化工原理习题热量传递答案

1、.专业整理.化工原理习题第二部分热量传递一、填空题：1 .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500C , 而环境温度为20C ,采用某隔热材料，具厚度为240mm X=0.57w/m.K,此时单 位面积的热损失为 1140w 。（注：大型容器可视为平壁）2 .牛顿冷却定律 的表达式为 q=a AAt,给热系数（或对流传热系数） a的单位是 _ w/m11.一列管换热器，列管规格为4 38X3,管长4m,管数127根，则外表面积F = F1=127X4兀X0.038=60.6m2, 而以 内表面 积计的 传热 面积 F F2=127X 4 兀 X0.032=51.1

2、m2。.学习帮手.K。3 .某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90C和50C,冷流体的 进出口温度为30c和40C,此时传热平均温度差At=27.9K 。4 .某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90c和50C,冷流体 的进出口温度为15c和30c，此时传热平均温度差At=41.6K。5 .热量传递的方式主要有三种:_热传导 、热对流 、热辐射 。6 .对流传热中的努塞特准数式是 Nu =al/人 ,它反映了对流传 热过程几何尺寸对a的影响。7 .稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。8 .两流体的间壁换热过程中，计算式 Q= a .A. t ,

3、 A表示为a 一侧的换热壁 面面积。9 .在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式 Q=K.A.At中，A表示为 A泛指传热面，与K相对应。10 两流体进行传热，冷流体从10c升到30 C，热流体从80c降到60C,当它们逆 流流动时，平均传热温差tm=50r,当并流时，11 .2 C 。10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T= 400C,出口温度T为200C ,冷气体进口温度t = 50C,两股气体的质量流量相同，物性数据可视为相同， 若不计热损失时，冷气体出口温度为250C；若热损失为5%时，冷气体出口温度为_240 C_。.专业整理.12 .当水在圆形直管内作无相变强制湍流对

4、流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的 2 倍。13 .在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于 空气 侧的 对流传热系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。14 .热传导的基本定律是 傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于 热阻 大 （大、小）一侧的 值。间壁换热器管壁温度tw接近于 值 大 （大、 小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈 小，则该壁面的热阻愈 大（大、小），其两侧的温差愈大 （大、小）。15 .由多层等厚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 热阻愈小，其两侧的温差愈 小 。

5、16 .在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内（或热边界层内）,减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。17 .消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头式 或U管式结构 ；翅片管换热器安装翅片的目的是 增加面积， 增强流体的湍动程度以提高传热系数 。18 .厚度不同的三种材料构成三层平壁， 各层接触良好，已知b1>S>b3,导热系数 1< 2< 3,在稳定传热过程中，各层的热阻 R1 > F2> Rj,各层导热速率Q= Qz=Q 3o19 .传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。热传导的基本定律是傅立叶定律

6、，具表达式为dQ= - dson20 .水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为 原来的1.74 倍;管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为 原来的3.48 倍。（设条件改变后仍在湍流范围）21 .导热系数的单位为 W/ （m-C）,对流传热系数的单位为W/（m2 C）, 总传热系数的单位为W/ （m2 C）o22 .在设计列管式换热器时，设置 折流挡板、以提高一程的传热系数、设置* 管程,以提高管程的传热系数。如该换热器用水蒸气冷凝来加热原油，那么水 蒸气应在 壳程程流动。.学习帮手.专业整理.二、选择题：1 .问壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻

7、 （A ）A. 成正比 B. 成反比 C. 没关系2 .有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 C）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20c加热到80C,该换热器的平均传热温度差 A t m为（B ）。A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln53 .通过三层平壁的定态热传导过程，各层界面接触均匀，第一层两侧面温度分 别为120c和80C,第二层外表面温度为40C,则第一层热阻R,与第二、三层 热阻R、R的大小关系为C 。A. R1> R2+R B. R 1< R2+R C.R 尸R+R D. 无法确定4 .在设计固定管板式列管换热器时，危险性大有毒、

8、易燃易爆、强腐蚀性的 流体应走 B。A.壳程 B.管程C.壳程和管程均无5 .某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动）， 使空气温度由20c升至80C,现需空气流量增加为原来的 2倍，若要保持空气 进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的A 倍。A 1.149 B 1.74 C 2 D不定6 . 一定流量的液体在一25X 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数i=1000W/m- C；如流量与物性都不变，改用一 19X2mm!勺直管，则其 将变为D。A 1259 B 1496 C 1585 D 16787 .对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。

9、A对流传热B流动状态C 物性影响 D自然对流影响8 .在蒸气一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的B 在工程上可行。A提高蒸气流速 B提高空气流速C 采用过热蒸气以提高蒸气温度D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积9 .将1500 kg/h , 80 C的硝基苯通过换热器冷却到 40 C,冷却水初温为30 C,.学习帮手.专业整理.出口温度不超过 35C,硝基苯比热为 1.38kJ/kg.K,则换热器的热负荷为（B ）。A. 19800 kJ.h ; B. 82800 kJ.h ; C. 82800 kw;10 .对流传热是由（C ）因素产生的。A.流体分子的热振动；B.流体体内电子的

10、移动；C.流体质点的位移、扰动。11 .法定计量单位中，属于国际热量计算单位的是（ C ）。A. kw; B. kcal; C. J12 .热量传递的基本方式是（D ）。A.恒温传热和稳态变温传热；B.导热给热和热交换；C. 气化、冷凝与冷却；D.传导传热、对流传热与辐射传热13.在比较多的情况下，尤其是液-液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是（D ）。A.热流体的热阻；B. 冷流体的热阻；C. 冷热两种流体的热阻；D.金属壁的热阻。14 .公式q=KAA tm中，Atm的物理意义是（B ）。A.器壁内外壁面的温度差；B.器壁两侧流体对数平均温度差；C.流体进出口的温度差；D.器壁与流

11、体的温度差。15 .湍流流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（ C ）， A. 流体内； B.器壁内；C. 湍流体滞流内层中；D. 流体湍流区域内。16.对一台正在工作的列管式换热器， 已知a°=116w/m.K ai = 11600 w/m.K 要提高传热系数（K）,最简单有效的途径是（A ）。A.设法增大a o ； B. 设法增大a i ；C.同时增大a o和a i。17 .用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ A ）A.蒸汽的温度；B.空气的出口温度；C.空气进、出口平均温度18 .在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（B ）

12、.学习帮手.专业整理.A. a蒸汽B. a空气C. a蒸汽与a空气的平均值19 .对流传热仅发生在（C ）中。A. 固体 B.静止的流体C. 流动的流体20 .冷热流体在换热器中进行无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在同样的操作条件下，与无垢层相比，结垢后的换热器的K B , t m A oA. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 不确定21.某两流体在套管换热器中进行逆流换热（无相变），今使热流体进口温度降低， 而其他条件不变，则热流体出口温度 B,平均推动力At m B 。A.上升 B. 下降 C. 不变 D. 不确定22稳定的多层平壁的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（ A ）

13、。A. 愈大 B. 愈小 C. 不变23 .流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（A ） 方式进行的。A. 热传导 B. 对流传热 C. 热辐射24 .当壳体和管束之间温度大于50c时，考虑热补偿，列管换热器应选用（B ）A.固定管板式 B. 浮头式 C. 套管式25 .强化传热的主要途径是（B ）。A.增大传热面积B. 提高K值 C.提高Atm26 .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 ）。A热传导；B热传递；C热放射；D热流动。27 .流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（ A ）。A 对流；B

14、流动；C传递；D透热。28 .因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为（ D ）。A热传导；B热传递；C热放射；D热辐射。.学习帮手.专业整理.29 .在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内（A ）。A 清洗比较方便；B流速较快；C流通面积小；D易于传热。30 .在管壳式换热器中，腐蚀性的流体宜走管内，以免（ A ）,而且管子 也便于清洗和检修。A 壳体和管子同时受腐蚀；B流速过快；C流通面积过小；D传热过多。31 .在管壳式换热器中，压强高的流体宜走管内，以免（ A ）,可节省壳 程金属消耗量。A 壳体受压；B流速过快；C流通面积过小；D传热过多。32 .在管壳式换热器中

15、，饱和蒸气宜走管间，以便于（A ）,且蒸气较洁净， 它对清洗无要求。A 及时排除冷凝液；B流速不太快；C流通面积不太小；D传热不过多。33 .在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（ A ）。A 泄漏机会较少；B流速很快；C流通面积变小；D传热增多。34 .在管壳式换热器中，被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用， （A ）。A 以增强冷却效果；B以免流速过快；C以免流通面积过小；D以免传热 过多。35 .在管壳式换热器中，粘度大的液体或流量较小的流体宜走（B ）,因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低 Re值（Re >100）下即可达到湍流，以提高对流传

16、热系数。A 管内；B管间；C管径；D管轴。.学习帮手.专业整理.36 .在管壳式换热器中安装折流挡板的目的， 是为了加大壳程流体的（C ）, 使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。A粘度；B密度；C速度；D高度。37 .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 （ B ）。A逆流时，A t m一定大于并流、错流或折流时的 Atm；B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（I）A t的大小反映了流体流向接近逆流的程度。38 .对流传热系数关联式中普兰特准数是表示 C 的准数。A对流传热B流动状态C物性影

17、响 D自然对流影响39 .在蒸气一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的B在工程上可 行。A提高蒸气流速 B提高空气流速C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积40 .冷热流体在换热器中进行无相变逆流传热，换热器用久后形成垢层，在同样的操作条件下，与无垢层相比，结垢后的换热器的K B 、Atm A QA. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 不确定41 .某两流体在套管换热器中进行逆流换热（无相变），今使热流体进口温度降低，而其他条件不变，则热流体出口温度 B,平均推动力At m B 。A.上升 B. 下降 C. 不变 D. 不确定三、判断题：1 .凡稳定的

18、圆筒壁传热，热通量为常数。（X ）2 .传导和对流传热的传热速率与温度的一次方之差成正比，而辐射的传热速率与 .学习帮手.专业整理.温度的四次方之差成正比。（V ）3 .凡稳态的园筒壁传热过程，单位时间单位面积所传递的热量相等。（x ）4 .热量传递过程的规律与流体流动过程相似，流速越大，则其过程的阻力越大。（x ）5 .当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推 动力与总阻力之比为定值，即导热速率不变。（X ）6 .多层平壁导热过程中，传热总推动力为各壁面温度差之和。（V ）7 .无相变的折，错流换热器，其平均温度差At都比逆流时为小。（，）8 .换热器的导热管，应

19、选用导热系数值大的材料。（V ）9 .导热系数是物质的一种物理性质（V ）,10 .在列管换热器管间装设了两块横向折流档板，则该换热器变成为双壳程的换 热器（x ）11 .在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较小（X ）.12 .在对流传热中，传热管壁的温度接近a值小的哪一侧流体的温度（X ）.13 .对于问壁两侧流体稳定变温传热来说，载热体的消耗量逆流时大于并流时的 用量。（x ）14 .列管式热交换器内用饱和水蒸汽加热管程的空气，为提高换热器的K值，在管外装设折流挡板。（X ）15 .蛇管换热器是属于间壁式换热器的一种（V ）16 .列管换热器采用多管程的目的是提

20、高管内流体的对流传热系数a （，）17 .维持膜状沸腾操作，可获得较大的沸腾传热系数。（X ）18 .为了提高间壁式换热器的传热系数 K值，必须设法提高a值大的那一侧流体 的对流传热系数。（X ）19 .强化传热的途径主要是增大传热面积（X ）20 .付立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。（X ）四、简答题：1.在化工生产中，传热有哪些要求？传热一般有两方面的要求：.学习帮手.专业整理.（1）、尽量使传热情况良好，即要求高的传热效率，以减少设备尺寸；（2）、尽量避免传热，即保温或保冷。2 .传导传热，对流传热和辐射传热，三者之间有何不同？传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。对

21、流传热则是流 体质点发生相对位移来传递热量，辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发 射能量来传递热量。3 .试述对流传热的机理？热流体流过管道时，在湍流主体中，流体剧烈拢动，形成漩涡，使质点强烈 混合而交换热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很 薄的作层流流动的流体层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进 行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层 流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向 的，径向的），有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。4 .强化传热过程应采取哪些途径？根据q = K.A. At方程

22、，指任一个K、A、 t都能提高强化传热（1） 增加传热面积，如在管内外壁装上翅片，采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；（2）增大传热温差At 可采用逆流操作，因为当T , T , t , t四个温 度一定时，逆流传热温差最大；（3） 提高传热系数K由K =1/ （1/ a +1/ a +2（5/人）提高a 、a 降低6 ,都能强化传热，要提高a由单层改为多层，或在 壳程中增设档板，对于蛇管中，加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈） 在列管换热器中可，还可采用导热系数大的流体作载热体。5 .传热有哪几种方法？各有何特点？试就锅炉墙的传热分析其属哪些传热方式？传导、对流、辐射导热一一分子原位振动，

23、电子定向流动。对流-流体质点流动与混合。锅炉壁为导热，外壁对烟气为对流，火焰和炉墙的热辐射。6 .为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作？.学习帮手.专业整理.操作可以获得较大的平均传热温度差， 从传递相同热负荷言，须较小的传热 面积，节省设备费用。止匕外，逆流热流体出口温度T可接近冷流流体进口温度t, 对相同热负荷言，需加热剂少；同样，就冷流体而言，逆流体出口温度t可接近热流体进口温度T,对相同热负荷言，需要冷却剂少，故对逆流就加热剂或冷却 剂用量考虑，逆流操作费小。7 .什么是稳定传热和不稳定传热？在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化， 称为稳定传热。稳定传 热时，传热

24、速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时， 传热速率也随时间而变。8 .导热系数受哪些因素影响？现有建筑砖(p = 1800kg.m-3)和煤灰砖(p = 700 kg.m-3)两种材料，哪种保温性能好？组成：纯物质的导热系数好；结构：结构致紧、密度大的材料导热系数大；温度：一般温度升高，非金属固体导热系数增大。煤灰砖的保温性能好。9 .说明流体流动类型对给热系数的影响。流体为层流时，传热是以导热方式进行的。则此时给热系数较小。当为湍流 时，传热是以对流方式进行的，此时给热系数增大。所以流体的传热，多在湍流 情况下进行。10 .给热系数受哪些因素影响？流动类

25、型：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度以、密度p、比热Cp, 导热系数人均对给热系数有影响。传热面的形状、大小和位置：管子的排列、 折流都是为了提高给热系数。流体的对流情况，强制对流比自然对流的给热系数 大，流体在传热过程有无相变，有相变 a大。11 .说明列管式换热器的基本结构。由壳体、管束、管板、封头等组成。12 .换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流.学习帮手.专业整理.和辐射传将热量传给换热器周围的空气而散失，即产生散热损失。为了减少散热损失，一般在换热器外壁面上包上一层（或两层）导热系数较小的绝热材料

26、（或 不同的两种导热系数较小的绝热材料），使传热热阻增大，外壁面温度降低，从 而减小了散热损失。13 .列管换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？主要由壳体、管束、管板和顶盖（又称封头）等基部分组成。壳体和管束作 为冷热两流体的流动空间，通过管壁进行换热。管束安装在管板上，通过管板使 管束与壳体连成一体。顶盖（封头）上有管程流体进出口，且有分程、密封，封 头可拆卸，便于管子清洗等作用。14 .当间壁两侧流体稳定变温传热时，工程上为何常采用逆流操作？并简要定性 分析主要原因。因为逆流操作有较高的经济效益。主要原因可由以下两方面分析：（1）当T 、T 、t 、t四个温度一定时，逆流操作的At

27、比其它流向大。 根据：Q=K怂t ,当K、A 一定时，At T则QT ,对现有的换热器来说，可提 高生产能力。当Q K 一定时，At T则AJ,对生产能力要求一定时，新设计 制造换热器由于A较小，设备尺寸可减小，节省投资费。（2） 一般逆流操作的正常操作费比其它流向要少。逆流操作时，载热体用量比 其它流向的要小，降低能耗，提高了经济效益。15 .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。16 .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。17 .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

28、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。18 .在设计换热器时，如何安排不洁净和易结垢的流体的流径（管内或是管问）？ 简述理由。走管内，因为管内清洗比较方便。19 .在设计换热器时，如何安排腐蚀性流体的流径（管内或是管问）？简述理由。.学习帮手.专业整理.走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。20 .在设计换热器时，如何安排压强高的流体的流径（管内或是管问）？简述理 由。走管内，以免壳体受压，可节省壳程金属消耗量。21 .在设计换热器时，如何安排饱和蒸气的流径（管内或是管间）？简述理由。走管问，便于及时排出冷凝液。22 .在

29、设计换热器时，如何安排被冷却的流体的流径（管内或是管间）？简述理 由。走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。23 .在设计换热器时，如何安排粘度大的液体的流径（管内或是管间）？简述理 由。走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变， 在低Re值（Re> 100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。24 .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。25 .换热器的壳程为什么要安装挡板？可以提高壳程流体的湍动程度，增强传热效果。26 .间壁式换热器

30、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。五、计算题：1 .某平壁炉的炉壁由耐火砖，绝热砖和普通砖组成，它们的导热系数分别为1.163, 0.233和0.582w/m.K,为使炉内壁温度保持 1000C , 每平方米炉壁 的热损失控制在930w以下，若普通砖厚度取为10cm炉外壁温度为83C,求: 耐火砖和绝热砖厚度各为多少？绝热砖和普通砖交界面温度t为多少？（假设绝 热砖与耐火砖交界面温度为800 C）设耐火砖厚度b1,绝热砖厚度b2跨过耐火砖的热通量为：q=（t1-t2）/（b1/ 入

31、 1）.学习帮手.专业整理.b1 = X 1(t1 -t2)/q=1.163(1000-800)/930=0.25m 跨过三层砖的热通量为：q=(t1-t4)/(b1/ 入 1)+(b2/ 入 2)+(b3/ 入 3)b2=(t1-t4)/q-b1/ 入 1 - b3/ 入 3入 2=(1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.582 X 0.233 =0.14m,跨过普通砖的热通量：=t3- t4/b3/入3,t3=q.b3/ 入 3+t4=930X 0.1/0.582+83=243 C2 .在内管为4 180X 10mmi勺套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态姓

32、从100c 冷却到60C,其平均比热为2.38kJ/kg.K ,环隙走冷却水，其进出口温度分别为 40c和50C，平均比热为 4.174kJ/kg.K , 基于传热外面积的总传热系数K=2000w/m.K,且保持不变.设热损失可以忽略。试求：(1)冷却水用量；(2) 计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。冷却水用量：Wc (T T ) =Wc (t -t )3500X2.38 X ( 10060) =W X4.174 X (50 40).W =7982kg.hAt 逆=(50 20) / 1 n ( 50/20) =32.75At 并=(60 10) / 1 n (60/10) =27

33、.9Q =KAAtQ =333200kJ.hA 逆=333200X 10 / (2000X 32.75 X3600) = 1.41m九 d 1 =1.41 3.14 X0.18 义 1 = 1.41 . 1 = 2.5 mA 并=333200X 10 / (2000X 27.9 X3600)=1.66 m3.14 X0.18 义 1 = 1.66 . I = 2.93 m3 .已知一外径为75mm内彳全为55mm勺金属管，输送某一热的物流，此时金属管 内表面温度为120C,外表面温度为115C,每米管长白散热速率为 4545w/m 求该管材的导热系数。为减少该管的热损失，外加一层石棉层(导热系

34、数为0.15w/m.K )此时石棉层外表面温度为10C,而每米管长的散热速率减少为.学习帮手.专业整理.原来的3.87%,求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度。(1) Q/L=2 兀(120-115)/1/ 入(ln(75/55)=4545 (1/ 人)ln(75/55)=2 X 3.14(125 -115)/4545=0.00691 入=44.9w/m.K设外加石棉层厚度为6则:Q'/L=2X 3.14(120 -10)/(1/44.9)ln(75/55)+(1/0.15)ln(75+26 )/75=4545X 0.0387=175.9w.m690.8=175.90.00691+

35、(1/0.15)ln(75+26 )/75解得：6 =30mm(石棉层厚度)设钢管和石棉层接触面间的温度为t2'则：2 X 3.14(120 -t2')/(1/44.9)ln(75/55)=175.9解得：t2'=119.8 C4 .在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液，溶液量为1.4kg/s，比热为2kJ/kg.K ,走内管(规格为(|)25X 2.5mm),从150c冷却到100c 。冷却水走 套管环隙，从25c升温至60C,水的比热为4.18kJ/kg.K 。 (1)已知溶液一侧 的对流传热系数为1160W/M.K,冷却水一侧的对流传热系数为 930 w/mK,忽

36、略 管壁和污垢的热阻及热损失，求(1)传热外表面积为基准的总传热系数 K和冷却水的用量(kg/h)。(2).计算内管的外表面积和管长。溶液放热 Q=msCPT=1.4X2X 10X (150-100)=1.4X10 w1/K =d /( a d )+1/ a=0.025/(1160 X 0.02)+1/930=2.15 X 10K=464w/m 2.K冷却水用量 ms'=Q/Cp'(t2-t1)=1.4 X10 /4180(60-25)=0.957kg.s=3445kg.h tm=(150 -60)-(100-25)/ln(150-60)/(100-25)=82.3 C.学习帮

37、手.专业整理.A =Q/(K tm)=1.4Xl0 /(464 X82.3)=3.67m2L=A /(兀 d )=3.67/(兀 X 0.025)=46.7m5 .某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5 m2的单程列管换热器。用180c 的热废气预热轻油， 轻油走管外，其流量为200kg/h,比热为2kJ/kg.K ,温度 由30c升至80Co轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为 70Co求：换 热器的热负荷和传热系数。A =2.5m , C =2kJ.kg .KAtm = (180-80)-(70-30) / 1 n (100/40)= 65.5 CQ =200X 2X(80 -3

38、0) =20000kJ.h Q=KAA tmK =20000/(65.5 X 2.5) = 122.2kJ/m.K.h=34 w/.m.K6 .用一传热面积为3m由4 25X 2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温 为10c的水将机油由200c冷却至100C,水走管内，油走管间。已知水和机 油的质量流量分别为 1000kg/h和1200kg/h,其比热分别为 4.18kJ/kg.K 和 2.0kJ/kg.K ;水侧和油侧的对流传热系数分别为 2000w/m.K和250w/m.K,两流 体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合用？夏天 当水的初温达到30C,而油的流

39、量及冷却程度不变时，该换热器是否合用？(假设传热系数不变)(1) Q1=1200 X2X(200-100)=240000kJ.hQ2=Q1,t2=t1+Q1/(m p 2 Cp2)=10+240000/(1000X 4.18)=67.4 C tm=(132.6 -90)/ln(132.6/90)=110 C1/K1=1/ a 1+d1/( a 2 d2)=1/250+25/(2000 X 20) K1=2 16.2 w.m .KA1=Q1/(KAtm) =240000 乂 10 /(216.2 X 3600X 110) =2.8 m 2<3m故适用(2) t1=30 C 时t2=30+2

40、40000/(1000 X 4.18)=87.4 C.学习帮手.专业整理. tm=(112.6 -70)/ln(112.6/70)=89.6 CA1=240000X 10 /(3600 X 89.6 X 216.2)=3.45m 2>3n2 不适用。7 .采用传热面积为4.48m2单程管壳式换热器，进行溶剂和某水溶液间的换热.流 量为3600kg/.h ,比热为1.88kJ/kg.K 的苯，80c冷去至30C, 水溶液由20c 被加热到30Co忽略热损失。试求：传热系数 K由Q=K.A tm式求K其中：Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600X 1. 88X 10 (80-5

41、0)=56400 wAt = (At At )/ln(At /At )=(80 30) ( 5020) / 1 n (80-30)/(50-20)= 39.2 C 56400=KX 4.48 X 39.2解得 K=321 w/m. C8 .在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气，水和空气的进口温度分别为20C及110C,在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45C及40C, 使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下， 冷却水出口温度降至38C。热损失可以忽略不计。求：(1)空气出口温度变为多 少？ (2)总传热系数为原来的多少倍？(1)初期 m1 CP1

42、(110-40)= m2 CP2(45- 20)= K A Atm一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38- 20)= K' A Atm '(110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20) 解出 T2 ' =59.6 C(2) Atm = ( (110-45)-(40-20) ) /ln(65/20)= 38.2 CAtm ' = (110-38)-(59.6-20) /ln(72/39.6)=54.2 C(38-20)/(45-20)=(K' /K) X (54.2/38.2)解出 K&#

43、39;/K =0.5079 .一套管换热器，外管为483X 3.5mm内管为小57X 3.5mm的钢管，有效长度 为60m。用120c的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油.蒸汽冷凝潜热为.学习帮手.专业整理.2205kJ/kg。已知油的流量为 6500kg/h ,比热为2.2kJ/kg.K ,进口温度为30C, 出口温度为80Co试求：(1)蒸汽用量；(不计热损)(2)传热系数；(1) 蒸汽用量 Q放=W.r =2205X W kJ.hQ 吸=W CP(t 出一t 入)= 6500X2.2 X ( 8030) =7.15 X10 kJ.hQ放=Q吸w = 7.15 X 10 /2205=324kg

44、.h(2)传热系数的计算由Q= KAA tmAtm = ( (120-30)-(120-80) ) / 1 n ( (120-30)/(1 20-80)=50/ 1 n ( 90/40) =61.66 CKi =Q/AiAtm= 7.15X10 /60 X X (50/1000) X 61.66- 1231 kJ.h .m .C= 342 ( w/m2.K)10 .有一逆流热交换器，将1.25 kg/s的苯从77c冷去至27C,苯的平均比热 Cp为1.88 KJ/kg.K 。冷却水的进、出口温度分别为 25c和47C。换热器采用 小25X 2.5 mm的钢管，水在管内，苯在管外，水和苯的传热膜

45、系数分别为a二850w/ni.K 和a = 1700W/RK。钢的导热系数 入=49w/m.K。若忽略污垢的热阻, 试求冷却水消耗量及管子的总长度。q=CpG(t -t )=117.5 KJ/SW=117.5/4.187 X(47-25)=1.276 kg.SAt =(77-47)-(27- 25)/ln(30/2)=10.34 C1/K=1/ a +1/a +6 /人K=550.7 w/m 2.KA=q/K. A t =20.635 mL=A/ 兀 dm=292.1 m11 .一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为 3m直彳全为25X 2mm水以0.7m/s的 流速在管内流过，并从17c被加热到3

46、7Co流量为1.25kg/s、温度为72c建的.学习帮手.专业整理.饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。 烂蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg 0已测得： 蒸气冷凝传热系数0=800W/（m C ）,管内侧热阻为外侧的 40%污垢热阻又为 管内侧热阻的70%试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/（kg C）解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），Si;由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S,需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的

47、流量之比。两流体交换的热量为：Q Whrh 1.25 315 394kwWcCpc(t2 3), Cpc 4.18kJ/kg4 .713kg / s394C Pc (t2t1)4.18 (3717 )单管内水的流量为:1000 0.2423 kg/s22Wc1-d u 0.785 0.0210.74每程所需管子数为:W19.5Wc10.2423取每程管子数为20,则每程所能提供的传热外表面积为:do In10.025 20 34.71m2（2）换热管的总根数;由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。由题给数据,Q0.70.7K o So tmt210.4)o10.4)800tm tInt1t2

48、(72 17) (72 37)72 17In72 3744.25 C.学习帮手.专业整理.则任务所需的传热外表面积为:SoQKo tm3940.4762 44.2518.7m2Sodo In换热管总根数为：n ' 也一79.4dol 0.025 3取n 80换热器的管程数。由题意管程数为：Nt - 4ni12.在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20c和110CO在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45c和40 C,使 用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下， 冷却水出口温度降至38C,试求：(1)空气出口温度为多少？

49、 ( 2)总传热系数 为原来的多少倍？解：(1)空气出口温度T2(1)题意可得：使用初期 Q WcCpc(t2 3) WhCph(T1T2)KS tm使用一年后贝U: T2 =59.6 CQ2WcCpc(t2t1) WhCph(T1T2)KS tm(2)总传热系数K /Ktm(Tit2) (T2t1)ln里上T2 t165 20,65 ln2034.2 Ctm(110 38) (59.2 20),110 38ln72 39.654.2 C59.6 2039.6.学习帮手.专业整理.方程(2)式/(1)式，得:(38 20) K 54.20.50%(4520) K 38.2(3)冷热流体的出口温

50、度t2及TQWcC pc(t2ti)WhCph(TiT2)K S tm(3)Q2WcCpc(t2t1)WhCph(TiT2)K S tm(4)方程(4)式/ (3),得:110 T2110 59.620) K20- k154.2(110 t2)(T220)整理前半式的方程t239.60.179T2又因 水空气，KKK由等比定理(110T2) (t220)110 59.6 9154.2(110T2 201(5)t2) (T2 20) 1ngT2 201ngz4UT2 2054.2整理得,t2153 T2(6)联立(5)和(6),可得:t229.4 C ,T257.5 C(4)冷却水流量加大后，换

51、热器的传热速率有何变化？变为多少?tm(110 29.4) (57.5 20),110 29.4 ln57.5 2080,6 37.5c56.3 C,80.6 ln37.5QQ56.31 04m 54.2 1.0413.有一换热器，管内通90c的热流体，膜系数1为1100w/m2 C ,管外有某种液体沸腾，沸点为 50C,膜系数2为5800w/m2 C。试求以下两种情况下的壁温：(1)管壁清洁无垢；(2)外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005 m2 C/w解：忽略管壁热阻，并假设壁温为Tw.学习帮手.专业整理.(1) 当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得:T TwTw t90 Tw1110

52、0Tw 5015800Tw 56.4 C(2)同理T Twr90 Tw11100Tw 50 n0.005 5800Tw 84 C由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度14 .流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由150c降至80C；壳程冷却用水，进口温度为15C,出口温度为65C,与气体作逆流流动， 两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系 数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为1.02kJ/kg , 水的比热为4.17kJ/kg C,不计温度变化对比热的影响，试求：(1)冷却水用 量；(2)如冷却水进口温度

53、上升为20C,仍用原设备达到相同的气体冷却程度， 此时对数平均温差为多少？ ( 3)此时的出口水温将为多少？ ( 4)此时的冷却水用量为多少?解：(1)冷却水用量;QWcCpc(t2t1)WhC ph (TiT2)Q Wc 4.17(65 15) 2000 1.02(150 80)Wc 685kg/h(2)如冷却水进口温度上升为20C,仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此 时对数平均温差为多少？原情况Q WcCpc(t2 t1) WhCph(T1 T2) KSi tmiSi tm新情况Q WcCpc(t2 t1) WhCph(T1 T2) KSi tmiSi tm.学习帮手.专业整理.空气，K

54、空气，换热器与气体的情况未变,SiSi ,故 tmtmtm(15065) (80 15)275 Ctm(150 t2 ) (80 20)210 t22t2(tr t2<2,则tm用算术平均值合适)对新情况下的热量进行衡算,Q W 4.17(60 20) 2000 1.02 (150 80)Wc856kg / h15 .在套管换热器中用120c的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h,比热容为1.9kJ/(kg C),温度从30c升至60Co蒸汽冷 凝传热系数为1X104W/(m C),换热管内侧污垢热阻为4X 10-4吊 C/W,忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为54x 2mm的钢管，有效长度为12m试求：(1)饱和蒸汽流量(其冷凝潜热为2204kJ/kg)