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文档简介
1、第四章 传热练习题一、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、揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是( )。A、斯蒂芬-波尔兹曼定律; C、折射定律;B、克希霍夫定律; D、普郎克定律;答案:B3、在确定换热介质的流程时,通常走管程的有( ),走壳程的有( )。 A、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;答案:A、C、D;
2、B、E、F4、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、E5、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( )。A、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;答案:A解:原因是:流量不变 当管径增大时,a. ,b. d增大时,增大,综合以上结果,管径增加,下降根据对于该系统即 则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:,即物性一定时,。
3、根据连续性方程,流量不变时,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6、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:D7、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
4、两种说法都不对; D、第二种说法对,第一种说法错;答案:B8、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:C9、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、管壁热阻; 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:B10、热油和水在一套管换热器中换热,水由20升至75。若冷流体为最小值流体,传热效率0.6
5、5,则油的入口温度为( )。A、104; B、130; C、95; D、85;答案:A 分析:=0.65 =10411、关于辐射传热,下述几种说法中错误的是( )。A、除真空和大多数固体外,热射线可完全透过;B、热辐射和光辐射的本质完全相同,不同的仅仅是波长的范围;C、热射线和可见光一样,都服从折射定律;D、物体的温度不变,其发射的辐射能也不变;答案:A12、关于下面两种说法的正确结论应是( )。1)物体的相应位置确定后,系统的黑度只与表面黑度有关;2)通过改变表面黑度的方法不能强化或消减辐射过程。A、这两种说法都对; C、第一种说法对,第二种说法不对;B、两种说法都不对; D、第二种说法对,
6、第一种说法不对;答案:C13、冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90°C,出口温度为50°C,冷水进口温度为15°C,出口温度为53°C,冷热水的流量相同,且假定冷热水的物性为相同,则热损失占传热量的( )。A、5%; B、6%; C、7%; D、8%;答案:A解:由 ,得 14、某套管换热器由Ø108×4mm和Ø55×2.5mm钢管组成,流体在环隙间流动,其当量直径为( )mm。A、53; B、45; C、50; D、58;答案:B15、有两台同样的管壳式换热器,拟作气体冷却器用。在气、液流量及进口温度一定
7、时,为使气体温度降到最低应采用的流程为( )A、气体走管外,气体并联逆流操作; B、气体走管内,气体并联逆流操作;C、气体走管内,串联逆流操作; D、气体走管外,串联逆流操作;答案:D16、对在蒸汽-空气间壁换热过程中,为强化传热,下列方案中( )在工程上是可行的: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,增加冷凝面积并及时导走冷凝液; 答案:A17、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的,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
8、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;答案:C18、在常压水蒸气冷凝加热空气,空气平均温度为20,则壁温约为( )A、20; B、100; C、60; D、49.7。答案:B19、有一套管换热器,长10m,管间用饱和水蒸气作加热剂。一定流量下且做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为原来的( )A、2倍; B、1.75倍; C、1.15倍; D、2.30倍;答案:20、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
9、、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。答案:21 气体的导热系数值随温度的变化趋势为( )A T升高,增大 B T升高,减小C T升高,可能增大或减小 D T升高,不变答案:A22、水银、水、软木的导热系数分别为1、2、3其大小顺序为( )A 1>2>3 B 1<2<3C 1>3>2 D 3>1>2答案:A23、多层平壁定态热传导时,各层的温度降与各相应层的热阻( )A 成正比 B 成反比 C 没关系 D 不确定答案:A24、对由多层平壁组成的多层平壁稳定热传导而言,若三层的传热推动力t1>t2>t3,
10、则三层平壁的传热阻力R1、R2、R3之间的关系为( )A R1>R2>R3 B R1<R2<R3 C R1>R3>R2 D R2>R1>R3答案:A25、双层平壁稳定热传导,壁厚相同,各层的导热系数分别为1和2,其对应的温度差为t1和t2,若t1>t2,则1和2的关系为( )A 1<2 B 1>2 C 1=2 D无法确定答案:A26、由厚度都相同的平壁组成的三层平壁而言,若1>2>3,则热阻R1、R2、R3之间的关系为( )A R1>R2>R3 B R1<R2<R3 C R1>R3>
11、;R2 D R3>R1>R2答案:B27、由傅立叶定律,可以定义出导热系数;由牛顿冷却定律,可以定义出对流传热系数。对于和的下列认识中正确的是( )A 和皆为物质的热物理性质 B 和具有相同的因次C 和不一样,仅为物质的热物理性质D 和不一样,仅为物质的热物理性质答案:C28、传热中的相似准数有努塞尔准数Nu,雷诺准数Re,普朗特准数Pr。格拉斯霍夫准数Gr,大空间内无相变的自然对流传热现象可由其中的( )来描述。A Re、Pr、Gr B Pr、Gr、Nu C Nu、Re、Pr D、 Nu、Re答案:B29、设水在一圆直管内湍流流动,在稳定段处,其对流传热系数为1;若将水的质量流量
12、加倍,而保持其他条件不变,此时的对流传热系数2与1的关系为( )A 2=1 B 2=21 C 2=20.81 D 2=20.41答案:C30、下列准数中反映的物体物性对对流传热影响的是( )A Nu B Re C Pr D Gr 答案:C31、下列准数中反映自然对流对对流传热影响的是( )A Nu B Re C Pr D Gr 答案:D32、下列准数中反映流动状态和湍流程度对对流传热影响的是( )A Nu B Re C Pr D Gr 答案:B33、对由外管直径为d1,内管直径为d2组成的套管而言,按润湿周边计算而得的当量直径为( )A (d1+d2)/2 B d1+d2 Cd1-d2 D d
13、2-d1答案:C34、换热器中任意截面上的对流传热速率=系数×推动力,其中推动力是指( )A 两流体温度差(T-t) B 冷流体进、出口温度差(t2-t1)C 热流体进、 出口温度差(T2-T1) D 液体温度和管壁温度差(T-TW)或(tW-t)答案:D35、液体在圆形直管内作强制湍流时,其对流传热系数与雷诺准数Re的n次方成正比,其中n的值为( )A 0.5 B 0.8 C 1 D 2答案: B36、工业生产中,沸腾传热操作应设法保持在( )A 自然对流区 B 泡核沸腾区 C 膜状沸腾 D 过渡区答案:B37、在通常操作条件下的同类换热器中,设空气的对流传热系数为1,水的对流传热
14、系数为2,蒸汽冷凝的传热系数为3,则( )A1>2>3 B 2>3>1 C 3>2>1 D2>1>3答案:C二、填空题1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递,也就是将边界层的 和边界层外的 合并考虑,并命名为给热。答案:热传导;热对流2、给热是以 和 的差作为传热推动力来考虑问题的。答案:流体的平均温度;壁面温度3、流体在垂直管内自上而下流动同时被加热时,其对流传热系数比用普通准数关联式计算的结果要 。答案:大分析:流体被加热时,自然对流的方向是自下而上,恰与流体流动方向相反,引起湍动加剧。4、金属的导热系数大都随其纯度的增加而
15、,随其温度的升高而 。答案:增大;减小5、在工程计算中,对两侧温度分别为t1,t2的固体,通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是 或 。答案;6、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。答案:滞流内层;减薄滞流内层的厚度7、在、 、 这4个物性参数中,若 值大,对流传热系数就增大;若 值大,对流传热系数就减小。答案:、;8、黑体的表面温度从300升至600,其辐射能力增大到原来的 倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比, 而非摄氏温度,即=5.39。9、流体在圆形直管内作强制湍流流动,若传热
16、推动力增大1倍,则对流传热速率增大 倍。答案:110、由核状沸腾转变为膜状沸腾时的温度差称为 。这时单位时间、单位面积所传递的热量称为 。答案:临界温度差;临界热负荷11、处理量为440kg/h的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后,该溶液在管内生成积垢,使换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出口温度不变,则该溶剂的处理量变为 。答案:400kg/h分析:设Q= =1.1故 Q=400kg/h12、苯在内径为20mm的圆形直管中作湍流流动,对流传热系数为1270W/(·)。如果流量和物性不变,改用内径为30mm的圆管,其对流传热系数将变为 /(·)。答案:612分析
17、: =0.023 =0.023 = =0.482 =0.482=0.4821270=612W/(·)13、工业上常见的载热体加热剂有 、 、热水、联苯混合物,熔盐(KNO353%,NaNO240%, NaNO37%)等。答案:饱和蒸汽;烟道气14、工业上常见的载热体冷却剂有冷水、 、 等。答案:空气;冷冻盐水15、换热器在使用一段时间后,传热速率会下降很多,这往往是由于 的缘故。答案:传热管表面有污垢积存16、根据冷热流体的接触情况,两种流体实现热交换的形式有 、混合式换热 和 三种。答案:间壁式换热、蓄热式换热17、对大空间的自然对流,通常取加热(或冷却)表面的 为特征尺寸。答案:
18、垂直高度18、传热的三种基本方式是 、 和热辐射。答案:热传导;对流传热19、柴油在圆形直管内作强制滞流流动,给热系数可用下式计算:。若流量和物性不变,将管内径减半后仍为滞流,则管内对流传热系数变为原来的 倍。答案:2分析:知 故20、在计算换热器的平均传热推动力时,若两端的推动力相差不大于2倍,则其算术平均值与对数平均值相差不大于 。答案:4%三、计算题1、某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成,它们的导热系数分别为1.2W/(m·),0.16 W/(m·)和0。92 W/(m·),耐火砖和绝热转厚度都是0.5m,普通砖厚度为0.25m。已知炉内壁温为1
19、000,外壁温度为55,设各层砖间接触良好,求每平方米炉壁散热速率。2、在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08 W/(m·),已知蒸汽管外壁150,要求绝热层外壁温度在50以下,且每米管长的热损失不应超过150W/m,试求绝热层厚度。3、38×2.5mm的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失,在管外保温。第一层是50mm厚的氧化锌粉,其平均导热系数为0.07 W/(m·);第二层是10mm厚的石棉层,其平均导热系数为0.15 W/(m·)。若管内壁温度为180,石棉层外表面温度为35,试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度?解:r
20、0 = 16.5mm = 0.0165m ,r1 =19mm = 0.019 mr2 = r1d1 = 0.0190.05 = 0.069 mr3 = r2d2 = 0.0690.01 = 0.079 ml0 = 45 W/(m·)W/m 即 t2 = 41.8 4、有一外径为150mm的钢管,为减少热损失,今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料导热系数之比,两层绝热层厚度相等皆为30mm。试问应把哪一种材料包在里层时管壁热损失小。设两种情况下两绝热层的总温差不变。5、冷冻盐水(25%的氯化钙溶液)从25×2.5mm、长度为3m的管内流过,流速为0.3m/s,温度自-5升
21、至15。假设管壁平均温度为20,试计算管壁与流体之间的平均对流给热系数。已知定性温度下冷冻盐水的物性数据如下:密度为1230kg/m3,粘度为4×10-3Pa·s,导热系数为0.57 W/(m·),比热为2.85kJ/(kg·)。壁温下的粘度为2.5×10-3Pa·s。解:d = 0.0250.0025×2 = 0.02 m > 50 u = 0.3m/s 2000 层流100= 354.7 W/(m2×)6、油罐中装有水平蒸汽管以加热管内重油,重油温度为20,蒸汽管外壁温为120,在定性温度下重油物性数据如
22、下:密度为900kg/m3,比热1.88×103J/(kg·),导热系数为0.175W/(m·),运动粘度为2×10-6m2/s,体积膨胀系数为3×10-4 l/,管外径为68mm,试计算蒸汽对重油的传热速度W/m2。7、有一双程列管换热器,煤油走壳程,其温度由230降至120,流量为25000kg/h,内有25×2.5mm的钢管70根,每根管长6m,管中心距为32mm,正方形排列。用圆缺型挡板(切去高度为直径的25%),试求煤油的给热系数。已知定性温度下煤油的物性数据为:比热为2.6×103J/(kg·),密度为
23、710 kg/m3,粘度为3.2×10-4Pa·s,导热系数为0.131 W/(m·)。挡板间距,壳体内径。8、为保证原油管道的输送,在管外设置蒸汽夹。对一段管路来说,设原油的给热系数为420 W/(m·),水蒸气冷凝给热系数为104 W/(m·)。管子规格为35×2mm钢管。试分别计算Ki和K0,并计算各项热阻占总热阻的分率。9、某列管换热器,用饱和水蒸汽加热某溶液,溶液在管内呈湍流。已知蒸汽冷凝给热系数为104 W/(m·),单管程溶液给热系数为400W/(m·),管壁导热及污垢热阻忽略不计,试求传热系数。若把
24、单管程改为双管程,其它条件不变,此时总传热系数又为多少?10、一列管换热器,管子规格为25×2.5mm,管内流体的对流给热系数为100 W/(m·),管外流体的对流给热系数为2000 W/(m·),已知两流体均为湍流流动,管内外两侧污垢热阻均为0.0018 m·/W。试求:传热系数K及各部分热阻的分配;若管内流体流量提高一倍,传热系数有何变化?若管外流体流量提高一倍,传热系数有何变化?解:Ri = R0 = 0.00118m2×/W 钢管l = 45W/(m×) m = 0.01542 1/(W/m2)K0 = 64.84 W/(m2
25、×)热阻分配:污垢:管外:管内:管壁: , , = 0.01010 m2/W W/( m2) , = 0.01521 m2/W W/( m2)11、一套管换热器,用热柴油加热原油,热柴油与原油进口温度分别为155和20。已知逆流操作时,柴油出口温度50,原油出口60,若采用并流操作,两种油的流量、物性数据、初温和传热系数皆与逆流时相同,试问并流时柴油可冷却到多少温度?12、一套管换热器,冷、热流体的进口温度分别为55和115。并流操作时,冷、热流体的出口温度分别为75和95。试问逆流操作时,冷、热流体的出口温度分别为多少?假定流体物性数据与传热系数均为常量。13、在一单管程列管式换热
26、器中,将2000kg/h的空气从20加热到80,空气在钢质列管内作湍流流动,管外用饱和水蒸汽加热。列管总数为200根,长度为6m,管子规格为38×3mm。现因生产要求需要设计一台新换热器,其空气处理量保持不变,但管数改为400根,管子规格改为19×1.5mm,操作条件不变,试求此新换热器的管子长度为多少米?14、某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成,两层的厚度均为100mm,其导热系数分别为0.9W/(m·)及0.7W/(m·)。待操作稳定后,测得炉膛的内表面温度为700,外表面温度为130。为了减少燃烧炉的热损失,在普通砖外表面增加一层厚度为40
27、mm、导热系数为0.06W/(m·)的保温材料。操作稳定后,又测得炉内表面温度为740,外表面温度为90。设两层砖的导热系数不变,试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几?解:加保温层前单位面积炉壁的热损失为此时为双层平壁的热传导,其导热速率方程为: W/m2加保温层后单位面积炉壁的热损失为此时为三层平壁的热传导,其导热速率方程为: 故加保温层后热损失比原来减少的百分数为: 15、在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料,以减少热损失。蒸气管外壁温度为390,保温层外表面温度不大于40。保温材料的与t的关系为=0.1+0.0002t(t的单位为,的单位为W/(m·
28、)。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m,试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。解:此题为圆筒壁热传导问题,已知:r2=0.07m t2=390 t3=40先求保温层在平均温度下的导热系数,即W/(m·)(1)保温层温度 将式(4-15)改写为 得 r3=0.141m故保温层厚度为 b=r3r2=0.1410.07=0.071m=71mm(2)保温层中温度分布 设保温层半径r处的温度为t,代入式(4-15)可得 解上式并整理得t=501lnr942计算结果表明,即使导热系数为常数,圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。16、热空气在冷却管外流过,2=90W/(m2·
29、;),冷却水在管内流过,1=1000W/(m2·)。冷却管外径do=16mm,壁厚b=1.5mm,管壁的=40W/(m·)。试求:总传热系数Ko;管外对流传热系数2增加一倍,总传热系数有何变化?管内对流传热系数1增加一倍,总传热系数有何变化?解: 由式4-70可知 W/(m2·)可见管壁热阻很小,通常可以忽略不计。 传热系数增加了82.4%。 传热系数只增加了6%,说明要提高K值,应提高较小的2值。17、某流体通过内径为100mm圆管时的流传热系数为120W/(m2·),流体流动的雷诺数Re=1.2×105,此时的对流传热系数关联式为。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?解:由对流传热系数的计算公式: 当物性不变时 u不变, 求扁管的当量直径de:设a、b,分别为矩形截面的宽与长由题意 得 设分别为圆管与扁管的对流传热系数,则 =1.11=1.11100=111W/() 对流传热系数由原来的100W/(m2·),增至现在的111 W/(m2·)。分析:由以上的计算可以看出,由于
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