0.1mm 的缝隙(内有空气)，试求： (1)忽略表面间的辐射传热时，因空气缝隙引起的测试导热系数的相对误差。
“化工原理”第五章传热复习题一、填空题2.（2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 时,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kW/（m2.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时,此时传热系数α=_____________.6.（2分）实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________.7.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________.16.（2分）对流传热中的努塞特准数式是＿＿＿＿＿＿, 它反映了＿＿____________。
17.（2分）对流体传热中普兰德准数式为＿＿＿＿＿＿＿, 它反映了＿___________＿＿＿＿＿＿＿＿。
20.（2分）用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W1＿＿W2，所需传热面积A1＿＿＿A2。
21.（2分）列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于___________________，折流挡板的形状有____________________，____________________等。
22.（5分）在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管______；易结垢的流体走管______；高压流体走管______；有腐蚀性流体走管______；粘度大或流量小的流体走管______。
23.（2分）列管换热器的管程设计成多程是为了________________________；在壳程设置折流挡板是为了______________________________________。
25.. 当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的_________倍。
“对流传热”例题例题1：一流体流过平壁位置x 处的温度分布为2210)(y a y a a y t ++=，式中0a 、1a 和2a 是常数。
已知流体与壁面间温度差为t ∆，试求局部对流换热系数xh 的表达式。
解 根据对流传热的基本微分方程式得y xx )(=∂∂∆-=y tt h λ将温度分布2210)(y a y a a y t ++=代入得ta ty a a y tt h ∆-=∆+-=∂∂∆-===λλλ10y 210y xx )2()(因此若贴壁处温度分布已知，较容易求得对流换热系数，这正是理论求解对流换热系数的基本思路。
例题2：一流体沿特别粗糙的平壁表面流动并与之发生对流换热，实验测得平壁某位置x 处的局部对流换热系数满足1.0)(-=kx x h x ，式中k 是实验系数，x 是实验位置点距平壁前缘的距离。
试求平壁x 长度上的平均对流换热系数h 与位置x 处的局部对流换热系数xh 间的关系式。
解 对于局部对流换热系数x h 仅沿x 方向变化的平壁对流换热，则⎰=x0x )(1dx x h xh将关系式1.0)(-=kx x h x 代入得1.09.0x 01.0 11.19.0 1--===⎰x k x x k dx x k x h即x 11.1h h =因为局部对流换热系数x h 随x 而减小，故平均对流换热系数h 较之要大。
例题3：证明两个无相变对流换热现象相似，努塞尔Nu 数相等。
解 根据对流换热的基本微分方程式可得现象A 0y xx)(=''∂'∂'∆'-='y t t h λ (a)现象B 0y x x)(='''''∂''∂''∆''-=''y t t h λ (b)现象A 和B 彼此相似，它们的各同名物理量场也对应成同一比例，即h h C h '''=/；λλλ'''=/C ；t t C '''=/t ；y y C '''=/L (c)将式(c)代入式(a)，有y xx L )(C ='''''∂''∂''∆''-=''y t t h C C h λλ (d)比较式(d)和式(b)，可得1c L=λC C h (e)式(e)表达了两个无相变对流换热过程中，其相似倍数之间的制约关系。
“对流传热”例题例题1：一流体流过平壁位置x处的温度分布为2210)(y a y a a y t ++=，式中0a 、1a 和2a 是常数。
已知流体与壁面间温度差为t ∆，试求局部对流换热系数x h 的表达式。
解 根据对流传热的基本微分方程式得y xx )(=∂∂∆-=y tt h λ将温度分布2210)(y a y a a y t ++=代入得ta ty a a y tt h ∆-=∆+-=∂∂∆-===λλλ10y 210y xx )2()(因此若贴壁处温度分布已知，较容易求得对流换热系数，这正是理论求解对流换热系数的基本思路。
例题2：一流体沿特别粗糙的平壁表面流动并与之发生对流换热，实验测得平壁某位置x 处的局部对流换热系数满足1.0)(-=kx x h x ，式中k是实验系数，x 是实验位置点距平壁前缘的距离。
试求平壁x 长度上的平均对流换热系数h 与位置x 处的局部对流换热系数x h 间的关系式。
解 对于局部对流换热系数x h 仅沿x 方向变化的平壁对流换热，则⎰=xx )(1dx x h x h 将关系式1.0)(-=kx x h x 代入得1.09.0x 01.0 11.19.0 1--===⎰x k x x k dx x k x h 即x 11.1h h =因为局部对流换热系数x h 随x 而减小，故平均对流换热系数h 较之要大。
例题3：证明两个无相变对流换热现象相似，努塞尔Nu 数相等。
解 根据对流换热的基本微分方程式可得现象A 0y xx)(=''∂'∂'∆'-='y t t h λ (a)现象B 0y xx)(='''''∂''∂''∆''-=''y t t h λ (b)现象A 和B 彼此相似，它们的各同名物理量场也对应成同一比例，即h h C h '''=/；λλλ'''=/C ；t t C '''=/t ；y y C '''=/L (c)将式(c)代入式(a)，有y xx L )(C ='''''∂''∂''∆''-=''yt t h C C h λλ (d)比较式(d)和式(b)，可得1c L=λC C h (e)式(e)表达了两个无相变对流换热过程中，其相似倍数之间的制约关系。
