化工原理传热习题及答案汇总

1、精选优质文档-倾情为你奉上化工原理习题及答案第五章 传热 姓名_班级_学号_成绩_一、填空题：1.（6分） 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500, 而环境温度为20, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_。(注:大型容器可视为平壁) *答案* 1140w2.（6分） 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500, 而环境温度为20, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, =0.25w.m.K,此时单位面积的热损失为_。(注:大型容器可视为平壁) *答案* 1000w3.（6分） 某大型化工容器

2、的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150, 而环境温度为20,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数=0.35w.m.K,则其厚度不低于_。(注:大型容器可视为平壁) *答案* 91mm4.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为_.当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s时,此时传热系数=_. *答案* =0.023(/d)RePr =3.81(kw.m.K)5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热

3、系数表达式为_.当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为1.2m.s时,此时传热系数 =_. *答案* =0.023(/d)RePr =5.26(kw.m.K)6.（3分）牛顿冷却定律 的表达式为_，给热系数（或对流传热系数）的单位是_。 *答案* q=At w.m.K7.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90和50,冷流体的进出口温度为30和40,此时传热平均温度差t=_. *答案* 27.9K8.（4分） 某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90和50,冷流体的

4、进出口温度为15和30,此时传热平均温度差t=_. *答案* 41.6K9.（2分）热量传递的方式主要有三种:_、_、_. *答案* 热传导 热对流 热辐射10.（6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数.以及间壁导热系数的关系为_.当间壁管规格为108×4mm,导热系数为45(w. m.K)时,管内外两侧给热系数分别为8000 (w.m.K)和1200(w.m.K)时,总传热系数K_. *答案* 1/K=1/+bd/d+1d/d； 946(w.m.K)11.（4分）某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度为80和50,冷流体的进出.口温度为20和45,此时传热平均温度

5、差t=_. *答案* 32.512.（3分）对流传热中的努塞特准数式是, 它反映了_ 。 *答案* N/,对流传热过程几何尺寸对的影响。13.（4分）稳定热传导是指_不随时间而改变。 *答案* 传热系统中各点的温度仅随位置变14.（2分）两流体的间壁换热过程中，计算式Q.A.，A表示为_。 *答案* 一侧的换热壁面15.（2分）在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.t中,A表示为_。 *答案* A 泛指传热面, 与K 相对应16.（3分）两流体进行传热,冷流体从10升到30,热流体从80降到60，当它们逆流流动时, 平均传热温差tm=_,当并流时,tm=_。 *答案* 50 47.

6、217.（4分）冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T400，出口温度T为200，冷气体进口温度50，两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_；若热损失为5时，冷气体出口温度为 *答案* 250， 24018.（3分）一列管换热器，列管规格为38×3, 管长4m,管数127根，则外表面积F=_， 而以内表面积计的传热面积F_。 *答案* F1=127×4×0.038=60.6m F2=127×4×0.032=51.1m19.（2分）当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则

7、其对流传热系数可变为原来的_倍。 *答案* 220.（2分）进行换热的两流体，若时，要提高K值，应设法提高_；当时，要提高K值，应使_。 *答案* ； 与同时提高二、选择题：1.（2分）间壁传热时，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 *答案* A2.（2分）翅片管换热器的翅片应安装在( )。 A. 小的一侧 B. 大的一侧 C. 管内 D. 管外 *答案* A3.（2分）穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻 R与第二、三层热阻R、R的大小( )。 A. R>(R+R) B. R<(R+R) C. R=(R+R) D. 无

8、法比较本题目有题图： *答案* C4.（2分）工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（ ）。 A. 增加热阻，减少热量损失; B. 节约钢材、增强美观; C. 增加传热面积，提高传热效果。 *答案* C5.（2分）有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120 ）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20加热到80，该换热器的平均传热温度差为（ ）。 A. -60/ln2.5; B. 60/ln2.5; C. 120/ln5 *答案* B6.（2分）将1500 kg.h，80的硝基苯通过换热器冷却到40，冷却水初温为30，出口温度不超过35，硝基苯比热为1.38kJ.kg.K，则换热器的热负荷为（ ）

9、。 A. 19800 kJ.h; B. 82800 kJ.h; C. 82800 kw; *答案* B7.（2分）对流传热是由（ ）因素产生的。 A. 流体分子的热振动; B.流体体内电子的移动; C. 流体质点的位移、扰动。 *答案* C8.（2分）法定计量单位中，属于国际热量计算单位的是（ ）。 A. kw; B. kcal; C. J *答案* C9.（2分）热量传递的基本方式是（ ）。 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 *答案* D10.（2分）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

10、以忽略不计的是（ ）。 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。 *答案* D11.（2分）公式qKAt中，t的物理意义是（ ）。 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.器壁与流体的温度差。 *答案* B12.（2分）湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（ ）。 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。 *答案* C13.（2分）对一台正在工作的列管式换热器，已知116w.m.K11600 w.m.K，要提高传热系数（K），最简单有

11、效的途径是（ ）。 A. 设法增大; B. 设法增大; C. 同时增大和。 *答案* A14.（2分）用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ ） A. 蒸汽的温度； B. 空气的出口温度； C. 空气进、出口平均温度 *答案* A15.（2分） 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（ ） A. 蒸汽 B. 空气 C. 蒸汽与空气的平均值 *答案* B16.（2分）对流传热仅发生在（ ）中。 A. 固体 B. 静止的流体 C. 流动的流体 *答案* C17.（2分）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. 愈大 B. 愈小 C. 不变

12、 *答案* A18.（2分）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（ ）方式进行的。 A. 热传导 B. 对流传热 C. 热辐射 *答案* A19.（2分）当壳体和管束之间温度大于50时，考虑热补偿，列管换热器应选用（ ） A. 固定管板式 B. 浮头式 C. 套管式 *答案* B20.（2分）强化传热的主要途径是（ ）。 A. 增大传热面积 B. 提高K值 C. 提高tm *答案* B三、判断题：1.（2分）凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。( ) *答案* ×2.（2分）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温度的四次方之差成正比

13、。（ ） *答案* 3.（2分）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。（ ） *答案* ×4.（2分） 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。（ ） *答案* ×5.（2分）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 。（ ） *答案* ×6.（2分）多层平壁导热过程中，传热总推动力为各壁面温度差之和。（ ） *答案* 7.（2分）无相变的折，错流换热器，其平均温度差t都比逆流时为小。（ ） *答案* 8.（2分）换热器的导热管，应选用导热系数值大的材

14、料。（ ） *答案* 9.（2分）导热系数是物质的一种物理性质（ ），*答案* 10.（2分）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（ ） *答案* ×11.（2分）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（ ）. *答案* ×12.（2分）在对流传热中，传热管壁的温度接近值小的哪一侧流体的温度（ ）. *答案* ×13.（2分）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。（ ） *答案* ×14.（2分）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，

15、在管外装设折流挡板。（ ） *答案* ×15.（2分）蛇管换热器是属于间壁式换热器的一种（ ） *答案* 16.（2分）列管换热器采用多管程的目的是提高管内流体的对流传热系数（ ） *答案* 17.（2分）维持膜状沸腾操作，可获得较大的沸腾传热系数。（ ） *答案* ×18.（2分）为了提高间壁式换热器的传热系数K值，必须设法提高值大的那一侧流体的对流传热系数。（ ） *答案* ×19.（2分）强化传热的途径主要是增大传热面积（ ） *答案* ×20.（2分）付立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。（ ） *答案* ×四、简答题：1.（8分）在

16、化工生产中,传热有哪些要求? *答案* 传热一般有两方面的要求： 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.（10分）传导传热,对流传热和辐射传热,三者之间有何不同? *答案* 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.（10分）试述对流传热的机理? *答案* 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

17、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.（8分）强化传热过程应采取哪些途径? *答案* 根据K.A.t方程, 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t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t最大； (3)提高传热系数K由 K1/（1/1/（/） 提高、降低,都能强化传热,要提高由单

18、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.（4分）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? *答案* 传导、对流、辐射 导热分子原位振动，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.（4分）为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作? *答案* 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。此外，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

19、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.（4分）什么是稳定传热和不稳定传热? *答案* 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.（5分） 导热系数受哪些因素影响?现有建筑砖（1800kg.m）和煤灰砖（700 kg.m）两种材料，哪种保温性能好? *答案* 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

20、金属固体导热系数增大。 煤灰砖的保温性能好。9.（2分）多层平面壁的导热速率是怎样计算的? *答案* Q/A=(t+t+t+.)/(b/+b/+b/+.) 10.（3分） 题号4206 第4章 知识点 100 难度 中等 多层园筒壁的导热速率是怎样计算的? *答案* Q=2L(t+t+.)/(ln(r/r)/+ln(r/r)/+.)11.（4分）说明流体流动类型对给热系数的影响。 *答案* 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。 12.（6分）给热系数受哪些因素影响? *答案* 流动类

21、型：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度、密度、比热Cp，导热系数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，有相变大。 分析0.023/d.Re.Pr也可以回答上列问题。13.（3分）提高传热系数时,为什么要着重提高给热系数小的这一侧? *答案* 当忽略金属壁面的导热热阻时， 1/K=1/+1/=(+)/(×) 若>>,则+ K 即K接近小的数值。14.（4分）说明列管式换热器的基本结构。 *答案* 由壳体、管束、管板、封头等组成。 15.（4分）试比较各类常

22、用热交换器的优缺点。 *答案* 略 16.（6分）有以下传热公式 A. Q=.A.(t-t)/ B. Q=.A.(T-T) 回答下列问题： （1）在什么传热情况下，可利用以上公式进行计算？ （2）写出以上公式中，热阻的表达式 *答案* （1）A、B两公式均应用在稳定传热下传热速率的计算。公式A为物质内部传导的传热速率计算。公式B为物质表面与流体间对流传热的传热速率计算。 （2）A式：R=/或R=/A × B式：R=1/或R=1/×A17.（8分）换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？ *答案* 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

23、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（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。18.（6分）列管换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？ *答案* 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。19.（8分）当间壁两侧流体稳定变温传热时，工程上为何常采用逆流

24、操作？并简要定性分析主要原因。 *答案* 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t比其它流向大。根据：Q=KAt,当K、A一定时，t则Q，对现有的换热器来说，可提高生产能力。当Q、K一定时，t则A，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。20.（8分）有一高温炉，炉内温度高达1000以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程。本题目有题图：titu

25、185.bmp *答案* 炉内以对流和辐射并联联合传热，将热量传给炉的内壁面。在炉壁内通过传导传热，将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。炉外通过对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传到大气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该传热过程的特点是：（1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；（2）并联、串联的联合传热同时存在。五、计算题：1.（8分）外径为100mm的蒸汽管外包一层厚 80mm、导热系数为w.m.K的绝缘材料,管外壁温度为t,每米管长的热损失为Qw.m,试求绝热层外壁温度t（设管外壁与绝热层接触良好） *答案* Q=2(t1-t2)/ln(r2/r

26、1) t2=t1-Q ln(r2/r1)/(2) =t1-Q/ln(0.13/0.05)/(2×3.14) =t1-0.152Q/ 2.（14分） 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1000, 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83,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） *答案* 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)/(b1/1) b1=

27、1(t1-t2)/q=1.163(1000-800)/930=0.25m 跨过三层砖的热通量为: q=(t1-t4)/(b1/1)+(b2/2)+(b3/3) b2=(t1-t4)/q-b1/1-b3/32 =(1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.582×0.233 =0.14m,跨过普通砖的热通量:=t3-t4/b3/3, t3=q.b3/3+t4=930×0.1/0.582+83=2433.（15分）在内管为180×10mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h的某液态烃从100冷却到60，其平均比热为2.38kJ.kg.K,环隙走冷

28、却水,其进出口温度分别为40和50,平均比热为4.174kJ. kgK, 基于传热外面积的总传热系数K=2000w.mK,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。 *答案* 冷却水用量：W（TT）W（tt） 3500×2.38×（10060）W×4.174×（5040） W7982kg.h t逆（5020）/（50/20）32.75 t并（6010）/（60/10）27.9 QKAt QkJ.h A逆×10/（2000×32.75×3600）1.41m 1.4

29、1 3.14×0.18×1.41 2.5 m A并×10/（2000×27.9×3600） 1.66 m 3.14×0.18×1.66 2.93 m4.（15分）已知一外径为75mm,内径为55mm的金属管,输送某一热的物流,此时金属管内表面温度为 120,外表面温度为115,每米管长的散热速率为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（导热系数为0.15w.m.K）此时石棉层外表面温度为10, 而每米管长的散热速率减少为原来的3.87%,求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度。 *答案*

30、 Q/L=2(120-115)/1/(ln(75/55)=4545 (1/)ln(75/55)=2×3.14(125-115)/4545=0.00691 =44.9w.m.K 设外加石棉层厚度为 则:Q'/L =2×3.14(120-10)/(1/44.9)ln(75/55)+(1/0.15)ln(75+2)/75 =4545×0.0387=175.9w.m 690.8=175.90.00691+(1/0.15)ln(75+2)/75 解得: =30mm (石棉层厚度) 设钢管和石棉层接触面间的温度为t2' 则: 2×3.14(120-t

31、2')/(1/44.9)ln(75/55)=175.9 解得: t2'=119.85.（12分）120×5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料,其导热系数为0.07w.m.K。设蒸汽管的内壁温度为110,管壁导热系数为45w.m.K。要求保温层外壁温度不超过20,每米蒸汽管的热损失控制在60w以下,试计算保温层的最小厚度。 *答案* 按多层圆筒导热 （tt）/（/）/（2）（/）/（2） 将0.06m,0.055m，0.06 0.07w/(m·K),45w/(m·K)，60w/m t110,t20代入上式60=(110-20)/(ln(0.06/0.05

32、5)/(2×45)+ln(/0.06)/(2×0.07) =90/(0.00031+(ln+2.813)/0.4398) 解得 0.116m, 0.1160.060.056m56mm 注：本题可简化不计管壁热阻。6.（20分）某列管换热器,用100水蒸汽将物料由20加热至80,传热系数K100w.m.K。经半年运转后,由于污垢的影响,在相同操作条件下物料出口温度仅为70, 现欲使物料出口温度仍维持80,问加热蒸汽温度应取何值? *答案* 原：W（8020）KAt （1） t（8020）/（80/20）43.28 半年后：W（7020）KAt （2） t（8030）/（80/

33、30）50.98 （2）/（1）得： （7020）/（8020）Kt/（Kt） (K/100)×50.98/43.28 K70.75 w.m.K 保持原生产能力,即 KAtKAt tKt/K100×43.28/70.75 61.17t（T20）-（T80）/（T-20）/（T-80） 61.17 60/61.17（T20）/（T80） 2.667（T20）/（T80） T115.87.（16分） 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25×2.5mm),从150 冷却到100 。冷却水走套管环隙,从2

34、5升温至60,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. m.K,忽略管壁和污垢的热阻及热损失, 求以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。 *答案* 溶液放热 Q=msCpT=1.4×2×10×(150-100) =1.4×10w 1/K=d/(d)+1/ =0.025/(1160×0.02)+1/930=2.15×10 K=464w.m.K 冷却水用量 ms'=Q/Cp'(t2

35、-t1) =1.4×10/4180(60-25) =0.957kg.s=3445kg.h tm=(150-60)-(100-25)/ln(150-60)/(100-25)=82.3 A=Q/(Ktm)=1.4×10/(464×82.3)=3.67m l=A/(d)=3.67/(×0.025)=46.7m8.（10分）某车间有一台换热面积（以外表面积计）为2.5 m的单程列管换热器。用180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30升至80。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为70。求：换热器的热负荷和传

36、热系数。 *答案* A2.5m , C2kJ.kg.K tm （(180-80)-(70-30)）/(100/40) 65.5 Q200×2×(80-30)20000kJ.h QKAtm K20000/(65.5×2.5)122.2kJ.m.K.h=34.m.K9.（16分）在并流换热器中,用水冷却油。换热管长1.5m。水的进出口温度为15和40；油的进出口温度为120和90。如油和水的流量及进口温度不变,需要将油的出口温度降至70,则换热器的换热管应增长为多少米才可达到要求?（不计热损失及温度变化对物性的影响） *答案* 由热量衡算 GC（TT）GC（tt） 按

37、题意在两种情况下：G,C,T和G,C,t不变, 故得（GC）/（GC）（tt）/（TT）（t't）/（TT'）（4015）/（12090）（t'15）/（12070） t'56.7 由 QKAt, 现K不变,而t（120-15）-（90-40）/（120-15）/（9040） 74.1t'（12015） （7056.7）/（12015）/（7056.7）44.4 故 Q/QGC（TT）/（GC（TT'） t/（t）, 即（12090）/（12070）1.5×74.1/（'×444） 得 4.17m。10.（16分）用一

38、传热面积为3m由25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器,用初温为 10的水将机油由200 冷却至100 ,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? (2)夏天当水的初温达到30,而油的流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) *答案* (1) Q1=1200×2×(200-100)=kJ.h Q2=Q1

39、, t2=t1+Q1/(m2·Cp2)=10+/(1000×4.18)=67.4 tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110 1/K1=1/1+d1/(2·d2)=1/250+25/(2000×20) K1=2 16.2.m.K A1=Q1/(Ktm) =×10/(216.2×3600×110) =2.8 m<3m 故适用 (2) t1=30时 t2=30+/(1000×4.18)=87.4 tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6 A1=×10/(3600&

40、#215;89.6×216.2)=3.45m>3m 不适用11.（10分）采用传热面积为4.48m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,80冷却至30, 水溶液由20被加热到30。忽略热损失。试求：传热系数K *答案* （1）由 Q=K.Atm 式 求 K 其中: Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600×188×10(80-50)=56400t（tt）/（t/t） （8030）（5020）/(80-30)/(50-20) 39.2 56400=K×4.48×39

41、.2 解得 K=321.m. 12.（18分）某厂用一套管热交换器,每小时冷凝2000kg甲苯蒸汽,冷凝温度为110, 甲苯的汽化潜热为363kJ.kg, 其冷凝传热系数为14000w.m.K。冷却水于16及5000kg.h的流量进入套管内管(内径为50mm)作湍流流动，其对流传热系数为1740w.m.K。水的比热可取为4.19kJ.kg.K ：(1)试计算冷却水的出口温度及套管管长。(2)由于气候变热,冷却水进口温度升为25,试计算在水流量不改变的情况下,该冷凝器的生产能力的变化率。 *答案* （1）由热量衡算得： GW.Cp（t出16） t出G/（W.Cp）16) 2000/3600

42、15;363×10/5000/3600×4.19×10+16 50.65 取K1/(1/1740)+(1/14000)=1548w.m.K G2000/3600×363×102.02×10w t1 1101694, t2 11050.6559.35 tm （t1 t2 ）/2（9459.35）/276.8 又KAtm Ktm 管长/（Ktm ） 2.02×10 /（1548×3.14×0.05×76.8）10.82m （2）水温升高(忽略物性变化)传热面积A3.14×0.05×

43、;10.81.7m q'=KAtm' 其中q'=5000/3600×4.19×10(t'-25) tm'=(110-25)+(110-t')/2=97.5-0.5t' 5000/3600×4.19×10(t'-25) =1548×1.7(97.5-0.5t') , 解得 t'=56.4 q'=5000/3600×4.19×10(56.4-25)=1.83×10w (q-q')/q×100%=9.4%13.（14

44、分）某厂在由177根25×2mm, 长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内,用 132.9的饱和水蒸汽在管间冷凝,将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯气体流量为0.6kg.s，进口温度为20,在操作条件下的密度为1kg.m，比热为1.84 kJ.kg.K,对流传热系数为53w.m.K,饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000w.m.K,可忽略管壁及垢层热阻。(1)确定乙烯气体出换热器时的温度；(2)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01 kgf.cm,通过换热器的总长度（包括局部阻力当量长度）为5.5m, 摩擦系数0.04, 试确定该换热器最多能允许通过多少kg.s的乙烯

45、气体? *答案* （1） QCP (t2 -t1 )=0.6CP (t2 -20) QKAtm Ai i 177×0.021×3 =35.014 mi<<o Ki 1/（1/1 1/2 ） 1/(1/53+1/8000)=52.65 .m.K则 0.6×1.84×103×(t2 -20)=52.65×35.014×(t2 -20) /(132.9-20)/(132.9-t2 )(112.9/(132.9-t2 )=1.668 112.9/(132.9-t2 )=5.304 704.89 - 5.304t2 =11

46、2.9 t2 =111.61（2） P0.01 kgf/cm=0.01×9.804×10 =9.807×10PaP/×U /2×0.04×5.5/0.021×U/2×1 9.807×10=0.04×5.5/0.021×U/2 U13.68 m.s /4 i U 177×0.785×0.021×13.68 0.8389 kg.s=0.84kg.s14.（10分）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20及110, 在换热器使用的初期

47、,冷却水及空气的出口温度分别为45及40, 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38。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? *答案* （1）初期 m1 CP1(110-40)= m2 CP2(45-20)= K Atm 一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38-20)= K' Atm ' (110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20) 解出 T2 ' =59.6（2）tm （(110-45)-(40-

48、20)）/ln(65/20)= 38.2 tm ' （(110-38)-(59.6-20)）/ln(72/39.6)=54.2 (38-20)/(45-20)=(K' /K)×(54.2/38.2) 解出 K'/K0.50715.（10分）在换热器中，热水流量为2000kg.h，冷水流量为3000 kg.h,热水进口温度T85,冷水进口温度t15,如要求将冷水加热到t40, 求采用并流和逆流时的平均温度差,冷、热水的平均比热可认为相等。 *答案* GC（TT）GC（tt） 2000（85T）3000（4015） 得T47.5 并流时 8547.5 1535 70 12.5 t（7012.5）/（70/12.50）33