化工原理第四章 传热

.第四章 传热 习题 解答一、选择题：1、关于传热系数K下述说法中错误的是（ ）A、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 答案：C2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。 、高压流体； 、蒸汽； 、易结垢的流体； 、腐蚀性流体； 、粘度大的流体； 、被冷却的流体； 答案：、； 、冷热流体流动通道的选择a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U形管式的不宜走管程；b、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程即可达到湍流。但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。3、影响对流传热系数的因素有( )。A、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 答案:A、B、C、D、E4、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（ ）。A、；B、；C、；D、；冷流体 热流体 水 气 体水沸腾 水蒸气冷凝 水 水 水 轻油 答案：D5、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法：加热器应置于该空间的上部；冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（ ）。A、这两种说法都对； C、第一种说法对，第二种说法错；B、这两种说法都不对； D、第二种说法对，第一种说法错； 答案：B6、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（ ）。A、； B、； C、； D、；空气流速为30m/S时的a； 水的流速为1.5m/s时的a；蒸汽滴状冷凝时的a； 水沸腾时的a； 答案：C7、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：B8、在冷凝器中用水冷凝苯蒸汽，水走管程，其雷诺数，此时对流传热系数为。若将水的流量减半，其对流传热系数（ ）。A、(1/2)； B、，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。2、废热锅炉由25mm2.5mm的锅炉钢管（）组成。管外为水沸腾，绝压为2.8MPa，管内走合成转化气，温度由550降至450。已知转化气一侧，水侧。若忽略污垢热阻，求换热管壁温Tw及tw。解：方法一：（1）先求总传热系数（以管子内表面为基准） K1=242W/(m2)（2）平均温度差： 2.8MPa下水的饱和温度为230，（3）热通量： （4）管壁温度 先着眼于管内的对流传热。 由牛顿冷却定律： 又： 再眼于管外的对流传热 方法二： （1）先求传热过程的总热阻及分热阻（基于内表面） （2）再求管壁温度 在连续传热过程中，温降与热阻成正比。故： 已知：t = 2300c 两种解法结果相同 分析：由于管内外水沸腾传热系数较大，管内合成转化气对流传热系数相对要小得多，所以壁温接近水的温度。又因为管壁的热阻较小，所以温降也小，也就是说管壁两侧温度比较接近。两种方法略作比较可以发现，第二种方法更简捷、直观。壁温的估算对工程技术人员十分重要。无论选择换热器类型还是选定换热器都需要知道壁温，一些对流传热系数的计算也需要知道壁温。3、在列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走壳程，空气走管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将：(1)空气的压强加倍；(2)传热管的数目加倍。试估算/tm将如何变化？解：（1） ，所以由Q =KAtm，得：， 由上可知，当压强加倍后，管内空气的r增大 u减少，但质量流速G = u r不变，m不变，即不变。又 不变 a不变 Q/tm亦不变化（2）传热管数目加倍。传热管数目加倍，则传热面积A加倍；但流通面积增大1倍后，流速相应减少1倍，管内对流传热系数减至原来倍。 4、有一套管换热器，管内为，套管为的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50，出口温度为80，流量为。环隙为133.3的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为，冷凝传热膜系数为。苯在5080之间的物性参数平均值为密度，比热，粘度，导热系数，管内壁垢阻为，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？解：（1）加热蒸汽消耗量：（2）内管中苯的流速：湍流则以内管外表面计的传热系数为： （3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，则 （以内管外表面计）即： 解得： 即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2。5、一长度为3m、管外径为131mm、管内通有123饱和蒸汽的竖直加热管。管外壁的温度为120，周围空气的温度为20，试求：（1）每米管道因自然对流而产生的热损失为多少？（2）若管外包一层40mm的保温层后，保温层外表面温度降至60,上述热损失减至多少?解: (1)定性温度=,在此温度下空气的物性为 ） 查表得： =6.84W/（m2）（1） 加保温后定性温度，在此温度下： ） Pr=0.699Gr= =1.171011 GrPr=1.1710110.699 =8.171010 = =5.39 W/(m2) =5.393.140.131(60-20)=88.7W/m 即加了保温层后，每米管道的热损失由原来的281W/m减至88.7W/m。 此题亦可采取简化的方法：如上求出=6.84W/(m2)后，因为保温前后均属自然对流，假定物性不变，则保温前后对流系数的关系为 W/(m2) 简化计算的结果与前面计算相差 分析：=可以发现