第一部分 概念题
3-2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？
3-4换热器的热负荷与传热速率有何不同？
3-6 何谓换热器的控制热阻?
3-10 工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？
3-11“为了节省冷却介质的用量，在设计换热器的过程中，应尽量提高冷却介质的出口温度。”这种说法是否正确？
第二部分 计算题
3-77某流体通过内径为100mm 圆管时的流传热系数为120W/(
C m 02⋅),流体流动的雷诺数5102.1Re ⨯=,此时的对流传热系数关联式为4.08.0Pr Re 023.0=Nu 。今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1：3的矩形扁管，而保持流速不变，试问对流传热系数有何变化？
3-84 某固体壁厚b=500mm,其导热系数⋅=m W /(0.1λ℃)。已知壁的一侧流体温度Ｔ＝230C ,其对流传热系数a 1=50W/(m.℃);另一侧流体温度t=30℃,对流传热系数/(1002W =αm 2℃).若忽略污垢热阻，试求：
（1） 热通量q; （2）距热壁面２５mm 处的壁温t x 。
解：方法一
先求热通量，然后以（Ｔ－t x ）为传热推动力， （
λb a +11）为对应热阻，求出x t 。即将热流体与壁 面对流传热与x b 厚壁面的导热综合考虑。
（1）热通量q 图3-3 3-84附图
3-85 一立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ5.225⨯ mm ，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却 2CS 饱和蒸气，使之从饱和温度46 ℃ 降至10 ℃ ，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2CS 呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ℃ 和30℃ 。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/2001w K =(⋅2m ℃) 和/1002w K =(⋅2m ℃)。问此换热器是否合用？
T 2a 1a
3-92废热锅炉由φ25mm ⨯2。5mm 的锅炉钢管组成。管外为水沸腾，绝对压强为2.8Mp a ，管内走合成转化气，温度由550℃降至450℃。已知转化气一侧，⋅=2
1/(250m W α℃）水侧⋅=20/(10000m W α℃）。若忽略污垢热阻，求换热管的壁温w T 及w t 。
3-96平均温度为270℃的机油从一φ108mm ×6mm 的钢管中流过。已知油对管壁的对流传热系数为340W/(m 2·℃)，大气温度为12℃。试求：(1)每米管长的热损失：
(2)若管外包以导热系数为0.045W/(m ·℃)，厚度为20mm 的玻璃棉作保护层，此时的热损失又为多少？
假设管壁及污垢热阻可以忽略不计，外壁对空气的对流－辐射联合传热系数可用a T =8+0.05t W 来计算。其中t W 表示壁温，℃；αT 的单位为W/(m 2·℃)。
3-98在管道中心装有热电偶以测量管内空气的温度。由于热电偶温度上升后对管壁进行辐射传热，测温元件的温度t 1低于空气的真实温度t a 。
(1)试推导计算测量误差的关系式。
(2)已知热偶的指示温度t 1=220℃，管道内壁温度t W =120℃，热偶的黑度为0.8，空气对流传热系数α=40W/(m 2·℃)·。试求真实的空气温度。
3-100拟在列管式换热器中用120C ︒的饱和蒸气将存放在常压贮槽中的温度为20C ︒﹑比热容为2.09kJ/(kg ·C ︒)﹑质量为kJ 4
102⨯的重油进行加热。采用输油能力为6000kg/h 的油泵将油从贮槽送往换热器，经加热后再返回，油循环流动。若要求经4h 后油温升至80C ︒，试计算所需换热器的传热面积。
假定整个加热过程中0K 均可取作350W/（⋅2m ℃），而且任一瞬间槽内温度总是均匀的。 3-101将一铜球投入T=350C ︒的恒温油槽中。已知铜球的初始温1t =20C ︒，质量m =1kg ，表面积01.0=A 2m ，比热容c=0.406()C kg kJ ︒⋅/,油与球外表面的对流传热系数α=60W/(2m )C ︒⋅。设可忽略铜球内部的导热热阻，求6min 后铜球的温度2t 。
分析：铜球投入油中后，随即开始吸热升温过程。由于油温不变，随着球温上升，传热推动力即温差减小，传热速率下降。而传热速率下降反过来又影响铜球的吸热，使得球温上升速度渐减。所以铜球与油品之间的传热为一非定态传热过程。
3-102用传热面积1A =2
1m 的蛇管加热器加热容器中的某油品，拟将油温从201=t C ︒升至C t ︒=802。已知加热器的总传热系数)/(2002C m W K ︒⋅=，油品质量kg m 500=，比热容
)/(2.2C kg kJ c p ︒⋅=。容器外表面散热面积2212m S = ,空气温度20=αt ℃,空气与器壁的对流传
热系数)/(102
C m W ︒⋅=α，加热蒸汽的压强为kPa 250。试求： （1） 所需加热时间；
（2） 油品能否升至C ︒90。
不考虑管壁热阻及油与壁面的对流传热热阻。
3-104：求电热器中电热丝的表面温度。已知电热丝直径0.5mm ，全长2.5m ，表面黑度9.0=ε，周围反射器的温度为15℃，电热器的功耗为kw 4.0。不计对流传热。
（导热油、石英电加热器加热塔釜溶液的稳定时间及电热丝的表面最高温度）
3-106有一列管式热换器，列管由薄壁钢管制成。壳方通入温度为720℃的饱和水蒸汽。管内走空气，空气流量为h Kg /105.24
⨯，呈湍流流动，进口温度为30℃，出口温度为80℃。现加大空气流量为原来的1.5倍，进口温度不变。问此时的换热量为多少？
（若保持出口温度不变，怎样处理？
若载热体为导热油且保持出空气口温度不变，并已知导热油侧及空气侧的传热分系数，忽略污垢热阻，能否完成任务？）
空气比热K Kg J CP ./1005=，假设空气的物性保持不变。
3-107一列管式换热器，由mm 225⨯ϕ的136根不锈钢管组成。平均比热为./4187Kg J ℃的某溶液在管内作湍流流动，其流量为h kg /15000，并由15℃加热到100℃。温度为110℃的饱和水
蒸气在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的给热系数2/520 m W i 为α℃，蒸汽对管壁的给热系数
./1016.1240m W ⨯为α℃,不锈钢管的导热系数./17m W =λ℃，忽略垢层热阻和热损失。试求：
A ）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）；
B ）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为136根）。
3-112有一套管换热器，内管为mm 254⨯ϕ，套管为mm 4116⨯ϕ的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为h Kg /4000。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为Kg KJ /1.2168，冷凝传热膜系数为K m W ⋅2
/11630。苯在50℃~80℃之间的物性参数平均值为密度3/880m KJ =ρ，比热Kg KJ c p /86.1=℃，粘度23/1039.0m Ns -⨯=μ，导热系
数K m W ⋅=/134.0λ，管内壁垢阻为W cm /000265.02
，管壁及管外侧热阻不计。试求： （A ）加热蒸汽消耗量；
（B ）所需的传热面积（以内管外表面计）。
（C ）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？
3-117某一列管式换热器，将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动，饱和水蒸气
在管外冷凝。今因生产任务加大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。
原换热器列管数为1n ，管径为1d ，管长为1l ，而新换热器管数为2n 21(2)n n =，管径
为)5.0(122d d d =。试问新换热器管长2l 为原换热器管长1l 的几倍。
