化工原理--传热习题及答案

1、传热习题及答案一、选择题：1、关于传热系数K下述说法屮错误的是（）CA、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；2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（）,走壳程的有（）。A、C、D；E、E、FA、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；3、影响对流传热系数的因素有（）。A、B、C、D、EA、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；4、某套管换热器，

2、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：AA、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；解：原因是：流量不变肚心常数当管径增大时，a.Qoc沪8/沪=1/严b.d增大时，a增大,ad综合以上结果，必小/严，管径增加，必下降根据叫KAgaA耳呂111L对于该系统.T-t<叫=aA1即aAl贝IjT-t2At2n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：M=0.023Re。*P：即物性一定时，"严/严。v=冬几=當数根据连续性方程，流量不变

3、时，#-4"一吊釵，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Kqq5、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()。D凝冷体体气A、(§);B、(§)；C、XD；D、(3)；冷流体 水 水沸腾 水 水6、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()oBA、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；7、下述各种情况下对流传热系数

4、由大到小的正确顺序应该是()oCA、(D；B、(§)；C、(§)；D、(3)；空气流速为30时的a；水的流速为1.5时的a；蒸汽滴状冷凝时的a；水沸腾时的心8、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()。BA、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；9、在冷凝器屮用水冷凝苯蒸汽，水走管程，其雷诺数=L2xl°4,此时对流传热系数为。若将水的流量减半，其对流传热系数"()oBA、（1/2）°%；B、（1/2）°。；C、二（1/2）%；D、无法确认；分析：水的流量减半后，按流（公式计算，

5、力=（1/2）。但本例中流型已变成渡流尺=5x2）,此时。6xl05又1一甘"，"（1/2）10、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（）。AA、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；11、关于下面两种说法的正确结论应是（）oC1）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;不对；B、两种说法都不对;C、第一种说法对，第二种说法D、第二种说法对，第一种说法不对

6、;12、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（）。AA、5%；B、6%；C、7%；D、8%；解：由2=叱（心一匚）_（人一人）一亿7）_（90-50）（5315）4038得刁厂=口=口="血13、某套管换热器由0108X4和055X2.5钢管组成，流体在环隙间流动，其当量直径为（）。答案：BA、53；B、45；C50；D、58；14、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时，

7、为使气体温度降到最低应采用的流程为（）DA、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；15、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AA、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；16、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（）CA、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各层传热面的传热速率之和；D、

8、系统屮任一传热面上的热通量在过程中不变；17、在常压水蒸气冷凝加热空气，空气平均温度为20°C,则壁温约为（）答案：BA、20°C；B、100°C；C、60°C；D、49.7°Co18、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、l15倍；D.2.30倍；答案：C20、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

9、，颜色较浅；B、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：A21、有一套管换热器在内管中空气从20°C被加热到50°C,环隙内有119.6°C的水蒸气被冷凝，那么与壁温接近的温度为119.6°C35°C77.3°C22、在一管道外包有两层保温材料，内外层导热系数分别为入】和入2,为使保温效果好，则和入2的关系应为XXX2入1入2入1二入223、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。管壁热阻；污垢热阻； 管内对流传热热阻；管外对流传热热阻；24、对双层平壁的稳态导热过程，壁厚相同

10、，各层的导热系数分别为人和入,其对应的温差分别为m和若agm，贝！U和兄2的关系为。AA.人兄2；Ba=a2；C.血心。D.不确定。25、蒸汽输送管外有两层保温层，为了使得保温效果更好，应将导热系数高的置于（）A、外层；B、内层；C、无关25、如图所示的双层平壁中，导热系数X,"为定值，假定过程为稳态，试分析图中三条温度分布曲线所对应的山和山的相对大小。答：由于过程是稳态的，因此在三种情况下，热流量分别为所以对情形:故同理，对情形:故2=嘉对情形：愎唱'対Z26、已知圆筒壁（外半径为小上两层保温材料的温度分布曲线如图示：A层的导热系数（用层的导热系数；应将（）放在内层保温效果

11、好。（A、B两层厚度相等）。答案：B；EA.等于B.大于C.小于D.A层EB层27、间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻（）答案：AA.成正比B.成反比C.没关系28、翅片管换热器的翅片应安装在（）o答案：AA.a小的一侧B.a大的一侧C.管内D.管外29、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Ri与第二、三层热阻&、Rs的大小（）o答案：CA.RIXR23）B.RX（R23）C.Rl（RJD.无法比较20J_80f45'一_-bl*30、列管换热器管程常用流速范围为：一般液体（），气体（）o答案：A、CA.0.53n?B.315n?C.530n?31、在

12、反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为切、t2,蛇管外有热流体稳定流过，借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T（T为热流体出口温度），如冷却蛇管长度增大一倍，其它条件不变，问出口水温上2应（）。答案：AA.增大B.减小C.不变D.不一定32、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时：（1）传热系数K应A增大B减小C基本不变（）答案:A（2）空气出口温度A增大B减小C基本不变（）答案：A（3）壁温A增大B略有减小C基本不变（）答案：B33、工业釆用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（）o答案：CA.增加热阻，减少热量损失；B.节约

13、钢材、增强美观；C.增加传热而积，提高传热效果。34、在平壁导热过程中q=入A（t1tJ/§,传热推动力是（）o答案：BA.入;B.t1t2；C§35、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20°C加热到80°C,该换热器的平均传热温度差t为（）o答案：BA.-602.5;B.602.5;C.120536某水平管式换热器,管间为饱和水蒸气冷凝，若饱和蒸汽与壁温之差增加一倍时，冷凝传热速率将增加为原来的（）倍。答案：CC、2%A、2%二、填空题1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体Z间的热传递,也就是将

14、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；对流传热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o答案：大分析：流体被加热时，自然对流的方向是自下而上，恰与流体流动的方向相反，引起湍动加剧。4、金属的导热系数大都随其纯度的增加而,随其温度的升高而O答案：增大；减小5、在工程计算中，对两侧温度分别为住的固体，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O答案；_2；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：

15、滞流内层；减薄湍流内层的厚度7、在兄、“、P、5这4个物性参数屮，若值大，对流传热系数&就增大；若值大，对流传热系数a就减小。答案：0、5、兄；"8、黑体的表而温度从300°C升至600°C,其辐射能力增大到原来的倍.答案：5.39怎析：斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度(600+273丫的4次方成正比，而非摄氏温度，即匕00+273丿二5.39o9、流体在圆形直管内作强制湍流流动，若传热推动力增大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o这时单位时间、单位面积所传递的热量称为o答案：临界温度差；临界热

16、负荷11、处理量为440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%o若维持冷、热介质出口温度不变，则该溶剂的处理量变为O答案：400Q_=JL=T分析：设.eKK=1.1Q_440故1?1一7740012、苯在内径为20的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270（用°C）。如果流量和物性不变，改用内径为30的圆管，其对流传热系数将变为W/（”-0C）o答案:612仝Reosp”分析：Q二0.023dr10.8,ws/pap71“二0.0237LQocdFiMJdT”a120丿o.482"二0.4820=0.482x1270

17、二612（亦°C）13、热油和水在一套管换热器中换热，水由20°C升至75°C。若冷流体为最小值流体，传热效率0.65,则油的入口温度为o答案：104°C75-207；-20分析:ve0.65."二104°C14、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%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、流体横向流过管束作湍流流动时，在管外加有折流板的情Nu=0.36/?/55-P1/3-（-）°

18、14况下，“W。可见对流传热系数与当量直径的成反比。答案：0.45次方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：垂直高度18、用套管换热器加热内管的空气，蒸汽在管间冷凝。现欲通过实验方法测定蒸汽和空气的给热系数，需用的主要仪器有。答案：热电偶温度计、水银温度计、流量计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：厶"以。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：220、传热效率随传热单元数的增加而,但最后趋于一定值。答案：增大现有两种材料，密度分别为04和0.93,用作保温材料应选择密度为0車的材料,因为

19、密度小其导热系数小。间壁两侧流体的对流传热中，总传热系数K总是接近该两侧对流传热系数尘的值，而壁温总是接近热阻尘的值。21、有一列管式蒸气加热器。热方：饱和蒸气冷凝为饱和液体;冷方：生垢液体升温。控制热阻为生垢液体;管程宜走生垢液体；其理由为便于清洗，便于增大流速，减少垢层沉积在管壁表面上；22、为了减少保温瓶的热损失，在瓶胆的夹层中抽真空是为了减少（）形式的热损失；在瓶胆的夹层屮镀水银是为了减少（）形式的热损失。答案:传导；辐射23、在大容器内饱和液体沸腾时，影响沸腾状态的主要因素是（）;工业生产屮一般总是设法液体沸腾控制在（）状态下操作。答案：液体性质、温度差、操作压强；泡核状态24、当参

20、加换热的两种流体，一侧的对流传热系数远大于另一侧。则在换热器的计算中总传热系数可近似取（）o答案：对流传热系数小侧的数值25、冷凝现象有（）冷凝和（）冷凝，工业冷凝器的设计都按（0冷凝设计、沸腾过程分为（）阶段；（）、（）和）沸腾，工业上的沸腾装置一般是按（）沸腾设计的。答案：三个；自然对流；泡状沸腾；膜状沸腾；泡状沸腾26、有比重为0.5和0.3的两种玻璃棉保温材料，为减少热损失，应选用比重为（）的一种。答案：0.327、传热的基本方式有（）种，分别称为（）o答案：三种;传导、对流、辐射28、两流体通过换热器进行换热操作，已知热流体温度由80°C降至40°C,冷流体温度相

21、应由20°C升至50°C,则此两流体的换热操作为操作（请选择“逆流”或“并流”）该传热过程的对数平均温度差为；该换热器的效率为29、强化换热器中传热过程途径（1）增大单位体积传热面积:翅片、结构改变（2）增大平均温度差：逆流或多壳程（3）增大总传热系数：提高流速，增加扰动，短管等。三、计算题1、一单程列管换热器，传热面积为4m，由25X2.5的管子组成。用初温为25°C的水将机油由200°C冷却至100°C,水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1200和1400,其比热容分别为4.18（-°C）；和2.0（°C）

22、；水侧和油侧的对流传热系数分别为1800(m2°C)和200(m2-°C)。两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻，忽略热损失。试校核该换热器是否合适？(10分)解：忽略热损失传热速率热冷二1400X2X(200-100)=28000077.78水出口温度t2为1400X2X(200-100)=1200X4.18X(t2-25)12=80.82°C平均传热温度差匸二200-8082二11918At2=100-25=75t1ZAt2=119.18/75=1.6<2A119.18+75/2=97.09传热系数Ko=l/(do/a1/ao)二1/(25/1800X2

23、0+1/200)=175.612oC传热面积AoKo77.78X107175.61X97.09=4.56m2Ao>A实际故该换热器不合适2、单壳程单管程列管换热器，由多根(I)二25X2.5mm的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m,流量为15,比热为1.76,密度为8583,温度由20°C加热至50°C,壳程为130°C的饱和水蒸汽冷凝，管程、壳程的传热膜系数分别为700m2和10000m2,钢导热系数为45,垢层热阻热损失忽略不计。求：1、以内表面为传热面的总传热系数；2、管子根数及管长。（12分）解:1、1/E1/10000+0.0025X2

24、5/45X22.5+25/20X700二513.5m2（2分）2、15000X1.76X（50-20）=792000220（2分）S二130-20二110A12=130-50=80（110+80）/2=95220X107513.5X95=4.51m2（2分）每根流量二05X3.14X0.022X858/4X3600=484.94（2分）管子根数15000/484.94=30.9根取31根（2分）每根管长4.51/3.14X0.025X31=1.85m（2分）4、用一套管换热器将2000的甲苯饱和蒸气（110）冷凝为饱和液体，甲苯的气化热为363o冷却水于16及5000的流量进入套管内管（内径5

25、0）作强制湍流流动，其传热膜系数为1740（m解3：(1)二(t2i)t2tF20003631000/(50004.191000)+16=50.651740(m2K)20003631000/3600=2.01105wti=110-16=9412=110-50.65=59.35ti/t2<2(t】+t2)/2二(94+59.35)/2二76.8i2.01107(17400.0576.8)=9.6m0.059.6=1.5m2Q'二(t'2'J二t'c(t'1)+(t'2)/250004.191000/3600(t'2-25)二17401

26、.52110-K）o水的比热可取为4.19（）,假设甲苯侧热阻和管壁热阻远小于水侧热阻。（1）求冷却水的出口温度及套管管长。（2）由于气候变化，冷却水的进口温度升高到25,试计算换热器的热负荷变化（以%表示）。忽略物性参数的变化。（3）冷却水温度升高后，有人建议将冷却水流率加倍，问此时的热负荷、冷却水出口温度与未升高时相比如何，计算出热负荷增加或减少的百分数。t，2=56.112=110-56.1=53.9验算:t】二110-25二85ti/t2<2故温升后热负荷：Q'二(tJ2'1)=50004.191000/3600(56.1-25)=1.81105w(')(

27、2.01105-1.81105)/2.01105二9.9%热负荷减少/9.9%.'(W')叫2°"二1741.741740=3027.6(m2K)K'二'3027.6(m2K)第三问的答案应为：Q''二K'At''2(t'2-25)其中:2xll0-r；252195f；2根据给出数据算得：t'252.8°C195-Z；2195-52.8_2=71.1"CQ''二K'At''a=3027.61.571.1=3.23105wW

28、9;(t'2'i)=(t21)2(t'2-25)(50.65-16)t'2=42.3ti=l10-25=8512=110-42.3=67.7ti/匕2t''(ti+t2)/2=76.4Q''二K'At''=3027.61.576.4=3.47105w('')(2.01105-3.47105)/2.0110572.6%热负荷增加了72.6%.5、一立式换热器规格如下：管长3m,管数30根，管径为25X2.5,管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却2饱和蒸气,使之从饱和温度46°C降至1

29、0°C,走管外，其流量0.07,其冷凝潜热为356,比热容为l05(°C)o水走管内，且与2呈逆流流动。冷却水进出口温度为5°C和30°Co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Kx-200(m2°C)和K2=100(m2-°C)。问此换热器是否合用？分析：判断一台换热器是否合用，一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法，本例采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，比较二者后即可以得出结论。本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积A】和冷却段所需面积矩，而A】、A

30、的求得又须以2为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却段的温度to解：(1)以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：A=H7al0L=30x3.14x0.025x3=7.07w2(2)求所需的传热面积冷凝段与冷却段的传热量0=Wv=0.07x356=24.9kWQ2=%5亿一人)=0.07X1.05(46-10)=2065RW两段的平均温差总传热量：0=0+2=24.9+2.65=27.5沏->冷却水用量0275叱一z-:.-0.263/54.18x(30-5)Ko冷却水离开冷却段的温度51、冷凝冷却Pc冷凝段的平均温差46t46°

31、;C=5+0.2x4.18=7-4oC307.41638.6°C冷却段的平均温差46t46°CA38.6-16一九莎"6.411116°C7.453875°C所需传热面积a4=冷凝段1KAA38.6-511152°9*8亦200x25.7冷却段4=人+£=4.84+1.61=6.45亦A>A,即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。6、将流量为2200的空气在蒸汽预热器内从20°C加热到80°Co空气在管内作湍流流动，116°C的饱和蒸汽在管外冷凝。现因工况变动需将空气的流量增加

32、20%,而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才能完成新的生产任务？请作出定量计算（要求：换热器的根数不作变化）。分析：由传热基本方程Q=Z.着眼考虑：空气流量增加20%而进出口温度不变，即Q增加20%。因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数，所以总传热系数K接近空气的对流传热系数。空气流量增加后，总传热系数增大，但其增大的幅度不能满足热负荷增大的要求，故可以改变的只有及A。解：&蒸汽>>%气，又管壁较薄可忽略其热阻.*Kaa空气a宇气=0.023-Re08Pr04=0.023舟d陀Pr0Add兰在物性不变的前提下(a).Q=KAtm«a(n7alL)tin

33、由题意，n为常数a空气=ci吩化厶将(&)式代入：'一2再(b)(&)、(b)二式中G、G均为比例系数。设“1”，“2”分别代表工况改变前后的情况，由(b)式:已知“侶100-/2(b)比较(目)、(b)二式得/_/211严“100-/,将已知数据代入12=34.1°C增加冷凝量为W_0_2叱q.(门_fj_2x(34.1_30)_§彳W=Q=WcCpc(t2-t,)=35-30-即蒸气冷凝量增加了64%。此例可以帮助我们加深对控制热阻的理解。由于原来的冷却水出口温度已经很低，冷却水流量加倍后，平均温差即传热推动力增加很少，这可由门与厶的比较看出。但

34、因蒸气冷凝给热系数远大于冷却水的对流传热系数，所以管内对流传热热阻就成为整个冷凝过程的控制热阻。冷却水流量加倍后，管内对流传热系数增大到原来的208=1.74倍，控制热阻相应降低，导致总传热系数几乎以与管内对流传热系数相同的幅度增大，结果使冷凝液大量增加，由此可见，降低控制热阻，是增大传热速率的一个重要途径。7、在列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走完程，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Q/凶各如何变化？解：（1）a蒸汽a空气K»a空气由Q得dup_dG由上可知，当压强加倍后，管内空气的u将有所改变，dG_具体说r增大u减

35、少，但质量流速G-ur不变。即不变。又兄不变.-&不变亦不变化（2）传热管数目加倍。传热管数日加倍，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0.5。$=0.574倍。空企=0.574x2=1.15.（00,人A8、平均温度为270°C的机油从一4）108X6的钢管中流过。已知油对管壁的对流传热系数为340（m2°C）,大气温度为12°Co试求：（1）每米管长的热损失；（2）若管外包以导热系数为0.045（m-°C）,厚度为20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

36、气的对流一辐射联合传热系数可用8+0.05来计算。其中表示壁温，°C；at的单位为缶°C)o解：(1)设油和空气的温度分别为t】、t2。从热油和空气的传热来看(t12)欲求Q必先知K,而K又与a丁有关。由a丁的计算式可以看出，求解是关键。但从外壁对周围环境的联合传热方程a()分析，要想求得又须知。如此应采取试差法求解。设未保温时管外壁温度为265°C则a8+0.05X265=21.3(m2°C)每米钢管的外表面积兀314X0.108X1=0.339m2散热量a0=21.3X0.339(265-12)=1827W校核壁温由(t12)11111=1=1其屮：

37、KaYaT34021.3=0.0499(m20C)20(m2°C)又20X0.339(270-12)=1753W稳定传热时，应等于Q；现Q,说明假设的壁温偏高。重设250°Ca8+0.05X250=20.5(m2K)20.50X0.339(250-12)=1654W校核壁温1_11¥=34O+2O=o.0517(m2°C)19.3(m2K)19.3X0.339(250-12)=1688W"Q,说明所设壁温合理。1654+1688故每米钢管的损失约为2=1671Wo(2)设保温后外壁温度为50°Ca8+0.05X50=10.5(m0.4

38、02m2(t12)=1.84X0.402(270-12)=190WQ，说明所设壁温合理。186+190故保温后每米钢管热损失仅有二188W,为不保温时188的1671=11.3%o分析：比较保温前后可以看出：保温前总热阻为0.0517(m2-°C),保温后总热阻为0.543(m2-°C),大了一个数量级；保温前钢管外壁温度为250°C,保温后保温层表面温度降至50°C,下降了200°C。本例提示我们：高温设备经保温可极大限度地减少热损失，因此是十分必要的。9、用传热而积人二1用的蛇管加热器加热容器屮的某油品，拟将油温从严20七升至匚=80弋。已

39、知加热器的总传热系数K=200W/时弋),油品质量加=500Rg,比热容印=2.2咖g©。容器外表面散热面积S厂12：空气温度空气与器壁的对流传热系数I。"/(©,加热蒸汽的压强为250"°。试求：(1) 所需加热时间；(2) 油品能否升至90弋。不考虑管壁热阻及油与壁面的对流传热热阻。分析：显然，这也是个不定态的问题。蒸气通过蛇管加热°C)此时每米管长的外表面积n(0.108+0.04)X1=0.465m2散热量10.5X0.465(50-12)二186W校核壁温b由于增加了保温层的热阻刁，总热阻111b110.02=+=+K勺勺兄

40、34010.50.045二o.543(ni°°C)1.84(m2°C)传热面积取保温层内、外表面积的平均值0.339+0.465器使油品不断升温，当油品温度超过容器外空气温度后在自身升温的同时又不断向器外空气散热。器内、器外传热推动力都随时间不断变化。但不管情况如何改变，热平衡关系却总是成立的。因此，求解本题的关键在于找出其间这样一个平衡关系:蒸气的加热速率等于油品的吸热速率与容器向外散热速率之和。又：油温升高的过程即为器壁向环境散热量不断增加的过程，直至这两个过程速率相等。此时的油品温度即为其可能达到的最高温度。解：油品从209升至80P所需时间查表得，250时

41、蒸气的饱和温度127°C蛇管加热器的传热速率©=-0式中t任一瞬间油品温度，。cdt油品的吸热速率°=叫帀器壁的散热速率0=创北-：)由热平衡关系0=2KAs-)=mcP繭+创丄)将已知条件代入200x1x(127-r)=500x2.2x103+10x12(r-20)整理刖一3438dt86.9-r积分fOtfSOdtfd&-3438JoJzo86.9-r2=3438b?6-9-2086.9-807810$=217/?(2)油品可能升至的最高温度令加热器的传热量与器壁的散热量相等即代入数据解之KAA-t)=oA2(t-ta)200xlx(127-r)=10

42、x12(/-20)86.9°C<90°C由计算结果知：油品从20°C升至80°C需2.17ho油温最高升至86.9°C,不能达到90°Co10、欲将一容器屮的溶液进行加热，使其从30°C加热至60°C,容器屮的液量为6000",用夹套加热，传热面积为6",容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的，加热蒸气为0.1的饱和水蒸气，传热系数为800w/"C,求将溶液由30°C加热至60°C所需要的时间？已知溶液比热为、kJ"g°C,热损

43、失忽略不计。解：溶液从30°C被加热到60°C所需的热量：Q,=wcp(t2-f)=6000x5x103(60-30)=9x10sJ而夹套的传热效率：Q=ka汕其中，对于o.iMPd的饱和水蒸气，r=ioo°cN一厶7一603°,T-t,.100-30T-t21100-60£贝|JQ=800x6x53.6=2.57x105vv丁=色=9"=3.5x10，$=0.972/?所需加热时间为：Q2.57x10511、现有两台单壳程单管程的传热面积均为20用的列管式空气加热器，每台加热器均由64根057x3.5伽钢管组成。壳程为170

44、6;C的饱和水蒸气冷凝(冷凝潜热心20541畑)，空气入口温度ri=30°C,流量为25如s,以湍流方式通过管内。(1) 若两台换热器并联使用，通过每台热换器的空气流量均等，此时空气的对流传热系数为38W/川£,求空气的出口温度G及水蒸气的总冷凝量叫为多少？(2) 若二台换热器改为串联使用，问此时空气的出口温度厂及水蒸气的总冷凝量町为多少？假定空气的物性不随温度压力而变化，视为常量解：(1)两台并联使用：a.«a；忙K=a,.=38W/?'°qwI十4Iz.(r-/.)=KAtin对于其中一台：2小-"“IVtt2InT-t.SP:1

45、170_30解得：G=93"C一x2.5x1x10'In=38x202 170-r.即空气的出口温度。为93.8°C两台的传热量：20二叫Cp22f)=2.5xl0'(93.8-30)=1.595x10'"蒸汽总冷凝量:_2g_1.595X105T2054xlO3=0.0777kgfs=280kgfh即又即：K=左空=66.2W/加'°q水蒸汽总冷凝量:2.275x1052054xlO3=0.111/s=400/A(2)两台串联使用:2.经=(竺严=2朋=1.741叫空T=>疋空=1.741a空=1.741x38=6

46、6.2W/m2iCp2(t2-ti)=K'(2A)t',n=>w2cp2(t2一")=K'(2A).-y-怔口T-tihc”,hi_=2KA-1T-h2.5xl03liiVO-30=2x662x20170-r26=121°C即空气的出口温度=121°C总传热量：=w2cP2(r2-G)=2.5x103(121-30)=2.275xlO5w12、有一套管换热器，管内为054x2呦，套管为016x4如的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50°C,出口温度为80°C,流量为4000Kg"。环隙为1333

47、6;C的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为2168.1"/Kg，冷凝传热膜系数为11630W/产K。苯在5080°C之间的物性参数平均值为密度"880K"沪,比热Cp=1.86KJ/Kgu,粘度“=0.39xl0Ns/用,导热系数几=0.134W/mK,管内壁垢阻为0.00026W/VV,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：3=叫心-心)>£)x2168.1=4000x1.86(80-50)D

48、=03kgfh(2)内管中苯的流速：0785d；4000Z3600880x0.785x0.052=0.643m/s0.05x0.643x8800.39xIO'3-=7.245x104湍流CJIp=;=1.86x10x0.39x10-=5410.134d2up.I久=0.023A/?0SP04cl.=0.023(7.254x104)O8(5.41)°4=937lV/w2-°C0.05则以内管外表面计的传热系数为：丄=丄+丄-+/<=一+一-一+21x0.000265ka,a2d2d2七11630937x505080-50=f133.3-50hi1333-80&g

49、t;K=656W/m2<>C=67.2°C=>xl.86xlO3(8O-50)=656&x67.23600&=1.4曲(3) 苯的流量增加50%,而进出口温度不变,<72_15°”_1.383则azn7三=1.383X937=1296W/m11d_1d,",-",k'ad2ka2d2154+6561296x5054937x50nK'=830W/龙弋（以内管外表面计）:.1.5w2cp2(<t2-tl)=AimIP：15W、C111-p7v-t2=>15叫(匚-tj=KlAl=K1Al=&

50、gt;1.5x（型$x1.86x10In匕連=830x1.413600厂-80解得：T=145.2°C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°Co13、有一套管换热器，管内为054x2呦，套管为0116x4加的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50°C,出口温度为80°C,流量为4000Kg?。环隙为1333°C的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为216&lKKg，冷凝传热膜系数为11630W/.K。苯在50°C80°C之间的物性参数平均值为密度"880"/川,比热Cp=1.86K

51、J/Kgp,粘度“=0.39x10-，Ns/川,导热系数几=0.134W/7K,管内壁垢阻为0.00026W/VV,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：3=叫-匚)>£)x2168.1=4000x1.86(80-50)D=03kgih(2)内管中苯的流速：=0.643m/s叫/p4000/36001(-#0.785J；"880x0.785x0.052d2up0.05x0.643x8800.39xW3-=7.245x

52、104湍流.=0.023Z?®5?,04=+.tx=+k4a2d2d2七11630937x5050=>K=656VV/r°C叫5(/2人)=曲4匚4000.=>()xl.86xl03(80-50)=656Ax67.23600&=1.41亦(3)苯的流量增加50%,而进出口温度不变,二=1.5°”=1.383则Jna；=1.383x937=1296W/沪°Q丄_1心k'ad2ka2d2.1_1d/_5454ad.a2d2_656+1296x50_937x50=K'=830W/*°C(以内管外表面计):.1.5w

53、2cp2(t2-ti)=K,Altlt厂一人4000厂一50厂一803600=>1.5x()x1.86x10In=830x1.41解得：r=145.2°C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°Co14、有一套管换热器，内管为054x2呦，外管为0116x4mm的钢管。现用120°C的饱和水蒸气加热苯，使苯由50°C加热至80°C,苯在内管中以4000kg"的流量流动，试求：（A）加热蒸汽消耗量;（B）所需套管的有效长度；（C）由于某种原因，加热蒸汽的温度降为HO°C,苯的出口温度将变为多少？（

54、假设&苯不变，在5080°C范围内，苯的物'性为Cp=L86kJ"goq,/=3.9x105,2=0.145IV/m,p=SSOkg/m钢的导热系数为45W/7C,120°C时水蒸气冷凝潜热222053匕蒸汽侧对流传热系数。汽=10000仏弋,壁两侧垢层热阻及换热器损失均可忽略，加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出。）解：（1）加热蒸汽消耗量:=>Dx2205=4000x1.86（80-50）D=101kg/h（2）套管的有效长度：叫/P4000/36000.785d；880x0.785x0.052d.up0.643x0.05x880_73.9xl

55、0-41.86x103x3.9x10-420.1450.643m/su5.0xlO4湍流.Iy=0.023A/?0SPr04=0.0235(7.254xlO4)°8(5.O)04=982w/亦d2(0.05°C则以内管外表面计的传热系数：11bcLd10.002x5454=+-+=+keAdma2d2IO445x52982x50=>£=8O3w/7772°C/-'Z_80_50".T-t,.120-50liilii°CT-t2120-80叫(厶一人)=«加厶":”(1922)xl.86xl03(80-

56、50)=803x龙x0.054/x53.63600I=8.49/?(3)当r=nor时,“苯不变,a汽也可视为不变。K'=K=803w/宀°C则叫c”(心-G=广nW2Cp221)=KSP：yd“T'J=KFJ=牆d°讥寮理"X0.054X&49解得：6=75.7°C15、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。原换热器列管数为卩，

57、管径为心，管长为而新换热器管数为心厲=心，管径为«=°x)o试问新换热器管长人为原换热器管长厶的几倍。解：二台换热器的空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同，且»%,原换热器：Cp1-tl)=KAtin=atm(1)新换热器：w/m/wym(2)(2)/(1)得:左空A"空M新换热器管内流速，°.785右心则其中：原换热器管内流速，0.785盗“2a空7id2l2n2=a空加/乙”=>k=_=£x2xl=l/12d、2221即新换热器管长人为原换热器管长厶的亍倍。16、某常用套管换热器每小时冷凝甲苯蒸汽1000kg,冷凝温度110°C,冷凝潜热为363kJ1kg,冷凝膜系数冬=10000W/八°C,冷却水温16°C,以2500kg/hr的流量进入内管内(内径50讪),作湍流流动，膜系数4=2160砂加弋,水的比热取为4.19灯/畑弋，忽略壁阻及污垢热阻。试求A)冷却水出口温度及管长；B)如在夏季，冷却水入口温度将升至25°C,使换热器传热能力下降，为此建议将水流量增加一倍，那么，该换热器的传热能力能否增加？定量地说明。解：(1)冷却水出口温度：w2CPzy)=Dr=