化工原理传热习题课

化工原理传热Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT[1] 换热器中冷热流体一般为逆流流动,这主要是为了( C )。

(A)提高传热系数(B)减少冷却剂用量(C)提高对数平均温度差(D)减小流动阻力采用逆流主要是换热器两端的温度差膖1和膖2比较接近,因此对数平均温度差大。

而冷却剂用量则取决于换热量,与传热温差无关。

[2] 冷热流体在套管换热器内换热，内管走冷流体，如果冷流体流量增大一倍，则总传热系数( A ),冷流体的出口温度( )。

(A)增大,下降(B)增大,升高(C)减小,下降(D)减小,升高流量增加一倍,传热量就增加一倍。

尽管管内流速也增加一倍,但由于帷u^,即岵豢赡茉黾右槐,K当然更不可能增加一倍,所以K增加,出口温度下降。

[3] 在间壁式传热中,热量从热流体传到冷流体的过程,热阻主要集中在( B )。

(A)金属壁(B)冷、热流体的层流底层内(C)冷、热流体的主体(D)平均分配在各层金属的导热系数远大于流体的导热系数,所以金属壁的热阻很小,从上图的温度分布曲线可知,热阻主要集中在冷、热流体的层流底层。

[4] 在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对对流传热系数岬挠跋焓莀___A___。

(A)不凝性气体的存在会使嶂荡蟠蠼档汀￡(B)不凝性气体的存在会使嶂瞪摺￡(C)不凝性气体的存在与否，对数据无影响。

(D)不一定在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在会在壁面形成一层膜，从而使对流传热系数大大降低。

[5] 在圆形直管内作无相变强制湍流的对流传热系数关联式来自___B___。

(A)理论方法(B)因次分析和实验相结合的方法(C)因次分析法(D)数学模型法α=(λ/d)首先通过因次分析法推导出圆形直管内作强制湍流的3个准数，再用实验的方法关联出三个准数间的关系式。

[6] 计算蒸汽冷凝的对流传热系数,其定性温度应为( C )。

(A)蒸汽温度(B)壁温(C)膜温(D)当然是膜温即壁温与蒸汽温度的平均值。

1.如附图所示。

某工业炉的炉壁由耐火砖 ?1= (m ・K)、绝热层 炉(m ・K)及普通砖 拆(m ・K)三层组成。

炉膛壁内壁温度1100o c,普通砖层厚12cm ，其外表面温度为 50 o G 通过炉壁的热损失为1200W/m 2,绝热材料的耐热温度为 900 o C 。

求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。

设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。

已知：X 1=m-K, ?2=m ・K, 2m ・K, T 1= 1100 °C, T 2= 900 °C, T 4 = 50°C, 3 = 12cm , q = 1200W/m 2, Rc= 0求：1 =2 =解： T-q2.如附图所示。

为测量炉壁内壁的温度， 在炉外壁及距外壁 1/3厚度处设置热电偶， 测 得t 2=300 o C, t 3=50 °C 。

求内壁温度t 1。

设炉壁由单层均质材料组成。

已知：T 2=300°C, T 3=50°C1100 90012000.22m又••• q900 50 0.12 12000.930.579m 2 K /W1.32T T 42 T 2T 4 3 2q30.10m习题2附图其中 r i =30mm , r 2=60mm , r 3=160mm 所以2 100 10丄ln60丄in 型0.043 300.076025W/m负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。

4.蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内 层的两倍。

其导热系数也为内层的两倍。

若将二层材料互换位置，假定其它条件不变， 试问每米管长的热损失将改变多少说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适解：设外层平均直径为d m,2，内层平均直径为d m,1，则d m,2= 2d m,1 且 ?2=2 入由导热速率方程知bbbb5 b 1 S m12S m21 d m1L2 1 2d m1 L4 1两层互换位置后Qttd m 丄所以q_1.25求： T i =T i = 2(T 2— T 3)+T 3=3 X (300-50)+56= 800 °C3.直径为60 X 3mml 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用 100mm 厚的保温灰包扎， 以作为绝热层。

传热习题课1． 有一套管换热器，用热水加热空气，内管为Φ34×2mm 的铜管，管内走空气，其流量为m 1kg/h ，比热为Cp 1,需要从20℃加热到50℃，热水走夹套，流量为m 2kg/h ，其比热为Cp 2，逆流操作，测得温度由100℃降到70℃，假设流体在管内和夹套流动为湍流流动，问（1） 在下列方程中，四个温差△t 1,△t 2,△t 3,△t 4是否相等，分别为多少，为什么？Q = m 1 Cp 1△t 1 = m 2 Cp 2△t 2 = KA △t= αA △t 4（2） 如果流动方式改为并流时，若要使得进出口温度不变，其平均温差各为多少？两种流动换热欲达到同样温度，哪一种流动方式需要的管子长？（3） 在传热过程中，水对壁的对流传热系数为α1，壁对空气的对流传热系数为α2，总传热系数为K ，问①α1 ,α2 ,K 的值是否相等，为什么？②若管内空气改为冷水，α1 ,α2 ,K 此时是否相等，为何？（4） 当空气流量增加到时2m 1，要达到同样加热温度，而且热水出口温度也不变，提出以下两种方案，你认为哪种可行，哪种较好？①管长增大一倍，②管子直径减小一倍。

解： ⑴ △t 1 =空气的出口温度-空气的进口温度=50℃-20℃=30℃ △t 2 =热水的出口温度-热水的进口温度=100℃-70℃=30℃△t 3 =△t m =（50-50）/ln(50/50)；△t m =（50+50）/2=50℃ △t 4=T 流体-T 壁 或△t 4= t 壁- t 流 由于K<体α，所以△t 3 >△t 4 ⑵ 逆流时，△t m =50℃并流时，△t m =（80-20）/ln(80/20) = 43.3℃由于 K 逆A 逆△t m 逆=m 1Cp 1(t 2-t 1)，K 并A 并△t m 并=m 1Cp 1(t 2-t 1) 所以 K 逆A 逆△t m 逆= K 并A 并△t m 并 其中，K 逆=K 并得1.16m A t A t ∆==∆并并m并逆逆逆L 50＝＝L 43.3⑶①α1为水的对流传热系数，大约103，α2为空气的对流传热系数大约10～100所以K ≈α2②若改为冷水，则α1≈α2，K ≈α2/2或，K ≈α1/2 ⑷①当空气的流量提高一倍时，1'12m m =，1'12u u =，根据4.08.0023.0r e ii P R d λα=，8.08.0Re u ∝∝α，所以74.12)/(/8.08.0''===u u i i αα，所以74.1//''==i i o o K K αα15.1222//)()(2.08.0'''''121121'====⇒∆∆=--ααππm m l l t dl K t dl K t t C m t t C m m o m o p p管长不需要加大一倍，只需要加长15%即可，这个方案较方便。

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*** 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=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*** 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=0.35w.m.K,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0.5m.s时,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时,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0.5m.s时,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时,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_______。

第四章 传热一、填空题：1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知321b b b >>；导热系数321λλλ<<。

在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。

解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。

②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。

因为40100⎪⎭⎫⎝⎛==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。

②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。

解①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②最大 ， 最小 5、①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 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。

①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。

②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 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁wt 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。

②对于间壁式换热器：mt KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。

化工原理第3章_习题课和要求和思考题(学生)(总4页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第三章传热基本要求1. 掌握的内容：（1）热传导基本原理，一维定常傅里叶定律及其应用，平壁及园筒壁一维定常热传导计算及分析；（2）对流传热基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因；。

（3）无相变管内强制对流传热系数关联式及其应用，Nu、Re、Pr、Gr等准数的物理意义及计算，正确选用对流传热系数计算式，注意其用法、使用条件；（4）传热计算：传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，污垢热阻及壁温计算，传热面积计算，加热与冷却程度计算，强化传热途径。

2. 熟悉的内容：（1）对流传热系数经验式建立的一般方法；（2）蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算；（3）热辐射基本概念及两灰体间辐射传热计算；（4）列管式换热器结构特点及选型计算。

3. 了解的内容：（1）加热剂、冷却剂的种类及选用；（2）各种常用换热器的结构特点及应用；（3）高温设备热损失计算。

思考题1．传热速率方程有哪几种各有什么特点分别写出它们的表达式并指出相应的推动力和热阻。

2．何谓热负荷与传热速率热量衡算式与速率方程式的差别是什么3．如图所示为冷热流体通过两层厚度相等的串联平壁进行传热时的温度分布曲线，问：（1）两平壁的导热系数1与2哪个大（2）间壁两侧的传热膜1与2哪个大（3）若将间壁改为单层薄金属壁，平均壁温接近哪一侧流体的温度4．试分别用傅立叶定律、牛顿冷却定律说明导热系数及对流传热系数的物理意义，它们分别与哪些因素有关5．在什么情况下，管道外壁设置保温层反而增大热损失6．在包有内外两层相同厚度保温材料的圆形管道上，导热系数小的材料应包在哪一层，为什么7．某人将一盘热水和一盘冷水同时放入冰箱，发现热水比冷水冷却速度快，如何解释这一现象8．试述流动状态对对流传热的影响9．分别说明强制对流和自然对流的成因，其强度用什么准数决定10．层流及湍流流动时热量如何由管壁传向流体，试分别说明其热量传递机理。

传热习题及答案一、选择题：1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）CA 、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；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、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、ＦＡ、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；3、影响对流传热系数的因素有( )。

A 、B 、C 、D 、EA 、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；4、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：AA 、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；解：原因是：流量不变 2d 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， 1.81/A dα∝，管径增加，A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-∆≈-- 即121ln p mc AT t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln 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，24V 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≈5、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（ ）。

化工原理《传热》习题及答案1、某加热器外面包了一层厚为300mm 的绝缘材料，该材料的导热系数为0.16W/（m ⋅℃），已测得该绝缘层外缘温度为30℃，距加热器外壁250mm 处为75℃，试求加热器外壁面温度为多少？ 解：22321121λλb t t b t t AQ -=-= C 3007516.025.016.005.03075o 21122321=+⨯-=+λ⨯λ-=∴t b b t t t 2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；耐火砖 b 1=230mm ， λ1=1.05 W/(m·℃)绝热砖 b 2=230mm ， λ2=0.151W/(m·℃)建筑砖 b 3=240mm ， λ3=0.93W/(m·℃)已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：（1） 绝热层需几块绝热砖；（2） 普通砖外侧温度为多少？解：（1）b 2=?m442.09.273151.013894005.123.094010002222321121=∴=-=-λ-=λ-=b b b t t b t t AQ 230mm<b 2=442mm<230×2mm则：绝热层需两块绝热砖。

校核t 2=?CC t t o o 1386.1059.273151.046.094022<=∴=- （2）t 4=?C9.3493.024.06.1059.273o 443343=∴-==λ-=t t b t t A Q 3、Φ50×5㎜的不锈钢管，导热系数λ1＝16Ｗ／（ｍ·Ｋ），外面包裹厚度为30mm 导热系数λ２＝0.2W/（ｍ·Ｋ）的石棉保温层。

若钢管的内表面温度为623Ｋ，保温层外表面温度为373Ｋ，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。

解：已知钢管的内半径mm 20252501=⨯-=r 钢管的外半径mm 252502==r 保温层的外半径mm 5530253=+=r根据式（3-12a ），每米管长的热损失W 39794.3014.015702555ln 2.012025ln 161)373623(12ln 1ln 1)(223212131=+=+-⨯⨯π=λ+λ-π=r r r r t t L Q由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度t 2。

传热习题课一、化工原理学习指导p105 3-31在外径为120mm 的蒸汽管道外面包两层不同材料的保温层。

包在里面的保温层厚度为60mm ,两层保温材料的体积相等。

已知管内蒸汽温度为160℃，对流传热系数为10000W/m 2⋅K ；保温层外大气温度为28℃，保温层外表面与大气的自然对流传热系数为16 W/m 2⋅K 。

两种保温材料的导热系数分别为0.06 W/m ⋅K 和0.25W/m ⋅K 。

钢管管壁热阻忽略不计。

求（1）导热系数较小的材料放在里层，该管道每米管长的热损失为多少？此时两保温层表面处的温度各是多少？（2）导热系数较大的材料放在里层，该管道每米管长的热损失为多少？此时两保温层表面的温度各是多少？ 解：r 1=60mm ，r 2=120mm 。

因两层保温材料体积相等，7.15860120222221223=-⨯=-=r r r mm （1）导热系数小的材料放在里层：W/m45.631587.01611207.158ln 25.0160120ln 06.0106.0100001)28160(14.321ln 1ln 11)(23o 2321211i 01=⨯+++⨯-⨯⨯=+++-=r r r r r r t t lQαλλαπ由W/m 45.63/1)(21i 21=-=r t t l Q απ可得管壁温度： 98.15906.01000014.3245.631602/1i 12=⨯⨯⨯-=-=r l Q t t πα℃ 由1211i 31ln 11)(2r r r t t lQλαπ+-=可得内保温层外壁温度： 3.4360120ln 06.0106.010000114.3245.63160ln 1121211i 13=⎪⎭⎫⎝⎛+⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=r r r l Q t t λαπ℃ 由2321211i 41ln 1ln 11)(2r r r r r t t lQ λλαπ++-= 可得外保温层外壁温度： 0.321207.158ln 25.0160120ln 06.0106.010114.3245.63160ln 1ln 11242321211i 14=⎪⎭⎫⎝⎛++⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=r r r r r l Q t t λλαπ（2）在以上计算中，将λ1和λ2位置互换，可得导热系数较大材料放在里层的计算结果： Q ’/l =105.9W/m ；t 2=159.98℃，t 3=113.21℃；t 4=34.7℃二、化工原理学习指导p105 3-39116℃的饱和水蒸汽在一单管程列管式换热器的壳程冷凝，一定流量的空气在管程湍流流动，其温度由20℃升至80℃。

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_______。

传热习题及答案一、选择题：1、 关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）CA 、 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；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 、C 、D;B 、E 、FA 、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；3、 影响对流传热系数的因素有（）。

A B 、C 、D EA 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；4、 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：AA 、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；解：原因是：流量不变 d 2u 常数 当管径增大时，a. u l/d 2 , u 0-8/d 0'2 1/d 1'8综合以上结果， 根据m 5 t 2 tl KA t m 对于该系统KA_b L_A L T t 2mc p J t 2 ln — 则T t 2A-ln T• t 2b. d增大时，a增大，dA 1/d1'8，管径增加，A下降KA At m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：N u O.O23Re0.8Pr n，即物性一定时，u^/d。

.2。

根据连续性方程，流量不变时，V匸"J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K5、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（）。