各大名牌高校化工原理考研真题之传热3

第三章 传热习题一、 填空题1．三层圆筒壁热传导过程中，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同。

在其他条件不变时，若将第二层和第三层的材料互换，则导热量变（ ），第二层与第三层的界面温度变（ ）。

答：变小，变小。

2．在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（ ），冷凝传热量（ ）。

答：减小，增加。

冷凝传热系数与温差的-1/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热系数减小； 冷凝传热量与温差的3/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热量增加。

3．在管壳式换热器中，热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程该为双程，则传热温度差（ ）。

答：下降4．在高温炉外设置隔热档板，挡板材料的黑度越低，则热损失越（ ）。

答：越小5．黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（ ）倍。

答：156．沸腾传热设备壁面越粗糙，汽化核心越（ ），沸腾传热系数α越（ ）。

答：多，大7．苯在内径为20mm 的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（m 2．℃）。

如果流量和物性不变，改用内径为30mm 的圆管，其对流传热系数变为（ ）W/（m 2．℃）。

答：612α=0.023nr P d8.0Re λ=0.023d λn S d W d Pr 4/8.02⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡μρρα∝8.0)21(1⨯-+-d =8.1-dαα'=8.12030-⎪⎭⎫⎝⎛=0.482α'=0.482α=0.482⨯1270=612W/(2m ·℃)8.某液体在一直管内（忽略进口段的影响）稳定强制湍流流动，该管内径为20mm ，测得其对流传热系数为α，现将管内径改为27mm ，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。

⑴若液体的流速保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.9417倍；⑵若液体的质量流量保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.5826倍； 知： mm m d 20020.0== mm d 27=求： 12αα解：(1) 由 12u u =，np c du d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=λμμρλα8.0023.0 得 9417.020*******.08.0122118.0128.0212=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d d d d d d d d αα(2) 由 12W W =，uA V W ρρ==得 1122A u A u =，22112⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d u u所以()()8.02218.012218.011222118.01128.02212⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d dd d d d u d u d d d d u d d u d αα5826.027208.18.1216.1218.01221=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=d d d d d d d d9.在一内钢管为φ180⨯10mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100︒C 冷却到60︒C ，其平均比热为2380J/(kg ⋅K)。

【理工大学，2003，五】一传热面积为30m 2的列管式换热器中，用120℃的饱和蒸汽冷凝，将某气体从30℃加热到80℃，该气体走管内，流量为5000m 3/h ，密度为1kg/m 3〔均按入口状态计〕，比热为1kJ/kg ·K 。

〔1〕估算此换热器的传热系数。

〔2〕假设被加热气体量减少50%，并可近似认为被加热气体的密度、比热等物性参数保持不变，估算在加热蒸汽压力和被加热气体入口温度不变的条件下，该气体出口温度变为多少？解：〔1〕由题意，2221()m Q KA t m Cp t t =∆=- 其中，211261.66lnm t t t C T t T t -∆==︒-- 2225000/ 1.4/m v kg h kg s ρ===代数得，22221()37.84/()mm Cp t t K W m K A t -==⋅∆〔2〕由题意，被加热气体量减少50%后，'0.5u u =0.8'0.5K K =2221''''(')m Q K A t m Cp t t =∆=-整理得，1222''ln 'T t K A m Cp T t -=- 代数解得，2'84.5t C =︒【理工大学，2004，三】如下列图，流量为0.5kg/s 、温度为20℃的水〔Cp=4.18kJ/kg·K 〕流过串联的两台列管换热器，以冷却流量为0.8kg/s 、温度为120℃的某溶液〔Cp=2kJ/kg ·K 〕,测得该溶液的出口温度为65℃，现因故使进口水降到6℃，问：假设保持其他进口条件不变，那么溶液的出口温度变为多少？解：如图为串流的换热器逆流传热从此题中可以看出，当被加热流体流量减小，并保持其他操作条件不变的情况下，流体出口温度变大。

此题是串联换热器的计算，用传热单元计算法比拟简单易行。

11122R m Cp C m Cp =1122111K A K A NTU m Cp += 进口水温度降低时，以上两项保持不变，'εε=即12121212''T T T T T t T t --=-- 代数解得2'57.3T C =︒【理工大学，2005，三】流量为1kg/s 、温度为20℃的冷却介质〔Cp=5kJ/kg·K 〕流过一台逆流运行的列管换热器，把流量为2kg/s 的反响物〔Cp=4kJ/kg ·K 〕从95℃冷却到70℃。

【2005，中国石油大学（华东），计算题3】现有两台单壳程单管程的传热面积均为i A =20m 2的列管式空气加热器，每台加热器均由64根φ57×3.5mm 钢管组成，壳程为170℃的饱和水蒸气冷凝（冷凝潜热为2054kJ/kg ），空气入口温度t 1=30℃，流量为2.5kg/s ，以湍流方式通过管内。

（该传热过程的控制热阻在空气侧）。

（1）若两台换热器并联使用，通过每台换热器的空气流量均等，此时空气的对流传热系数为38W/(m 2·K)，求空气的出口温度t 2及水蒸气的总冷凝量为多少？（2）若两台换热器串联使用，问此时空气的出口温度t 2′及水蒸气的总冷凝量为多少？假设空气的物性不随温度及压力而变化，视为常数，c p =1kJ/(kg ·K)。

忽略热损失。

解：（1）由题意，两台换热器并联使用时，,2i i A A =并； 传热过程的控制热阻在空气侧，则i i K α≈； 由12T T t t →→，列式得，2121,12()()ln i i t t Q K A mCp t t T t T t -==---并代数计算得到， 293.78t =℃ 由21()Q m m C p t t γ==-水得，21()0.078/279.46/mCp t t m kg s kg h γ-===水（2）由题意，两台换热器串联联使用时，'2u u =；0.82'''()66.16/()i i i u K W m K u αα≈==⋅本题涉及到换热器选用的串并联问题，需要注意，串并联时传热面积和流速发生的变化，以及对传热结果带来的影响。

另外，热流体只放出冷凝潜热时，温度恒定为T ，这也是解题的一个突破口。

由212112(')'2(')ln 'i it t Q K A mCp t t T t T t -==---得，2121.43t =℃由21'(')Q m m C p t t γ==-水得，21(')0.111/400.62/mCp t t m kg s kg hγ-===水【2006，中国石油大学（华东），计算题3】某车间需将流率为30m 3/h 、浓度为10％的NaOH 水溶液由20℃预热至60℃，溶液走管程，然后加热压强为19.62kPa （表压）的反应器内，其流程如图所示。

清华化工原理考研真题试卷清华大学化工原理考研真题试卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 化工原理中，传热的基本方式不包括以下哪一项？A. 导热B. 对流C. 辐射D. 蒸发2. 在连续操作的化工过程中，以下哪一项不是反应器的特点？A. 反应时间固定B. 物料连续进出C. 操作条件稳定D. 产品浓度一致3. 以下哪一项不是分离过程中常见的操作？A. 蒸馏B. 萃取C. 沉淀D. 过滤4. 在流体力学中，雷诺数（Re）用于描述流体的哪种特性？A. 密度B. 粘度C. 流动状态D. 压力差5. 以下哪种情况下，流体在管道中的流动可以视为不可压缩流动？A. 气体在高压下流动B. 液体在低压下流动C. 气体在低压下流动D. 液体在高压下流动6. 化工设备中，换热器的主要功能是什么？A. 改变流体的化学性质B. 改变流体的相态C. 改变流体的温度D. 改变流体的流速7. 化工原理中，传质的基本方式包括以下哪几项？A. 扩散B. 渗透C. 对流D. 所有选项都是8. 在化工生产中，以下哪种设备用于实现物料的混合？A. 反应器B. 混合器C. 蒸馏塔D. 换热器9. 化工原理中，以下哪种现象不属于非平衡态？A. 温度梯度B. 浓度梯度C. 压力梯度D. 静止状态10. 在化工过程中，以下哪种操作不属于单元操作？A. 反应B. 蒸馏C. 过滤D. 萃取二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述化工原理中传热的三种基本方式及其特点。

2. 解释什么是热力学第二定律，并给出一个实际应用的例子。

3. 描述化工过程中的物料平衡和能量平衡的概念及其重要性。

三、计算题（每题25分，共50分）1. 某工厂需要设计一个换热器，已知热流体的流量为100 kg/s，冷流体的流量为200 kg/s，热流体的入口温度为300°C，冷流体的入口温度为50°C。

假设两种流体的比热容均为4.18 kJ/kg·K，求换热器的最小面积。

传热学考研真题及答案考研是许多学子们追求高等教育的重要途径，为了帮助大家更好地备考，我为大家整理了一些传热学考研的真题及答案。

希望对大家有所帮助。

一、选择题1.在传热学中，以下哪个量是用来描述传热过程的强弱的？A. 传热系数B. 导热系数C. 热导率D. 热阻答案：A. 传热系数解析：传热系数是用来描述传热过程的强弱的，它反映了单位温差下通过单位面积传递的热流量。

2.以下哪个是传热学中常用的传热模式？A. 对流传热B. 辐射传热C. 导热传热D. 全是答案：D. 全是解析：传热学中常用的传热模式有对流传热、辐射传热和导热传热。

3.以下哪个不属于导热传热？A. 空气的对流换热B. 表面传热C. 固体内部传热D. 液体的传热答案：D. 液体的传热解析：导热传热是指通过固体或液体的直接分子间碰撞传递热量，不涉及流体的运动。

二、填空题1.热传导定律中，热流量与温度梯度之间的比例关系可以用以下公式表示：Q = kΔT，其中Q表示热流量，k表示导热系数，ΔT表示______________。

答案：温度梯度解析：温度梯度是指单位长度内温度的变化量，ΔT表示温度梯度。

2.导热系数是衡量物质导热性能的一个重要物理量，单位是______________。

答案：瓦特/米·开尔文解析：导热系数的单位是瓦特/米·开尔文，表示单位温差下通过单位厚度的物质传递的热量。

三、计算题1.在一维稳态传热过程中，导热传热可以用以下公式表示：Q =\frac{kA(T_1-T_2)}{L}，其中Q表示热流量，k表示导热系数，A表示传热面积，T1和T2分别表示传热面的两侧温度，L表示传热距离。

若一个导热系数为0.5 W/(m·K)的物体，面积为0.2 m²，传热距离为0.1 m，两侧温度差为10 K，则传热过程中的热流量为多少？答案：Q = \frac{0.5 \times 0.2 \times 10}{0.1} = 1 W解析：将已知数据代入公式计算即可得出热流量。

化工原理考试题答案一.填空题1. R >R >R Q =Q =Q2. 1/K =1/α +bd/λd +1d /α d ；946(w.m .K )3. F1=127×4π×0.038=60.6mF2=127×4π×0.032=51.1m4. 提高壳程流体的流速, 使壳程对流传热系数提高, 园缺形（弓形）,园盘和环形二.选择题1. A. C.2. A∵mc(t -t ）=KA△tmc(t -t ）=KπdL{[（T-t ）-（T-t ）]/[ln(T-t ）/（T-t ）]} 上式可简化为mc/K πd =L/[ln（T-t ）/（T-t ）此等式左边为定值，则右边也应为定值，当L增大一倍，ln（T-t ）/（T-t ）也增大一倍，而T，t 均恒定，故t 必增大四.问答题1. 流体为层流时，传热是以导热方式进行的。

则此时给热系数较小。

当为湍流时，传热是以对流方式进行的，此时给热系数增大。

所以流体的传热，多在湍流情况下进行。

2. 传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。

对流传热则是流体质点发生相对位移来传递热量, 辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传递热量。

3. 炉内以对流和辐射并联联合传热，将热量传给炉的内壁面。

在炉壁内通过传导传热，将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。

炉外通过对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传到大气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该传热过程的特点是：（1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；（2）并联、串联的联合传热同时存在。

五.计算题1. 按多层圆筒导热ｑ ＝（t －t ）/（ｌｎ（ｒ /ｒ ）/（2πλ ）＋ｌｎ（ｒ /ｒ ）/（2πλ ））将ｒ ＝0.06m,ｒ ＝0.055m，ｒ ＝0.06＋δλ ＝0.07w/(m·K),λ ＝45w/(m·K)，ｑ ＝60w/mt ＝110℃,t ＝20℃代入上式60=(110-20)/(ln(0.06/0.055)/(2π×45)+ln(ｒ /0.06)/(2π×0.07))=90/(0.00031+(lnｒ +2.813)/0.4398)解得ｒ ＝0.116m,δ＝0.116－0.06＝0.056m＝56mm注：本题可简化不计管壁热阻。

2【大连理工大学， 2003，四】有一单管程列管换热器，传热面积为40m( 按外表面积计 ) ，共有25mm 2.5 mm 的传热管86根，现用该换热器以循环水冷却流量为 28000kg/h 的石油产品，石油产品走壳程，循环水走管程，两流体逆流换热。

实际测得石油产品的进、出口温度分别为 90℃和 50℃，冷却水的进、出口温度分别是 25℃和 40℃，已知石油产品的比热容为 2.8KJ/kg ，水的有关物性分别为：密度 =995kg/m 3粘度=0.8 10-3Pa s比热 Cp=4.17kJ/(kg K)导热系数=0.618W/(m K)试求：1、冷却水用量2、该换热器总换热系数3、管程和壳程的传热膜系数（又称表面传热系数）（可忽略两侧的污垢热阻）4、由于污垢积累，石油产品的出口温度升高，为使石油产品出口温度仍为50℃，需增加冷却水量使得冷却水出口温度为35℃时，石油产品出口温度达到50℃，估算两侧污垢热阻之和为多少（各物性数据可视为不变，忽略管壁热阻）。

解： 1、由题意：Q m2Cp2 (t2t1)m1Cp1(T1T2 )解得 m250136kg / h13.93kg / s2、由 1得，Q KA t m1Cp1(T1T2 ) 8.71105(T1t2 ) (T2t1 )36.1 Ct ln T1t2T2t1解得 K603.2W / m2K3、流速uV13.93/ 9950.52m / sd i20.02286n44d i u0.020.52995Re0.810 312935 Cp 4.17 0.8Pr 5.40.618i 0.023Re0.8 Pr0.4d i0.0230.618129350.8 5.40.40.022716.8W / m2K由11d o得K O O idiO834.9W / m2 K4、(T1 t2') (T2t1)t 'T1t2 '38.04 ClnT2t1由 Q KA t m1Cp1(T1T2) 得K '572.42W /m2KRso 1 18.9 10 5 m2 K / WK ' K【大连理工大学， 2004，四】某厂内有一台单管程列管换热器，欲用120℃的饱和蒸汽将某种水溶液进行加热，水溶液走管程。

3．（20 分）选择一冷凝器用冷却水将酒精精馏塔的塔顶产品蒸气冷凝成饱和液体，塔顶蒸气量为 0.4kg/s，其平均潜热为 1048kJ/kg，饱和温度约为 78℃，蒸气走管外，其冷凝传热系数为 3000W/m2.℃。

设计冷却水的进出口温度分别为 25℃，35℃，其平均比热容为 4.174kJ/kg.℃，密度为 996kg/m3，粘度为 8×10- 4Pas，导热系数 0.62W/m.℃。

①求冷却水的用量；②某厂提供参数相同但管程不同的两种列管冷凝器，一种型号为单管程，另一种为双管程，列管数 100 根，管长 1.2m,管径Φ23×1.5，计算确定是否两种型号冷凝器均能完成冷凝任务。

（注：管壁热阻及污垢热阻均可忽略不计）四．（18 分）一单壳程单管程列管换热器，管束由长 3m，直径为φ25×2.5mm 的钢管组成。

苯在换热器管内流动，流量为 1.5kg⋅s-1，由 80℃冷却到 30℃。

冷却水在管外和苯呈逆流流动。

水进口温度为 20℃，出口温度为 50℃。

已知水侧和苯侧的对流表面传热系数分别为 1700W⋅m-2⋅℃-1和 900 W⋅m-2⋅℃-1，苯的平均比定压热容为1.9kJ⋅kg-1⋅℃-1，钢的热传导系数为 45 W⋅m-1⋅℃-1，污垢热阻和换热器的热损失忽略不计。

试求：1）所需的传热速率多大？2）传热平均温差多大？3）该操作条件下换热器的总传热系数多大？4）该列管换热器换热管子数为多少？五、（25 分）某生产过程需要将440kg/h 的常压空气从20℃加热到95℃，为完成该传热任务，现选用一台单程列管式换热器，所用的换热器尺寸如下：管子规格为φ25mm×2.5mm 的钢管，管长为 1.5m，管子数为38 根。

壳程采用115℃的饱和水蒸汽加热。

已知空气的物性数据为：Cp=1kJ/（kg·K）;λ=0.029W/（m·K）; μ=0.02cp试求：（1）通过计算说明该换热器是否能满足生产要求?（2）如使用此换热器时空气的实际出口温度为多少？（3）若要求空气的出口温度能达到95℃，则该换热器在结构和操作上应采取什么措施？(用计算等说明)（受锅炉压力所限，蒸汽温度不能再提高）注：①计算中可忽略管壁及污垢热阻，热损失也忽略不计，②可忽略空气物性随温度的变化。