传热习题及解答2007版讲解

四传热单层平壁导热4.1红砖平壁墙，厚度为500mm,一侧温度为200C,另一侧温度为30C,设红砖的平均导热系数可取0.57W/(m：C),试求：(1)单位时间，单位面积导过的热量q为多少W/m2,并换算成工程单位制kCal/(m2h)。(2)距离高温侧350mm处的温度为多少？(3)如红砖导热系数与温度关系可表示为：入=0.51+5x%0则q又为多少？多层平壁导热4.2某燃烧炉的炉墙由三种砖依次砌成：第一层为耐火砖，厚b1=0.23m,方=1.05W/(m-C)；第二层为绝热醇，％=0.151W/(mC)；第三层为普通醇，b3=0.24m,%=0.93W/(mC)。若已知耐火砖内侧温度为1000C,耐火醇与绝热醇接触处温度为940C,绝热醇与普通科接触面温度不得超过138C；试求：(1)绝热砖层的厚度；(2)普通科外侧温度。4.3平壁炉壁由三种材料组成，其厚度和导热系数如下:bmm(W/m1(内层)2001.072绝热醇1000.143钢板645若耐火砖层内表面温度t1=1150C,钢板外表面温度t4=30C,试计算导热的热通量。又实测通过炉壁的热损失为300W/m2,如计算值与实测不符，试分析原因并计算附加热阻。多层圆筒导热一外径为100mm的蒸汽管，外包一层50mm绝热材料A,m=0.07W/(mC),其外再包一层25mm的绝热材料B,后=0.087W/(mC)。设A的内侧温度为170C,B外侧温度为38C。试求每米管上白^热损失及A、B界面的温度。①60>3mm铝合金管(其导热系数可取为45W/(mC)),外包一层厚30mm石棉，之外再包一层厚30mm的软木，石棉和软木的导热系数分别为0.16W/(m•℃)和0.04W/(m-C)。计算下列问题：(1)已知管内壁温度为-110C,软木外侧温度为10C,求每米管长损失的冷量。(2)若将两保温材料位置互换，互换后假设石棉外侧温度仍为C,则此时每米管长的冷量损失又为多少？由此得出什么结论？试推导出空心球壁导热方程式，由此计算下列问题:有一钢制球罐，内装液体。球罐内径为2m,壁厚10mm,在球罐外表面另有一层厚度为20mm的氧化镁保温层(氧化镁的导热系数为0.07W/(mCJ)。已知钢罐内壁温度为50C,保温层外表面温度为20C,试求单位时间的热量损失。传热基本方程有关计算一换热器，在①25>2.5mm管外用水蒸汽加热管内的原油。已知管外蒸汽冷凝对流传热系数ao=i04w/(m2-C),管内原油的对流传热系数G=103W/(m2•℃),管内污垢热阻Rsi=1.5M0-32一.m-C/W,管外污垢热阻及管壁热阻可忽略不计，试求以外表面为基准的总传热系数及各部分热阻占总热阻的百分数。4.8列管换热器中的列管尺寸为①38>2.5mm,材质为钢管。管外为蒸汽冷凝，0o=105W/(m2•℃),管内空气被加热，归35W/(m2：C)。现采用下述三种方式来提高K值：(1)%增加一倍；(2)%增加一倍；(3)钢管换成铜管。试通过计算分析那种方式效果最好？并说明为什么？已知钢、铜的导热系数分别为入钢=45W/(m-C),入铜=383W/(m「C)。在一列管换热器中，用初温为30C的原油将重油由180C冷却至120C。已知重油和原油的质量流量分别为Wh=104kg/h,Wc=1.4冲04kg/h;比热分别为Cph=2.2kJ/(kgC),Cpc=1.9kJ/(kgC)。总传热系数K=116W/(m2：C)。试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积。在传热面积为50m2的换热器中，用温度为20C,流量为33000kg/h的冷却水冷却进口温度为110C的醋酸，水的平均比热为4200kJ/(kgC),两流体逆流流动。换热器刚投入使用时，冷却水和醋酸的出口温度分别为45c和40C,运转半年后，冷却水出口温度降至38C,试求此换热器总的污垢热阻为多少？管壁热阻可忽略不计。一换热器用于热柴油加热原油，柴油和原油的进口温度分别为243C和128Co已知逆流操作时，柴油出口温度为155C,原油出口温度为162C,试求其平均温差。若柴油和原油的进口温度不变，它们的流量和换热器的总传热系数亦与逆流时相同，若采用并流，此时平均温差又为多少？为测定套管式甲苯冷却器的传热系数，测得实验数据如下：传热面积A=2.8m2,甲苯的流量Wh=2000kg/h,由80C冷却到40C,甲苯的平均比热Cph=1.84kJ/(kg℃)。・冷却水从20C升高到30C,两流体呈逆流流动，求所测得的传热系数K为多少？若水的比热Cpc=4.187kJ/kgC,问水的流量为多少？在套管换热器中，用冷水冷凝苯蒸汽，冷水在管内作湍流流动。欲通过实验方法测定苯蒸汽在管外冷凝时的传热系数及水在管内对流传热系数，设苯的冷凝液在蒸汽的饱和温度下排出。试问：(1)需要哪些测定仪器？(2)需要测定哪些数据？(3)写出求得“亲、a水的步骤，并注明计算式中各符号的意义及单位。注：/为苯蒸汽冷凝传热膜系数，a水为管壁向水的对流传热系数。管内对流传热系数的计算、湍流水以1m/s的流速在长3m的①25>2.5mm管内由20C加热至40C,试求水与管壁之间的对流传热系数。若管内换以流速为10m/s的空气，其它条件相同，此时对流传热系数又为多少？已知30c下，水的比热4.174kJ/(kgC),导热系数0.617W/(mC),黏度80.07M0-5NS/m：密度995.7kg/m3;空气的比热1.005kJ/(kgC),导热系数0.02675W/(mC),黏度1.86M0-5PaS,密度1.165kg/m3。某厂精微塔顶冷凝器，采用列管式换热器，有①25X2.5mm管子60根，管长2m,塔顶蒸汽走管间，冷凝水走管内，其流速为1.2m/s,进出口温度分别为20C和60C。已知水的比热3kJ/(kgC)-,导热系数0.634W/(mG),黏度0.656cP,密度992.2kg/m。求：(1)管内水的对流传热系数；(2)如总管数改为50根，仍保持换热器的传热面积不变(管长增加)，水量及水进口温度不变，此时管内水的对流传热系数又为多少？一套管换热器，由(M8X3mm和①25X2.5mm的钢管组成，两种流体在内管和环隙流过，分别测得对流传热系数为出和Q若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。求：将内管改为①32X2.5mm后，管内对流传热系数有何变化？(假设流动状态皆为湍流)强制层流传热系数的计算油在管式炉的对流段①89X6mm管内以0.5m/s的流速被加热，管长为6m。已知管内壁温度为150C,原油的平均温度为40C,此时油的密度为850kg/m3,比热为2kJ/(kgG),导热系数为0.13W/(m•℃),黏度为26cP,体积膨胀系数为0.013[1/C],又原油在150C时的黏度为3cP。试求原油在管内的对流传热系数为多少？过渡流、套管环隙对流传热系数的计算98%的硫酸以0.7m/s的速度在套管换热器的环隙内流动，硫酸的平均温度为70C,内管外壁的平均温度为60C。换热器内管直径①25X2.5mm,外管直径为①51X3mm,试求环隙流体的对流传热系数和热通量。硫酸的比热Cp=1.58kJ/(kgC)；导热系数入=0.36W/(mC),黏度=6.4cP运动黏度pw=7.6cP,密度p=1836kg/r3i。弯管中对流传热系数的计算氨溶液在由四根(M5>3.5mm钢管并联而成的蛇管冷却器中由32c冷却至8C,蛇管的平均曲率半径为0.285m,已知铜氨溶液的流量为2.7m3/h,黏度为2.210-3Pas,密度为1200kg/m3,其它物性常数可按水的0.9倍来取，试求铜氨溶液的对流传热系数。注：20C,水的比热Cp=4.183kJ/(kgG),导热系数入=0.5989W/(m。)。套管环隙对流传热系数的计算一套管换热器，内管为①38>2.5mm,外管为①57刈mm,甲苯在其环隙由72c冷却至38C,已知甲苯的流量为2730kg/h,试求甲苯的对流传热系数。已知甲苯的比热Cp=1.84kJ/(kgE),导热系数入=0.128W/(mC),黏度尸0.38Xl3)Pas,密度p=835kg/m。管外对流传热系数计算1atm甲烷以10m/s流速在列管换热器壳程作轴向流动，甲烷由120C冷却到30C。已知该换热器共有①25X2.5mm管86根，壳径为400mm。求甲烷气体的对流传热系数。注：75c甲烷的比热2.43kJ/(kgC),导热系数0.0399W/(m-℃),黏度0.018cP。接触氧化法生产硫酸过程中，用反应后高温的SO3混合气预热反应前气体，常压SO3混合气在一由①380mm钢管组成、壳程装有圆缺挡板的列管换热器壳程流过。已知管子成三角形排列，中心距为51mm,挡板间距为1.45m,换热器壳径D=2800mm。SO3混合气的流量为4X104m3/h,其平均温度为145Co其物性可近似按同温度下的空气查取，试求混合气对流传热系数(考虑部分流体在挡板与壳体之间短路，取系数为0.8)。注：空气的比热Cp=1.014kJ/(kgC),导热系数入=0.0524W/(m-C),黏度科23910-5NS/m2,密度p=0.845kg/m3。自然对流的计算油厂用海水冷却常压塔引出的柴油储分，冷却器为①114漏mm钢管组成的管，水平浸没在一很大的海水箱中，海水的物性可近似按同温度下的水查取。海水由箱下部引入，上部溢出，通过时的流速很小，设海水的平士匀温度为42.5C,钢管外壁温度为56C,试求海水的对流传热系数。已知水的比热Cp=4.174kJ/(kg℃),导热系数入=0.663W/(m-C),黏度科=05565Nls/m2,密度p=®8.4kg/m3,体积膨胀系数3=4.45xf0[1/C]。传热效率与传热单元数换热器中，用80C的水将某流体由25c预热至48C,已知水的出口温度为35C,试求该换热器的效率。一传热面积为10m2的逆流换热器，用流量为0.9kg/s的油将0.6kg/s的水加热，已知油的比热为2.1kJ/(kgC),水和油的进口温度分别为35C和175C,该换热器的传热系数为425W/(m2•℃),试求此换热器的效率。又若水量增加20%,传热系数可近似不变，此时水的出口温度为多少？一套管换热器，内管为①19>3mm,管长为2m,环隙的油与管内的水流向相反，油的流量为270kg/h,进口温度为100C,水的流量为360kg/h,入口温度为10C,油和水的比热分别为1.88kJ/(kg€)和4.18kJ/(kg6),且已知以管外表面积为基准的传热系数K=374W/(m2；C),试求油和水的出口温度为多少？有一套管换热器，冷热流体进口温度分别为40C和100C,已知并流操作时，冷流体出口温度为60C,热流体出口温度为80C,试问逆流操作时，冷热流体出口温度为多少？设K

为定值。传热综合题一套管换热器中，用水蒸汽加热空气，已知空气侧对流传热系数为40W/(m2-C),蒸汽冷凝侧的对流传热系数为5000W/(m2.c),现欲提高此传热过程的总传热系数，应从何着手解决？试用具体数据说明理由。(注：管壁热阻及污垢热阻可忽略)触法硫酸生产中用氧化后的高温SO3混合气预热原料气(SO2及空气混合物)，已知：列管换热器的传热面积为90m2,原料气入口温度ti=300C,出口温度t2=430C。SO3混合气入口温度Ti=560C,两种流体的流量均为10000kg/h,热损失为原料气所得热量的6%,设两种气体的比热均可取为1.05kJ/(kgC),且两流体可近似作为逆流处理。求：SO3混合气的出口温度T2；(2)传热系数K为多少。列管换热器，管间通饱和水蒸汽，可将一定流量作湍流流动的空气加热至指定温度，若须进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍(管长、管数、流态及其它条件均不变)你认为此措施是否可行，并说明理由。△tm的数学表达式:传热面积传热面枳温度ti△tm的数学表达式:传热面积传热面枳温度ti传热面积题4.31附图内管为①189M0mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态煌从100c冷却到60C,其平均比热Cp爆=2.38kJ/(kgE),环隙走冷却水，其进出口温度分别为40c和50C,平均比热Cp水=4.17kJ/(kgG),基于传热管外表面积的总传热系数Ko=2000W/(m2-C),设其值恒定，忽略热损失。试求：(1)冷却水用量；(2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。厂一单管程单壳程列管换热器，列管规格为①25>2.5mm,管长6m,管数501根，管程走热气体，流量为5000kg/h,平均比热3.04kJ/(kgC),进口温度500C；壳程走冷气体，流量为4000kg/h,平均比热3.14kJ/(kgC),进口温度30C。(1)逆流操作时，测得热气体的出口温度为200C,求总传热系数K为多少W/(m2：C)；(2)如采用并流操作，热气体的出口温度有无可能降为200C?为什么？一列管换热器内，用110C的饱和水蒸汽加热管内的湍流流动的空气，使其从30C升至45C,若将空气的流量增加一倍而入口温度不变，试求加热蒸汽量为原用量的倍数。忽略管壁热阻、垢层热阻和热损失，并忽略因空气出口温度变化所引起的物性变化。120c的饱和水蒸汽将流量为36m3/h的某稀溶液在双程列管换热器中从80C加热至95C。若每程有直径为①25X2.5mm的管子30根，且以管外表面积为基准的传热系数K=2800W/(m2-C)o蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求：(1)换热器所需的管长；2(2)当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为0.00009m-C/W,若维持溶液的原流量及进口温度不变，其出口温度为多少？又若必须保证溶液原出口温度，可以采取什么措施？注：溶液的密度及比热与水近似：p=100(kg/m3;Cp=4.2kJ/(kgC)•一传热面积为3m2,由①25X2.5mm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4.187kJ/(kgC)和2.0kJ/(kgC)；水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/(m2；C)和250W/(m2•℃),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30C,而油的流量及冷却程度不变时，该换热器是否合用？如何解决？(假设传热系数不变)一定流量的空气在蒸汽加热器中从20c加热到80C,空气在管内呈湍流流动。压强为1.724kgf/cm2的饱和水蒸汽在管外冷凝。现生产要求空气流量增加20%,而空气进口温度不变,试问采取何种措施才能完成任务？作出定量计算。假设管壁和污垢热阻忽略不计。注：1.724kgf/cm2压强下的饱和水蒸汽的饱和温度为115C。厂用套管换热器每小时冷凝2000kg的甲苯蒸汽，冷凝温度为110C,潜热为360kJ/kg,甲苯蒸汽冷凝传热系数”为10000W/(m2；C)。冷却水于15C,以4500kg/h的流量进入①57刈.5mm的管内作湍流流动，其对流传热系数为1500W/(m2；C)。管壁热阻和污垢热阻忽略不计，水的比热为4.18kJ/(kgC)；试求：(1)该换热器传热面积A为多少？(2)若夏天冷却水进口温度升至20C,操作时将冷却水量加大一倍，原换热器能否完成任务？一单壳程单管程列管换热器，由多根①25X2.5mm的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m/s,流量为15T/h,比热为1.76kJ/(kgC),密度为858kg/m3,温度由20c加热至50C。壳程为130C的饱和水蒸汽冷凝，管程、壳程的对流传热系数分别为700W/(m2•℃)和10000W/(m2•℃),钢导热系数为45W/(m2：C),垢层热阻忽略不计。求：(1)总传热系数；(2)管子根数和管长；(3)在冷流体温度不变的情况下，若要提高此设备的传热速率，你认为要用什么措施?一蒸汽管，尺寸为①50X2.5mm,外包有两层绝热材料，每一层厚度都是2.5mm,现有两种保温方法，见图(1)和(2),已知％=5入1,请定量判断这两种方法中哪一种方法绝热情况较好(蒸汽管本身的热阻可以忽略不计)(1)(2)习题4.40附图研究污垢对传热的影响时，采用①28X1mm之铜管，水在管内流动，水蒸汽在管外冷凝,传热系数K在很宽的水的流速范围内，对清洁管和污垢管可用如下方程表示：清洁管：1/K=0.00020+1/(500u0.8);污垢管：1/K=0.00070+1/(500u0.8)式中：K为传热系数，kcal/(m2hC),u为水的流速，m/s;a=U0.8)为水的对流传热系数,kcal/(m2hC)试求污垢热阻和蒸汽冷凝传热系数。已知：铜的导热系数入=330ccal/(mh-C)断下列说法是否妥当，如不妥，请写出正确说法(1)蒸汽在管外冷凝时，冷凝负荷越大，冷凝传热系数越高”；(2)用饱和蒸汽加热容器内的液体，使之沸腾时，饱和蒸汽的压力越高，越有利于强化传热”。厂加热炉为一内衬耐火砖的钢制圆筒，筒外覆盖一层绝热材料，如图所示。若钢板的允许工作温度不超过450C,已知外界大气温度：夏季为40C,冬季为-10C,大气一侧的对流传热系数a外=10W/(m2k);炉内为热气体流动，最高温度为600C,内侧对流传热系数a内=100W/(m2k),炉内流道截面直径为1.5m。(1)炉壁各层布置是否合理？(用数字说明)(2)若要改善钢炉壁的工作条件，从理论上你认为可采取什么措施？(定性说明)各层材料的厚度与导热系数数据如下:W/m2km3=0.380.25题4.43附图题4.45附图有一热物料，其流量为1000kg/h，比热Cpi=2.1kJ/(kgC),•在换热器中与冷流体逆流换热，温度从149c冷却至66C。冷却剂为水，温度为15C,流量为2000kg/h,比热Cp2=4.18kJ/(kgC),换热器总传热系数K=567W/(m2：C)。如今换用10C水作为冷却剂，则料液出口温度为多少？若生产上需维持热流体原出口温度为66C,而水流量不变，换热器是否满足需要？A、B两台换热器组成的换热系统中，冷热流体的流向相反，流量相等，如图所示。已知A、B两台换热器的传热面积、传热系数均相等，冷流体流量等量分配，Ti=150C,T2=40C、t1=30C、t2=90℃o试求温度T、ta、tb的值分别为多少？套管换热器，内管为①19>2mm,流向安排如图(a)所示。已知Wh=Wc=1000kg/h,Ti=100C,T2=80C,t1=20C,Cph=2kJ/(kgC),Cpc=1kJ/(kgC),管内a=2000W/(m2-C),环隙廿3000W/(m2：C)。若再增加一台完全相同的换热器按图b的流程操作，且Wh,Wc,Ti,t1均不变，此时t2为多少？忽略管壁和污垢热阻。11,⑻(b)题4.46附图拟在单程逆流列管换热器中用35c的冷水将流量为1kg/s、温度为150c的热油冷却至65C,油走管内，软水走壳程，水的出口温度为75C,已知油与水均处在湍流，并知此条件下对流传热系数分别为：水2000W/(m2c),油1000W/(m2C),油的平均比热为4kJ/(kgC)，水的平均比热为4.18kJ/(kgC•),若换热器传热面积为11m2,热损失、垢层及管壁热阻均可不计，忽略内外表面积的不同。求：(1)该换热器是否可用？(按平壁估算)(2)若油的流量增至1.2kg/s,其他条件均不变(水的流量及进口温度不变)，仅将管内流程改为双程，并知双程时温差校正系数①行为0.86,该换热器能否合用？有一列管式换热器，装有①25X2.5mm钢管300根，管长为2m。要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20c加热到85C,选用108c饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热系数为104W/(m2；C),管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计，而且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为Cp=lkJ/(kgC),入=2.85x-21W/(m•℃),科=1.98x-IPa.S,Pr=0.7。试求：(1)空气在管内的对流传热系数；(2)求换热器的传热系数(以管子外表面为基准)；(3)通过计算说明该换热器能否满足需要；(4)计算说明管壁接近于哪一侧的流体温度。某列管换热器用109c的饱和水蒸汽加热管内空气，使它由20C升至80C,现空气流量须增加一倍，问在传热面积和空气进、出口温度不变情况下，加热蒸汽温度应变为多少？有一套管式换热器，内管为①180M0mm的钢管，用水冷却原油，采用逆流操作，水在内管中流动，冷却水的进口温度为15C,出口温度为55Co原油在环隙中流动，流量为500kg/h,其平均比热为3.35kJ/(kgC)；要求从90C冷却至40C。已知水侧的对流传热系数为1000W/(m2•℃),油侧的对流传热系数为299W/(m2：C)(忽略管壁及污垢热阻)试求：(1)总传热系数(以管子外表面为基准)；(2)套管换热器的有效长度；(3)所需冷却水用量(水的比热取4.18kJ/(kgC)；忽略热损失)；(4)在操作中因气温升高，冷却水进口温度变为20C,问此时会出现什么情况？若仍维持原生产任务，应采取什么措施？说明理由，并计算之。(设变化后的总传热系数K=2552

W/(m-C))o热辐射两块相互平行的长方形黑体平板，其尺寸为1X2m2,间距为1m,若两平板的表面温度分别为727c及227C,试计算两平板间的辐射传热量。在一钢管中心装有热电偶测量管内空气白勺温度,设热电偶的温度读数为300C,热电偶的黑度为0.8,空气与热电偶之间的对流传热系数为25W/(m2；C),钢管内壁温度为250C,试求由于热电偶与管壁之间的辐射传热而引起的测温误差，并提出减少误差的措施。两极大平行平面进行辐射传热，已知£1=0.3,2=0.8,若在两平面间放置一块极大的抛光铝遮热板3=0.04,试计算传热量减少的百分数。对流辐射联合传热计算平均温度为150c的机油在①108>6mm钢管中流动，大气温度为10C,设油对管壁的对流传热系数为350W/(m2；C),管壁热阻和污垢热阻可忽略不计，试求此时每米管长的热损失，又若管外包一层厚为20mm,导热系数入为0.058W/(m•℃)的玻璃布，热损失减为多少？传热设备用175C,流量为360kg/h的油，将300kg/h的水由25c加热至90C,已知油、水的比热分别为2.1kJ/(kg℃•)、4.18kJ/(kgC)。今有两个换热器，传热面积均为0.8m2：换热器1,Ki=500W/(m2-C),单壳程，单管程；换热器2,K2=652W/(m2；C),单壳程，双管程。为了保证所需的传热量应选用那一个换热器？在下列三个换热器中，每小时将29400kg的某种溶液从20C加热到50C。溶液在管内流动。加热介质的进口温度为100C,出口温度为60C；试求下面三种情况下的平均温差。(1)壳方与管方均为单程换热器，逆流操作；(2)壳方为单程，管方为四程；(3)壳方为二程，管方为四程。在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K,冷却水在①252.5mm的管中流过，其进出口温度分别为290K和320Ko已知水和苯的对流传热系数分别为0.85kW/(m2K)和1.7kW/(m2K),比热分别为4.18kJ/(kgK)和1.9kJ/(kgK),管材的导热系数人二45W/(mK),两侧的污垢热阻可忽略不计，试求所需的管长和冷却水消耗量。一套管换热器用饱和水蒸汽将管内作湍流流动的空气加热，设此时总的传热系数近似等于空气的对流传热系数。今要求空气量增加一倍，而空气进出口温度仍然不变，问该换热器长度应增加百分之几？在逆流换热器中用水冷却油，水进出口温度分别为15c和40C,油的进出口温度分别为150C和100C。现因生产任务要求油的出口温度降至80C,设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m,试求将此换热器的管长增至多少米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。在单程列管换热器中，每小时将4000kg的空气从20c加热到80C,空气在钢质列管内做湍流流动，管外用100c的饱和蒸汽加热，冷凝液在饱和温度下排出，列管总数为100根,规格为①50X2mm,管长为3m,已知空气的比热容为1kJ/(kgG)。(1)求总传热系数；(2)现因空气流量增大一倍，要设计一台新的列管换热器，管数比原来增加一倍，管径缩小一倍，其它条件不变，试求新设计的换热器每根管的长度(管壁、污垢和蒸气冷凝热阻可忽略不计)。用一单程列管式换热器将46C的CS2饱和蒸汽冷凝后再冷却至10C。CS2走壳程，流量为250kg/h,又其冷凝潜热为355kJ/kg。液相CS2比热为1.05kJ/(kgC),冷却水走管程，与CS2呈逆流流动，其进、出口温度分别为5C和30Co换热器中有①25X2.5mm管30根，管长3m,设此换热器中，CS2蒸汽冷凝和液体冷却时的总传热系数分别为200W/(m2.C)和100W/(m2；C)(均以管外表面为基准)，问此换热器的传热面积能否满足要求？思考题填空、选择、判断与简答(1)红砖的黑度为0.93,当其表面温度为300C时，红砖的发射能力为。(A)5683.4W/m2(B)916.7W/m2(2)有一套管换热器环隙有119.6C蒸汽冷凝，管内空气从20C被加热到50C,管壁温度应接近。(A)35C(B)119.6C(C)77.3C(3)已知在温度T时耐火科的发射能力(辐射能力)大于铜的发射能力，则铜的黑度为,耐火醇的黑度为。(A)0.6(B)0.9(C)1(4)在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否合理：甲：换热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙：换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。(A)甲乙均合理(B)甲乙均无理(C)甲合理，乙无理(D)乙合理，甲无理(5)已知当温度为T时，耐火科的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度耐火醇的黑度。(A)大于(B)等于(C)不能确定是否大于(D)小于(6)在一列管式加热器中，壳程为饱和水蒸汽以加热管程中的空气。若空气流量增大10%,为保证空气出口温度不变，可采用的办法是。(A)壳程加折流挡板，增大壳程a值；(B)将原先的并流改为逆流流动以增大Atm;(C)开大蒸汽进口阀门以便增大水蒸汽流量；(D)开大蒸汽进口阀门以便提高加热蒸汽压力。(7)某列管换热器，管间为饱和水蒸汽冷凝，若饱和蒸汽温度与壁温之差增加一倍时，传热速率将增加为原来的。(A)2-1/4倍(B)23/4倍(C)21/4倍(D)21/3倍(8)列管换热器中用水使46c的CS2饱和蒸汽冷凝，则CS2饱和蒸汽应通过。(A)管程(B)壳程(C)管程或壳程均可(9)在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度相差50C,现因某种原因，两者的温度各升高100C,则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该。(A)增大(B)变小(C)不变(10)利用水在逆流操作的套管换热器中冷却某物料。要求热流体的温度Ti、T2及流量Wh不变。今因冷却水进口温度t1增高，为保证完成任务，提高冷却水流量Wc,其结果：(A)K增大，Atm不变；(B)Q不变，Atm下降，K增大；(C)Q不变，K增大，Atm不确定；(D)Q增大，Atm下降。(11)厚度不同的三种材料，构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3,导热系数》<R<k。在稳定传热过程中，各层的热阻Ri―R2—R3；各层导热速率Qi—Q2一Q3。(12)两固体间的辐射传热速率公式为。(13)液体沸腾根据温度差大小可分为、、三个阶段，实际操作应控制在阶段。(14)将单程逆流列管式换热器改为双程的作用是，但这将使减小，增大。(15)影响两固体表面间辐射传热量大小的因素主要有、、。(16)列管换热器中，壳内折流挡板主要采用型和型；提高间壁式换热器传热系数的主要方法是：、、。(17)举出五种间壁式换热器、、、、。(18)判断下面的说法中哪一种是错误的:(A)在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；(B)在同一温度下，物体的吸收率A与黑度e在数值上相等，因此，吸收率A与黑度e的物理意义相同；(C)黑度越大的物体吸收辐射的能力越强；(D)黑度反映了实际物体接近黑体的程度。(19)判断下面的说法中哪一种是错误的:当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，(A)逆流时的一定大于并流、错流或折流时的△＞；t.(B)采用逆流操作时可以节省热流体(或冷流体)的用量；TOC\o"1-5"\h\z(C)采用逆流操作时可以减少所需的传热面积；*'(D)温度差校正系数Ba的大小反映了流体传热过程接近逆卜流的程度。'(20)有一单层平壁如图所示。已知材料的导热系数入为常数，从左等温面t1至右等温面t2的稳定导热热流量为q,则平壁内的温度分布『xi'*x表达式为：。题4.62(20)附图(21)蒸汽冷凝时的对流传热系数”较大其原因是：。(22)两流体通过间壁换热器逆流换热，冷流体从20c被加热到50C,热流体从100C被冷却到70C;则改为并流换热时，冷热流体的初始温度不变，冷流体的出口温度t2=；热流体的出口温度T2=。(23)饱和蒸汽在单根水平管外膜状冷凝时的对流传热系数公式：(24)浮头式或带膨胀节式的换热器适用于和的温差很大的场合；翅片管换热器安装翅片的目的是：、。(25)哪些对流传热系数与壁温有关？请任举出其中四种不必写出其a计算公式)。(26)换热器中，热流体由200c冷去感IJ140C,冷流体由20c升高到35C,则换热器的传热效率为。(27)计算冷凝对流传热系数时，关联式中的At项表示,蒸汽冷凝潜热按温度取，其余物性数据按取。(28)估计列管式换热器中金属管壁的温度tw。壳程为0.1MP的饱和水蒸气冷凝，(A)管程是平均温度为40C的空气，tw=约为;(B)管程是平均温度为40C的水，水的对流传热系数为2000W/m2C,换热器的总传热系数为1600W/m2C,tw约为。(29)在设计时，欲增大一卧式冷凝器的传热面积，从有利于传热的角度看，宜采取的措施为,因为。(30)液体沸腾传热根据温度差大小可分为、和三个阶段，为了获得较高的传热速率，壁温与溶液沸点之差At应取。(31)通过一换热器用饱和水蒸气加热水，可使水的温度由20c升高至80C,现发现水的出口温度降低了，水的初温和水量均无变化，引起问题的可能原因是：。(32)管内湍流传热，流体内温度梯度最大的部分是在,原因是;管内对流传热，短管的对流传热系数比长管,原因是。(33)在列管式换热器中，蒸汽一般通入程、压力高的物料则走程、腐蚀性介质走程。(34)在蒸汽冷凝时，其冷凝液为层流流动，若提高蒸汽冷凝的对流传热系数，可考虑采取哪些措施？(35)下列计算对流传热系数准数关联式各适用于什么情况之下？Nu=(AReAPrBGrnNu=(AReAPr(BNu=(APrBGrn(36)导热系数入、对流传热系数”和总传热系数K的SI制单位为、和。(37)一般来说金属的导热系数非金属固体的导热系液体的导热系数气体的导热系数。(><=)(38)稳态一维温度场(温度只沿x方向变化)中的傅立叶定律表达式为。(39)热阻(如导热热阻或对流传热热阻)与传热面积(成正比、成反比、无关)；单位面积热阻的SI制单位为。(40)判断下面的说法中哪一种是正确的：(A)换热管中管内对流传热热阻一定大于管外对流传热热阻；(B)换热管中管外对流传热系数一定小于总传热系数；(C)换热管中管外对流传热热阻一定大于总传热热阻；(D)换热管中管外对流传热系数一定大于总传热系数。(41)简述换热器管内流体流速大小的利弊。(42)在准数关联式Nu=0.023Re°.8Prn中，流体被加热时，n=;被冷却时，n=。(43)准数关联式Nu=0.023Re0.8Prn的应用范围：Re、L/di、定性温度、定性尺寸。(44)简述影响对流传热系数的因素。(45)简述影响冷凝传热的因素。(46)设计冷却器选定冷剂之后要确定冷剂出口温度t2,简述出口温度t2高低的利弊。

四传热习题解答4.14.24.3解：4.14.24.3,、___2(1)q=(入/咐1七)=(0.57/0.5)(200-30)=194W/m换算成工程单位：q=194[J/(sm2)]3600(s/h)2.3910-4(kcal/J)=194X3600>2.3910-4=167kcal/(m2h)(2)求距离高温侧350mm处的温度2q=(入2b(t1-t2)=(0.57/0.35)(200-t)=194W/mt=200-0.35194/0.57=81C(3)入=0.51+5X10tq=-入(dt/dx)b1t2_4Iqdx=t-(0.51+5X10t)dtqb1=0.51(t1-t2)+(5/2)10-4(t12-t22)q=[0.51(200-30)+2.51便4%2002-302)]/0.5=193W/m2解：(1)求绝热砖层厚度稳定时通过各层的导热量相等，通过耐火砖层：一.一2q=Q/A=(t1-t2)/(b41)=(1000-940)/(0.23/1.05)=273.9W/m通过绝热砖层：q=Q/A=(t2-t3)/(b2/2)b2=?2(t2-t3)/q=0.151(940-138)/273.9=0.442m(2)求普通科外侧温度t4q=Q/A=(t3-t4)/(b3/3)t4=t3-qb3/3=138-273.9024/0.93=67.3C解：通过各层的导热量为q=(t1-t4)/(b1/1+b2/2+b3/3)=(1150-30)/(0.2/1.07+0.1/0.14+0.006/45)=1120/0.9013=1242.6W/m2计算得到的热通量大于实测的热损失，表明平壁层间接触不良，有空气层存在，产生附加热阻，即：q'=1120/(0.9013+R附)=300W/m2___2一R附=1120/300-0.9013=2.83mC/W解：(1)求每米管的热损失Q/L=2兀恤)/[(1/1)皿「2"1)+(1/2即(「3/「2)]=2X3.14K70-38)/[(1/0.07)ln(100/50)+(1/0.087)ln(125/100)]=66.5W/m(2)求A,B层界面温度Q/L=2兀«-2)/[(1/1)皿「2/门)]=66.5W/mt2=ti-66.5/[(2娟从「2/门)]=170-66.5/[(23.14X0.07)ln(100/50)]=65.2C解：(1)求每米管的热损失Q/L=2兀1-t4)/[(1/1)in(r2/r1)+(1/2)ln(r1色)+(1/3即仙/⑶]=2X3.14(-110-10)/[(1/45)ln(60/54)+(1/0.16)ln(120/60)+(1/0.04)ln(180/120)]=-52.1W/m(负号代表热量由外向内传递)(2)两层保温层互换，每米管长损失的冷量Q/L=2兀1-t4)/((1/1)皿「2/门)+(1/2)ln(r1/r2)+(1/3加(「4-3))=2X3.14(-110-10)/((1/45)ln(60/54)+(1/0.04)ln(120/60)+(1/0.16)ln(180/120))=-37.95W/m结论：保温效果好的材料包在里边效果好。解：(1)设空心球内半径为「1,内表面温度t1，外半径为上，外表面温度为t2。首先推导球壁的导热方程式：TOC\o"1-5"\h\z如图所示112Q=-入Adt/dr二入4Tidt/dr-―/Q/dr/i=-4兀入/dt,得：Q=4tt入1(t2)/(1/r1-1/r2)(2)如球体外包一保温层，则n产，Q=4tt(t-t3)/[(1/1)(1/r1-1/r2)+(1/2)(1/r2-1/r3)]/Q=4X3.14抬0-20)/[(1/45)(1/1-1/1.01)+(1/0.07)(1/1.01-1/1.03)]题4.6附图=13739W解：以外表面为基准，外径do,外壁对流传热系数为附；内径di,管内对流传热系数g:1/K=1/o+Rsi(do/di)+(1/i)(do/di)=1/104+1.5M0-3X(25/20)+(1/103)(25/20)=3.2310qm2C/WK=1/(3.231»-3)=310W/(m2C)管外对流传热阻力占总热阻比例为：1/晨1/K=0.0001/(3.231&3)=3.1%管内对流传热阻力占总热阻比例为：(1/i*do/di):1/K=0.00125/(3.2310-3=38.7%管内污垢热阻占总热阻比例为：Rsi(do/di):1/K=0.00188/(3.23103=58.2%解：以外表面为基准的原K值计算：1/K=1/o+(b/入odm)+(1/i)(do/di)=1/10000+(0.0025/45)(38/35.5)+(1/35)(38/33)=0.0332m2：C/WK=30.12W/(m2C)oo增加一倍时1/K1=1/(2o)+(b/入o(dm+(1/i)(do/di)=1/20000+(0.0025/45)(38/35.5)+(1/35)(38/33)=0.0331m2：C/WK1=30.21W/(m2C)g增加一倍时1/K2=1/o+(b/入M/dm+[1/(2i月(do/di)=1/10000+(0.0025/45)(38/35.5)+(1/70)(38/33)=0.0166m2-CZWK2=60.2WZ(m2：C)(3)钢管换成铜管1ZK3=1Zo+(bZ葡)(doZdm)+(1Zi)(doZdi)=1Z10000+(0.0025Z383)(38Z35.5)+(1Z35)(38Z33)=0.0331m2CZWK3=30.2WZ(m2?C)从计算看出：要增加K值，必须从减少最大热阻一项入手，即减少管内对流热阻，其它措施收效甚微，所以增加g最有效。解：由热量衡算求原油最终温度WhCph(T1-T2)=WcCpc(t2-t1)104X(2.2103)¥180-120)=1.4104X1.9103)«2-30)得t2=79.6C传热量Q=WhCph(T1-T2)=(104Z3600)(2.2103)>(180-120)=3.67105W(1)并流计算：重油：T1180Cf120CT2原油：t130Cf79.6Ct2△t1=T1-t1=180-30=150C;At2=T2-t2=120-79.6=40.4CAtm并=(At1-At2)Zln(△11ZAt2)=(150-40.4)Zln(150Z40.4)=83.7C所需传热面积A并=QZ(K\m并)=3.67M05Z(11683.7)=37.8m2(2)逆流计算：重油：T1180C.120CT2原油：t279.6C—30Ct1△t〔=T1-t2=180-79.6=100.4C;At2=T2-t1=120-30=90C△tm逆=(At1-At2)Zln(At1ZAt2)=(100.4-90)Zln(100.4Z90)=92C所需传热面积A逆=QZ(K△tm逆)=3.67M05Z(11692)=34.4m2解：Q=WcCpc(t2-t1)=KAAtm；TOC\o"1-5"\h\z△tm=(△t1-△t2)Zln(△t1Z△t2)=[(110-45)-(40-20)]Zln[(110-45)Z(40-20)]=38.2CK=WcCpc(t2-t1)Z(AAtm)=(33000Z3600)4200>(45-20)Z(50382)=504WZ(m2C)运行初热量衡算：WhCph(T1-T2)=WcCpc(t2-t1)(1)半年后热量衡算：WhCph(T1-T'2)=WcCpc(t'2-t1)(2)Z(2)有(T1-T2)Z(T1-T'2)=(t2-t1)Z(t'2-t1)(110-40)Z(110-T,2)=(45-20)Z(38-20)解得：T'2=59.6C半年后换热器的平均温差为：△t'm=(At'1-At'2)Zln(△t'1ZAt'2)=[(110-38)-(59.6-20)]Zln[(72)Z(39.6)]=54.1CK'=Q'Z(A△t'm)=WcCpc(t2-t1)Z(A△t'm)=(33000Z3600)4200>(38-20)Z(505钢)=256.2WZ(m2c)1ZK=1Z1+1Z21/K'=1/1+1/2+RTOC\o"1-5"\h\z_.--32.两式相减得R=1/K'-1/K=1/256.2-1/504=1.9210mC/W解：(1)求逆流操作平均温差△tm逆=(△t1-△t2)/ln(△t1/At2)=[(243-162)-(155-128)]/ln[(243-162)/(155-128)]=49C(2)求并流操作时平均温差Ti=243CfT2'=?t1=128Cft2'=?由热量衡算：WhCph(T1-T'2)=KA[(T1-T'2)+(t'2-t1)]/ln[(T1-t1)/(T'2-t'2)](1)又：WhCph(T1-T'2)=WcCpc(t'2-t1)(2)将(t'2-t1)从(2)解出代入(1)式，等式两边消去(Ti-T'2)得到下式：ln[(T1-t1)/(T'2-t'2)]=[KA/(WhCph)][1+WhCph/(WcCpc)](3)对逆流操作，同理可推得下式：ln[(T1-t2)/(T2-t1)]=[KA/(WhCph)][1-WhCph/(WcCpc)](4)(3)/(4)得到：ln[(T1-t1)/(T'2-t'2)]/ln[(T1七)/(丁2七)]=[1+(WhCph)/(WcCpc)]/[1-(WhCph)/(WcCpc)](5)(WhCph)/(WcCpc)=(t2-t1)/(T1-T2)=(162-128)/(243-155)=0.386ln[(T1-t2)/(T2-t1)]=ln[(243-162)/(155-128)]=1.1代入(5),得到：T'2-t'2=9.6C(6)并流工况热衡算：WhCph(T1-T2)=WcCpc(t2'-t1)代入数值得到：t'2+0.386T'2=221.8C(7)(6)、(7)联立求解得：T'2=167C,t'2=157.4C则并流平均温差：△tm并=[(丁1-t1)-(T'2-t'2)]/ln[(T1-t1)/(T'2-t'2)]=[(243-128)-(167-157.4)]/ln(115/9.6)=42.5C解：(1)热负荷Q=WhCph(T1-T2)=(2000/3600)1.84103X(80-40)=4.09104W△t1=80-30=50℃,△t2=40-20=20C△tm=(△t1-At2)/ln(△t1/At2)=(50-20)/ln(50/20)=32.7CK=Q/(A△tm)=4.09104/(2.832.7)=446.7W/(m2：C)Q=WcCpc(t2-t1);Wc=Q/[Cpc(t2-t1)]=4.09104/[4.187103X(30-20)]=0.977kg/s=3517kg/h解：(1)主要仪器：水银温度计，热电偶温度计，流量计。(2)温度：苯蒸汽温度T,[C];水进、出口温度t1,t2,[C];内管内、外表面平均温度,即在内管内侧与外侧分别测若干处的壁温，然后取其平均值twm及Twm,[℃]。流量：水量W1,[kg/h];尺寸：内管内、外直径及有效长度，[m]0(3)计算步骤：Q=WcCpc(t2-ti)[W];Ao=TtdL[m2];Ai=TtdL[m2]&美=Q/[Ao(T-Twm)][W/(m2-C)]；a7K=Q/[Ai(twm-tm)][W/(m2-C)]解：(1)求水与管壁之间对流传热系数tm1=(20+40)/2=30CRe1=du11=0.021X995.7/(80.0710>5)=2.487104>10000__.一3-5Pr1=Cp1岗/1=4.17410X80.0710/0.617=5.42(120>pr>0.7)L/d=3/0.02=150>60流体被加热0=0.023(1/d)Re10.8Pr10.4=0.023^0.617/0.02)3285.1^97=4592W/(m2C)(2)求空气与管壁之间对流传热系数tm2=(20+40)/2=30CRe2=duM2=0.0210X1.165/(1.8610>5)=12527>10000Pr2=Cp2M2=1.005103M.8610-5/0.02675=0.7g=0.023(2/d)Re20.8Pr20.4=0.023^0.02675/0.02)1898)0.867=50.6W/(m2：C)解：(1)求管内水的对流传热系数--3Re=duP/a=0.02X1.2X992.2/(0.65636300>00000Pr=Cp科/入=4.1743谶65610-3/0.634=4.3(120>pr>0.7)L/d=2/0.02=100>60Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.02326300严N4.3)0.4=183.2a=(入/峭0.634/0.02)18*2=5808W/(m2C)(2)求总管数改为50根时管内对流传热系数因为传热面积不变n兀dL=n'兀dLL'=(n/n')L=(60/50)2=2.4m又：n0.785d2u=n'0.785d2u'u'=(n/n')u=(60/50)1.2=K44m/s湍流传热时：a'/a=(U'8u)a'=a(1.44/a2=6763W/(m2•℃)解：新的管内对流传热系数为a/ad1=(u'/u)0.8/(d'i/di)0.2=(di/d'i)2X).8(di/d'i)0.2=(di/d'i)1.8=(20/27)1.8=0.583“=0.5831a解：Re=dup/科=0.077X0.5X850/3261259102300,为层流Pr=Cp^/入=23x26M0-3/0.13=400(6700>pr>0.6),RePrd/L=1259500>0.077/6=6463>10故选用公式：Nu=1.86Re1/3Pr1/3(L/d)1/3(科"4a=1.86(入，£R1/3(L/d)1/3(科^廿4=1.860.13/0.077(1259)1/3(400)1/3(0.077/6)1/3(26/3)0.14=79.2W/(m2：C)为了考虑Gr的影响，计算Gr如下：Gr=gd3p22t/%=9.81^0.077)3(850)2X0.001巾50-40)/[(2610力2]=5.265105>25000校正因数f为：f=0.8(1+0.015Gr1/3)=0.8[1+0.015(5.265105)1/3]=1.769a=79.2X1.769=140W/(m「C)解：(1)求环隙流体的对流传热系数：套管环隙的当量直径为：de=d2-d1=0.045-0.025=0.02mRe=deuP/科=0.0271836/(6.41仅3)=4020,(2300<Re<10000),过渡流Pr=Cp^/入=1.58324)10-3/0.36=26.3过渡流下，可按湍流计算”，然后乘以较正系数f,f=1-6105/(Re)1.8=1-6¥05/(4020)1.8=0.805按湍流计算：a=0.027Re.8Pr0.33(科/w能飞入协=0.027^4020)0.8X(26.3)0.33X(6.4/7.6)0.14X0.36/0.02=1078W/(m2：C)a'=fa=0.80078=868W/(m2：C)2(2)对流传热的热通量：q=Al=868(70-60)=8700W/m解：(此题为流体在弯管道中强制流动的问题，先计算Re断定流型，以便确定计算公式。)四组蛇管并联的横截面积：S=4X(兀/42<=4X0.7850.0382=0.00454m2管内流速：u=V/S=2.7/(36000.00454)=0.165m/s计算Re,判断流型：Re=dup/科=0.038X0.165X1200/(2=342010Re在2300与10000之间，故流型属过渡流，先按湍流计算，再用过渡流校正，然后再用弯管公式校正。tm=(32+8)/2=20CCp=0.94183103=3764.7J/(kgC)；入=0.90.5989=0.539W/(mC)-Pr=Cp科/入=3764.7X2-3/0为30=15.4计算对流传热系数，铜氨液冷却。Nu=0.023Re0.8Pr0.3a=0.023(入/d，/0.3=0.023(0.539/0.038)(3420)0.8(15.4)0.3=497.7W/(m2C)过渡流校正：a'=o-q1¥05/(Re1.8)]=497.7[1-6105/(3420)1.8]=367.7W/(m2C)弯管校正：2a''=a'(1+1.77d/R)=367.7(1+1.77X0.038/0.285)=454:5)W/(m解：A=(兀/4)(d2-d12)=(兀/4)(0.0向0.0382)=9.0810-4m2G=ms/A=2730/(3600知810-4)=835kg/(m2s)de=d2-d1=0.51-0.038=0.013mRe=deG/==0.013835/(0.381仅3)=2.86104,Re0.8=3674Pr=Cp//入=1840X0.383/0.1128=5.46,Pr0.3=1.66a=0.023(入跳e0.8Pr0.3=0.023他128/0.013)3674X1.66=1381W/(m2：C