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第4 章传热1 14-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为 1.05W m K , 厚度 b 230mm ；绝热砖的热导率为0.151W m 1 K 1 ；普通砖的热导率为0. 93W m 。
若耐火砖内侧温度为1000 C1 K 1 0 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度0 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过1300 C (假设每两种砖之间接触良好界面为940 C上的温度相等) 。
试求：（1）绝热砖的厚度。
绝热砖的尺寸为：65mm 113mm 230mm ;(2) 普通砖外测的温度。
普通砖的尺寸为：50mm 120 m m 240mm 。
( 答：⑴b 0.460m ；⑵t4 34.6 C )2解：⑴第一层：QA t1b1t21第二层：QAt 2b2t321 t t2t t1 2 2 3b b1 21 .05 0 .23 1000 9400.151b2940 130b20.446m因为绝热砖尺寸厚度为230mm ，故绝热砖层厚度b2 取0.460m ，校核：1.05 0.23 1000 9400.1510.460940 t3t 105.3 C；31 3 t tt t⑵ 3 41 2b b1 3t 34.6 C 。
44-2、某工厂用170mm 5mm 的无缝钢管输送水蒸气。
为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚30mm 的矿渣棉，其热导率为0.065W m 1 K 1 ;第二层为厚30mm 的石棉灰，其热导率为0.21W m 。
管内壁温度为300 C1 K 11 K 1，保温层外0 。
管道长50m 。
试求该管道的散热量。
无缝钢管热导率为45W m 1 K 1 表面温度为40 C（答：Q 14. 2kW ）解：已知： 1 1棉0.065W m K ，1灰0.21W m K1查表得：钢45W m 1 K1Q 2 t1 t 4l 11 lnd2d112lnd3d213lnd4d3 d 0.172其中：ln ln 0.0606，d 0.161ln d3d2ln0.230.170.302 ，ln d4d3ln0.290.230.231Q l20. 0606300400.3020.2312 8 4W m 1 ，45 0.065 0. 214Q 284 50 1.42 10 W 14.2kW 。
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 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。
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w t 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：m t KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。
解①大 ， 热阻大 ②稳定传热 ， 无热损失 ， 无相变化8、①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是 。
②等温面不会相交，因为 。
解①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支承管子 ②一个点不可能具有两个不同的温度9、①由多层等厚度平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ，其两侧的温度差愈 。
②为了减小高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置 的措施。
③在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 ，减小热阻的最有效的措施是 。
解①小 ， 小 ②隔热挡板 ③传热边界层δ 或滞流层内；提高流体湍动程度11、引起自然对流传热的原因是 ，因此影响自然对流的特性有 。
解：系统内部存在温度差，使各部分流体密度不同而引起上升，下降的流动 ρ, μ , Cp, λ, β12、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应 ，主要原因是 。
解：降低因为水的导热系数大于保温材料的导热系数13、举出五种间壁式换热器 。
提高间壁式换热器传热系数的主要方法是解：夹套式，蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任选五种。
提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。
16、通过一换热器，用饱和水蒸汽加热水，可使水的温度由20℃升高至80℃，现发现水的温度降低了， 经检查水的初温与流量均无变化，引起问题可能的原因是 。
解：传热速率下降引起。
根据Q=KA Δtm 分析，可能有几种情况：1.蒸汽压力下降，减小；2.蒸汽侧有不凝气，使传热系数α大幅度地下降，K 减小；3.水侧污垢积累，污垢热阻增大，K 减小；4.冷凝水排除器不通畅，有积水现象，使K 减小。
17、金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ，随其温度的升高而 。
答案：增大；减小二、选择题：（2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为C ︒100，空气进口温度为C ︒20，出口温度为C ︒80，问此套管换热器内管壁温应是_________。
（A ）接近空气平均温度 （B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度 解：①A) ②C2、套管冷凝器，管内走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时（1）传热系数K 应 A 增大 B 减小 C 基本不变 （2）空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变 （3）壁温 A 增大 B 减小 C 基本不变 解：（1）A （2）B （3）B3、有一套管换热器，长10m ，管间用饱和蒸汽作加热剂，空气在一定流量下由内管流过，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倍解：答案：C74.128.08.0==⎪⎭⎫ ⎝⎛'='u u ααll t t A A t t t t m m m m αααα''=∆∆''=--'12121.12222.08.0===''='ααm m l l 4、在设计列管式换热器中，设置折流挡板，以提高_____程流速，设置隔板以提高_____流速，以达到强化传热的目的。
管程内流体流速的选取，对一般液体取_____，气体取_____，如该换热器用水蒸汽冷凝来加热原油，那么水蒸汽应在______程流动。
（A ）壳程 （B ）管程 （C ）壳程和管程（D ）u ＝0.5～3m/s （E ）u ＝5～30m/s （F ）u ＝30～100m/s解：①A) B) D) E) A)5、（1）在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对α的影响是__________。
（A ）不凝性气体存在会使α（值）大大降低。
（B ）不凝性气体存在会使α（值）升高（C ）不凝性气体的存在与否，对数据无影响（2）对在蒸汽－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 ）提高空气流速 （B ）提高蒸汽流速（C ）采用过热蒸汽以提高蒸汽温度（D ）在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积导走冷凝液。
（E ）内管加入填充物或采用螺纹管。
（3）蒸汽压强的变化，对冷凝传热的影响是__________。
（A ）蒸汽压强P ↑，α值↑，对α关联式有影响； （B ）蒸汽压强P ↑，α值不变，对α关联式有影响 （C ）蒸汽压强P ↓，α值↓，对α关联式有影响①A) ②A) ③B)1．6、穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻1R 与第二、三层热阻2R 、3R 的大小___________。
（A ）1R >(2R +3R ) （B ）1R <(2R +3R ) （C ）1R =(2R +3R )（D ）无法比较2．列管换热器管程常用流速范围为：一般液体________，气体_________。
（A ）0.5～3m/s （B ）3～15m/s （C ）5～30m/s 参见附图：解：①C) ②A) C)3、（1）列管换热器中用水使46C ︒2CS 的饱和蒸汽冷凝，则2CS 饱和蒸汽应通过_________。
（A ）管程 （B ）壳程（2）有一套管换热器，在内管中空气从20C ︒被加热到50C ︒，环隙内有119.6C ︒的水蒸汽冷凝，管壁温度接近______C ︒。
（A ）35 （B ）119.6 （C ）77.3（3）在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度相差50C ︒，现因某种原因，两者的温度各升高100C ︒，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该___________。
（A ）增大 （B ）变小 （C ）不变解：①B) ②B) ③A) 4、（1）在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好_________放置；冷却水应走___________。
（A ）水平 （B ）垂直 （C ）管内 （D ）管外 （2）已知钢质园管（外半径为r 1）外两层不等厚（b 1>b 2）保温材料的温度分布曲线如图示，则A 层导热系数_____________B 层的导热系数。
（A ）小于 （B ）不能确定是否大于 （C ）大于 （D ）等于解：①A) C) ②C5、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（ ）。
A. 管避热阻；B. 污垢热阻；C ．管内对流传热热阻； D.管外对流传热热阻 答案：B 6、三、问答题：1、保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？2、何谓换热器的控制热阻?答:换热器的总热阻1/K 主要取决于冷、热流体的对流传热热阻，当然也和管壁的热阻及污垢热阻有关，即，λααb K i ∑++=0111若忽略管壁及污垢热阻，则有111αα+≈i K 如果i α和0α相接近，也就是两种流体的传热阻力差不多时，在谋求强化传热过程中，一般要考虑把i α、0α都增大。
但往往有这种情况，两者的α 值相差很大，例如i α>>0α,则11αα<<i。
这时11α≈K K ≈0α 即总传热系数K 值接近对流传热系数小的一侧流体的α 值，在本例条件下总热阻完全被管外的对流传热热阻所控制。
1/0α被称为控制热阻。
控制热阻的概念对强化传热研究是非常重要的。
它可以使我们在寻求强化的过程中紧紧抓住主要矛盾，提醒我们为了增大换热器的总传热系数，减少热阻，关键在于增大控制热阻一侧的α。
用火炉烧开水，壶底的温度是接近火焰的温度还是接近水的温度？答：为了抓住问题的实质，暂不考虑壶底金属材料的热阻和污垢热阻，即将壶底内、外表面的温度统一用tw 来表示。
设ti 、to 分别代表水和火焰的温度。
由牛顿冷却定律：)()(00w i w i t t t t AQ-=-=αα 由于水的对流传热系数i α远大于空气的对流传热系数0α , 即i α >>0α, 由上式可知： )()(0i w w t t t t ->>-即火焰和壶底的温度差远大于壶底和水的温度差。
也就是说)(i w t t -的数值很小，i w t t ≈。
由此可以得出结论，壶底的温度接近水的温度。
推广开来，当两种流体通过壁面换热时，若对流传热系数相差较大，也可以说对流传热热阻相差较大时，壁温总是接近α 大（即对流热阻小）的那一侧流体的温度。
两流体的α值相差愈大，壁温愈接近α 大的那一侧流体的温度。
这就是为什么在加热炉中，虽然火焰的温度高于炉管材料的溶点，但由于管内有油品流动，管壁接近油品温度，炉管不会烧穿的原因。
