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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_______。
《传热学》资料第五章传热过程与传热器一、名词解释1．传热过程:热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.2．复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.3．污垢系数:单位面积的污垢热阻.4．肋化系数: 肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.5．顺流:两种流体平行流动且方向相同6．逆流: 两种流体平行流动且方向相反7．效能:换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.8．传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.9．临界热绝缘直径:对应于最小总热阻(或最大传热量)的保温层外径.二、填空题1．与的综合过程称为复合传热。
(对流传热，辐射传热)2．某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为20 W／(m2．K)，对流传热系数为40 W／(m2．K)，其复合传热系数为。
(60W／(m2．K))3．肋化系数是指与之比。
(加肋后的总换热面积,未加肋时的换热面积)4．一传热过程的热流密度q＝1．8kW／m2，冷、热流体间的温差为30℃，则传热系数为，单位面积的总传热热阻为。
(60W／(m2．K)，0．017(m2.K)／W)5．一传热过程的温压为20℃，热流量为lkW，则其热阻为。
(0．02K／W)6．已知一厚为30mm的平壁，热流体侧的传热系数为100 W／(m2．K)，冷流体侧的传热系数为250W／(m2．K)，平壁材料的导热系数为0．2W／(m·K)，则该平壁传热过程的传热系数为。
(6．1W／(m2．K))7．在一维稳态传热过程中，每个传热环节的热阻分别是0．01K／W、0．35K／W和0．009lK ／W，在热阻为的传热环节上采取强化传热措施效果最好。
(0．35K／W)8．某一厚20mm的平壁传热过程的传热系数为45W／(m2．K)，热流体侧的传热系数为70W／(m2K)，冷流体侧的传热系数为200W／(m2．K)，则该平壁的导热系数为。
第五章传热主要内容：热量传递基础；传热过程的计算；传热设备。
重点内容：傅里叶传导定律；牛顿冷却对流传热定律；传热过程基本方程；换热器的计算；管壳式换热器的设计和选用。
难点内容：传热过程基本方程。
课时安排：20第一节概述一、传热过程由热力学第二定律可知，凡有温度差存在的地方，就必然有热量的传递。
化学工业与传热密切相关，化工生产过程中许多单元操作都需要加热和冷却。
化工生产中进行传热操作的目的——1．料液的加热和冷却，为达到反应所需的温度；2．为维持反应温度，需不断输入或输出热量；3．许多单元操作需输入或输出热量；4．化工设备的保温；5．生产过程中热能的综合利用及废热的回收。
化工生产对传热过程的要求：1．强化传热——要求传热速率高，降低设备成本；2．削弱传热——可减少热损失。
二、传热的基本方式（传热机理）传热原因——传热推动力（温度差）传热方向——在无外功输入时，由热力学第二定律，热流方向由高温处向低温处流动。
传热的三种基本方式：1．热传导——物体内部或两个直接接触物体之间的传热方式。
金属导体—自由电子运动不良导体，大部分液体—温度高的分子振动，与相邻分子碰撞，造成的动量传递。
气体—分子无规则运动热传导是静止物体内的一种传递方式，没有物质的宏观位移。
2．对流传热——是指流体由质点发生相对位移而引起的热交换。
对流传热仅发生在流体中，所以与流体的流动方式密切相关。
自然对流——质点位移是由于流体内部密度差引起的，使轻者浮，重者沉；强制对流——质点运动是由外力作用所致。
对流传热同时伴有热传导，事实上无法将其分开——又称给热。
化工中所讨论的给热，都是指流体与固体壁面之间的传热过程——间壁式换热3．热辐射——是一种通过电磁波传递能量的过程任何物体，只要在0K 以上都能发射电磁波，而不依靠任何介质，当被另一物体接收后，又重新变为热能。
热辐射不仅是能量转移，也伴随着能量形式的转移。
三、间壁式换热1． 间壁式换热过程—由对流、导热、对流三过程串联而成（1）热流体以对流方式将热量传递到间壁一侧； （2）热量以导热方式通过间壁； （3）热量以对流方式传至冷流体。
第五章-传热第五章 传热一．填空1. 传热的三种基本方式为___________ 、_____________、____________。
2. 工业上两种流体热交换的基本方式有_________、__________、__________。
3. 热流体将热量通过壁面传给冷流体的过程是______________________、_______________、________________________________。
4. 对流传热又分___________对流和___________对流。
5. 不需要任何介质的传热称为_________传热。
6. 傅立叶定律表达式为_________，负号表示_____________________。
7. 一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为___________。
8. 金属的导热系数大多随其纯度的增加而_____，随其温度的升高_____。
9. 对流传热的热阻主要集中在______________，因此____________________是强化对流传热的重要途径。
10. 蒸汽冷凝有二种方式，即_____________和________________。
11. 吸收率等于1的物体称为_____________。
12. 反射率等于1的物体称为_____________。
13. 透过率等于1的物体称为_____________。
14. 能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的辐射能的物体称为_____________。
15. 灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的_____________。
16. 用二种厚度相同的材料保温时，往往把_____________ 的材料包在内层，以达到好的保温效果。
17. ()()n e R d Pr ..023.08.0内λα=式中两个准数Re =__________，Pr=__________.若液体被冷却时n=____________。
二．选择题1. 对双层平壁的稳态导热过程，壁厚相同，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温差分别为1t ∆和2t ∆，若1t ∆> 2t ∆，则1λ和2λ的关系为____。
A. 1λ<2λB. 1λ=2λC. 1λ>2λD. 不确定2. 物质导热系数的顺序为（ ）。
A. 金属>一般固体>液体>气体B. 一般固体>金属>液体>气体C.液体>一般固体> 金属>气体D. 气体>液体>一般固体>金属3.14、冷热两流体的对流给热系数α相差较大时，提高总传热系数K值的措施是（）。
A.提高小的α值B. 提高大的α值C.两个都同等程度提高；D. 提高大的α值，同时降低小的α值4.关于传热糸数K下述说法中错误的是（）。
A. 传热过程中总传热糸数K实际上是个平均值；B. 总传热糸数K随着所取的传热面不同而异；C. 总传热糸数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；5.当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（）。
A．逆流时，Δt m一定大于并流、错流或折流时的Δt mB．采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量C．采用逆流操作可以减少所需的传热面积D．温度差校正系数φ的大小反映了流体流向接近逆流的程度。
6.物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（）。
A．热传导 B. 热传递 C. 热放射 D. 热流动。
三、简答1．热传递有哪几种基本方式？热传导、对流、辐射。
2．各种传热方式相比较，热传导的主要特点是什么？在热传导中，物体各部分之间不发生相对位移。
3．各种传热方式相比较，对流的主要特点是什么？对流仅发生在流体中，流体各部分之间发生相对位移。
4．各种传热方式相比较，热辐射的主要特点是什么？热辐射不需要任何介质，可以在真空中传播。
5．流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在何处？热阻主要集中在紧挨固体壁面处的层流底层内。
6．强化对流传热的主要途径是什么？提高流体的湍动程度，减小层流底层的厚度。
7．在一套管换热器中，若两流体的进、出口温度不变，应选择并流换热还是逆流换热？为什么？应选择逆流换热，因为此时的对数平均温差较大，可以节省换热面积。
8．什么是黑体？吸收率等于1的物体称为黑体。
9．什么是白体？反射率等于1的物体称为白体。
10．什么是透热体？透过率等于1的物体称为透热体。
11．什么是灰体？能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞所有波长范围的辐射能的物体称为灰体。
12．什么是物体的黑度？灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比称为物体的黑度。
13．为什么内部孔隙多的材料保温效果好?因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，对导热不利，从而起到了保温的作用。
14．在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度?由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内，提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度，可以提高传热效果。
15．在夏季人们为什么爱穿浅色衣服?由于在阳光下浅色的衣服反射率较大，吸收的热量少，使人们不至于感觉太热。
16．虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是透热体。
此话对吗？为什么？不对，只有单原子气体和对称双原子气体是透热体，而空气中的二氧化碳和水蒸气都可以部分地吸收太阳发射的辐射能。
17．间壁式换热器与混合式换热器的区别是什么？间壁式换热器是由固体壁面将冷、热两种流体分开，通过固体壁面传热，而混合式换热器中则是将冷、热两种流体直接接触、混合换热。
四．计算题1. 在由118根φ25⨯2.5，长为3m 的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。
已知加热蒸汽的温度为132.9℃，空气的质量流量为7200kg/h ，空气的进、出口温度分别20℃和60℃，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg ⋅℃)，空气的对流给热系数为50 W/(m 2⋅℃)，蒸汽冷凝给热系数为8000 W/(m 2⋅℃)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。
试求：（1）加热空气需要的热量Q 为多少？（2）以管子外表面为基准的总传热系数K 为多少？（3）此换热器能否完成生产任务？解：（1）()()4.802060005.13600/72001222=-⨯⨯=-=t t c w Q p kJ/s （3分）(2) 8.395002.0025.08000111111222=⨯+=+=h d d h K W/(m 2⋅℃) （4分）(3) 8.273025.014159.31182=⨯⨯⨯=A m 2 （2分） 45.919.1129.72ln 40ln 2111=-=∆∆∆-∆=∆t t t t t m ℃ （3分） 184.101J/s 10118445.918.278.3922==⨯⨯=∆=m t A K Q kJ/s ， （3分） 能够完成生产任务。
2. 外径为50mm 的不锈钢管，外包6mm 厚的玻璃纤维保温层，其外再包20mm 厚的石棉保温层，管外壁温为300︒C ，保温层外壁温为35︒C ，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/(m ⋅K)和0.3 W/(m ⋅K)，试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。
解： ()()m W r r r r t t L Q /9.35162102ln 3.015062ln 07.01353002ln 1ln 1223212131=+-=+-=πλλπ ()m W r r t t L Q /9.351ln 1212121=-=λπ 所以 C t ︒=⨯-=128207.39.3513002π ∴ W/（ｍ·℃）3. 某单程列管式换热器，其换热管为225⨯Φ mm 的不锈钢管，管长为3m ，管数为32根。
在该换热器中，用25℃的水将壳程的110℃的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸汽的冷凝传热系数为3102.8⨯ W/(m 2·℃)。
水的流量为15000 kg/h ，平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃)；管壁与水的对流传热系数为1000W/(m 2·℃)；不锈钢的导热系数为17 W/(m·℃)。
试求：1．总传热系数o K ；2．水的出口温度。
解：1．总传热系数o Ki i o m o o o d d d d b K αλα++=113.694021.01000025.0023.017025.0002.0102.8113=⨯+⨯⨯+⨯=o K W/(m 2·℃)2．水的出口温度2tm o o pc c t S K t t C W Q ∆=-=)(1221122121ln ln )()(t T t T t t t T t T t T t T t m ---=-----=∆ 211212ln )(t T t T t t S K t t C W oo pc c ---=- pc c oo C W S K t T t T =--21ln （1）536.73025.014.332=⨯⨯⨯==L d n S o o π m 23.01018.43600/15000536.73.6943=⨯⨯⨯=pc c o o C W S K 代入（1）式，得3.011025110ln 2=--t 解出 472=t ℃4. 直径为 60×3 mm 的钢管用30 mm 厚的软木包扎，其外又用100 mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。
现测得钢管外壁面温度为 —110℃，绝热层外表面温度10℃。
已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·℃），求每米管长的冷量损失量。
解：由圆筒壁的导热速率方程知其中 r 1 = 30 mm ，r 2 = 60 mm ，r 3 = 160 mm∴ W/m负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。
5. 一套管式换热器管内流体的对流传热系数αi = 20 W/（m2·℃），管间流体的对流传热系数α0 = 350 W/（m2·℃）。
若将管内和管间两种流体的对流传热系数分别提高一倍，总传热系数K分别相应增加多少？（管壁热阻及污垢热阻可忽略不计，管壁厚度按薄壁管处理）解：原流动情况m2·℃/WK=18.92 W/ m2·℃（1）管内对流传热系数增加一倍= 2= 2×20= 40 W/ m2·℃K=35.9 W/ m2·℃（35.9-18.92）/18.92 = 89.75%（2）管外对流传热系数增加一倍= 2×350 = 700 W/ m2·℃K = 19.44 W/ m2·℃（19.44-18.92）/18.92 = 2.75%6. 在列管式换热器中用水冷却油，水在管内流动。
