化工原理习题及答案

一、名词解释1、导热若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热传导（导热）。2、对流传热热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中，而且必然伴随有导热现象。3、辐射传热任何物体，只要其绝对温度不为零度（0K）,都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量，同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能，当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时，该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）5、等温面温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。等温面不相交。二、单选择题1、判断下面的说法哪一种是错误的（ ）。 BA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，物体吸收率A与黑度b在数值上相等，因此A与b的物理意义相同；C黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D黑度反映了实际物体接近黑体的程度。TOC\o"1-5"\h\z2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为 。CA传导和对流 B传导和辐射 C对流和辐射3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数 。 CA增大 B减小C只在某范围变大 D沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为。 AA0.85 B0.03 C15、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度耐火砖的黑度。DA大于 B等于C不能确定是否大于 D小于6、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻 。AA成正比 B成反比 C没关系7、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A甲、传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给热系数。A甲乙均对 B甲乙均不对C甲对，乙不对 D乙对，甲不对8、列管换热器管程常用流速范围为：一般液体 ，气体。ACA0.5-3m/s B3-15m/s C5-30m/s9、一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍要达到原来的出口温度t，此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施。AA管内加扰流内件 B提高壳程数10、碳钢的导热率为；不锈钢的导热率为；铜的导热率为，常压常温空气的导热率为；常温水的导热率为。 C,D,B,F,EA151W/(m℃) B370W/(m-r) C45W/(m-r)D16W/(m-r) E0.62W/(m℃) F0.025W/(m-r)11、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时 ABB①传热系数K应 A增大 B减小 C基本不变②空气出口温度 A增大 B减小 C基本不变③壁温 A增大 B略有减小 C基本不变12、一定流量的液体在一①25x2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数a=1000W/(m2.℃)。如流量与物性都不变，改用一①19x2mm的直管，则其a值将变为W/(m2.℃)。DA1059 B1496 C1585 D167813、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R1与第二、三层热阻R2、R3TOC\o"1-5"\h\z的大小。 CACAR1>(R2+R3) BR1<(R2+R3) CR尸(R2+R3) D无法比较14、①在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好 放置；冷却水应走。 ACA水平B垂直C管内D管外②已知某平壁外两层不等厚(b1<b2)保温材料的温度分布曲线如图示，则A层导热率B层的导热率。 CA小于B不能确定是否大于 C大于D等于15、稳定传热是指。 BA传热系统中各点的温度不随位置和时间而变。B传热系统中各点的温度仅随位置变，而不随时间变。C传热系统中各点的温度不随位置变而随时间变。D传热系统中各点的温度随位置和时间而变。16、棉花保温性能好，主要是因为。 CA棉纤维素导热率小；B棉花中含有相当数量的油脂；C棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍；D棉花白色，因而黑度小。17、无相变强制对流a来自。 CA纯经验方法 B纯理论方法 C因次分析与实验结合(半理论、半经验方法)

D数学模型法 E因次分析法TOC\o"1-5"\h\z18、在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对a的影响是 。 BA使a值升高 B使a值大大降低C使a值有一定影响 D对a值无影响19、红砖的黑度为0.93，若温度为300℃，则红砖的发射能力为 W/m2。 BA6112.3W/m2 B5684W/m2 C916,8W/m2 D1000W/m220、换热器中冷热流体进出口温度一定时，下面说法中正确的是 。DA加m并＜加m逆＜加m折 B加m逆=加m并=加m折CMm并＜加m逆=加m折 DAtm并＜加m逆＞Atm折21、对在蒸汽与空气间壁换热过程中，为强化传热下列方案中的 在工程上可行。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。22、在间壁换热器中，当两流体均变温时，采用折流的目的是 。 AA提高K B提高AtmC增加传热面积A D使K和A均增加。23、100℃时铜的导热率为,18℃时钢的导热率近似为,20℃时空气的导热率近似为,20℃水的导热率近似为。 CABDA45W/(m-K) B0.026W/(mK)C377W/(m-K) D0.6W/(mK)24、在相同温度下，实际物体的吸收率A与黑体的吸收率A0的关系是一。 CAA＞A0 BA=A0 CA＜A0 D不一定25、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 。 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。26、一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍要达到原来的出口温度t，此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施。A管内加扰流内件A管内加扰流内件B提高壳程数27、有一列管换热器，由38根①25x2.5mm无缝钢管组成，某有机蒸汽在管外冷凝，管内通冷却水，水流速0.5m/s,相应的Re=104及对流给热膜系数为a。当水流量减为一半时，对流给热膜系数改变Ba')(12)0.8aD不一定Ba')(12)0.8aD不一定Aa'=(12)0-8aC a/〈(1,2)0.8a28、两流体在一套管换热器中换热，热流体温度由90℃降至60℃,冷流体温度由20℃升至50℃。若逆流操作，Atm=。 DA70r B30℃ C10℃ D40℃29、热传递的基本方式是：( )、对流、辐射。 AA传导；B传递；C放射；D流动。30、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TOC\o"1-5"\h\z量传递称为（ ）。 AA热传导；B热传递；C热放射；D热流动。31、流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（ ）。 AA对流；B流动；C传递；D透热。32、物质导热系数的顺序是：（ ）。 AA金属〉一般固体〉液体〉气体；B金属〉液体〉一般固体〉气体；C金属〉气体〉液体〉一般固体； D金属〉液体〉气体〉一般固体。33、吸收率（ ）1的物体称为黑体。 CA大于；B小于；C等于；D近似于。34、（ ）等于1的物体称为白体。 BA吸收率；B反射率；C透过率；D折射率。35、单原子气体和对称双原子气体均可视为（ ）。 DA白体；B灰体；C黑体；D透热体。36、液体是（ ）。 DA白体；B灰体；C透热体；D不透热体。37、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（）。 AA清洗比较方便；B流速较快；C流通面积小；D易于传热。38、在管壳式换热器中，腐蚀性的流体宜走管内，以免（ ），而且管子也便于清洗和检修。AA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。39、在管壳式换热器中，压强高的流体宜走管内，以免（ ），可节省壳程金属消耗量。TOC\o"1-5"\h\zA壳体受压；B流速过快；C流通面积过小；D传热过多。 A40、在管壳式换热器中，饱和蒸气宜走管间，以便于（ ），且蒸气较洁净，它对清洗无要求。AA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。41、在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（ ）。AA泄漏机会较少；B流速很快；C流通面积变小；D传热增多。42、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。 A43、在管壳式换热器中，黏度大的液体或流量较小的流体宜走（），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。 BA管内；B管间；C管径；D管轴。44、对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走（），因壁面温度与壮大的流体温度相近，可以减少热应力。 BA管内；B管间；C管径；D管轴。45、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（ ），使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。 CA黏度；B密度；C速度；D高度。46、有一套管换热器，环隙中有119.6℃的蒸气冷凝，管内的空气从20℃被加热到50℃,管壁温度应接近（ ）。 DA20℃；B50℃；C77.3℃；D119.6℃。47、已知在温度T时耐火砖的发射能力（辐射能力）大于铜的发射能力，则铜的黑度为（），耐火砖的黑度为（ ）。 ABA0.6；B0.9；C1.0；D1.2。48、两灰体间进行辐射换热，两者间的温度差为100℃。若将两灰体的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的传热量相比，将（ ）。 AA增大；B减小；C不变；D不一定。49、判断下面的说法哪一种是错误的（ ）。 BA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，物体吸收率A与黑度b在数值上相等，因此A与b的物理意义相同；C黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D黑度反映了实际物体接近黑体的程度。50、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（）。BA逆流时，Atm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pAt的大小反映了流体流向接近逆流的程度。三、填空题1、对流给热的热阻主要在，此处的最大。滞流内层温差2、热损失是 损失和损失之和。热辐射传热引起的 对流给热引起的3、列管式换热器中，壳程设有折流挡板，当两流体均无相变时，挡板能起强化传热的作用，其原因是；；③。①流速增大，使壳程a增大；流体大部分横穿流过管束，流道短，边界层薄，比顺着管子纵向流动a高；流体在折流挡板间穿行时，流向及流速都在不断变化，增加了扰动，强化了传热。4、水蒸气冷凝时的a比气体无相变时的a大得多，其原因是气体的，而蒸汽冷凝，其凝液的；且只有 才有热阻。导热率小、密度小，整个气体都呈现热阻 导热率和密度都比气体大 很薄的液膜5、在管式间壁换热器中，以外表面为基准的传热系数K的计算式为，与之对应的传热量Q=。6、①已知传热系数K=1250kcaL/（m2-h-r）,在SI制中，K=W/（m2-K）；汽化潜热r=2200kJ/kg,在工程单位制中r=kcaL/kgo②普兰德准数的定义式是 o①1453 525 ②Pr=Cp^-7、在压强恒定的条件下，空气黏度随温度升高而 。增大8、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,导热率％<%<%。在稳定传热过程中，各层的热阻R1—R2—R3,各层导热速率Q1—Q2—Q3。>， >； =， =9、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应，主要原因是 O降低 因水的导热率大于保温材料的导热率,受潮后，水占据一定的孔隙空间，使保温层材料导热率增大，保温效果降低。8、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放，这是因为 O不凝气和冷凝水 不凝气构成附加的气膜传热阻力，而冷凝水的积累减小换热面积。11、①设置隔热挡板是辐射散热的有效方法。挡板材料的黑度愈低，辐射散热量②有一单层平壁如图所示。已知材料的导热率九为常数，从左等温面,至右等温面/2的稳定导热热流量为Q，则平壁内的温度分布表达式为o①减少愈低 ②Q△（（1一t）[ft=11-"九12、某物体（可近似为灰体）在20℃时，其黑度为=0.8,其吸收率为o0.813、浮头式或带膨胀节的换热器适用于与 流体的温差很大的场合。管程壳程14、①根据有无热补偿或补偿方法不同，列管式热器的一般结构型式有、、O②换热器中，热流体由200℃冷却到140℃,冷流体由20℃升高到35℃,热流体的热容量流率较小，则传热效率为O①膨胀节；浮头式；U型管 ②33.3%15、消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加,采用结构或采用式结构。膨胀节 浮头式 U型管16、如图所示，为尽量减少A、B两个温度不同的固体表面间的辐射传热，可以采取的措施是 O在两固体壁面间，平行放置多块黑度较小的遮热板。17、①用冷却水将一定量的热流体由100c冷却到40℃,冷却水初温为15℃,在设计列管式换热器时，采用两种方案比较。方案I是令冷却水终温为30℃,方案H是令冷却水终温为35℃,则用水量W1―W2,所需传热面积A1A2o②如图所示,蒸汽在管束外冷凝，(a)、(b)两种排列方式的其它条件均一样，比较它们的冷凝给热系数的大小aa—— 给热系数的大小aa—— ab，因为①②大于，小于大于，因为冷凝液从上面各排流到下面各排，液膜逐排增厚,沿垂直方向管数愈多，液膜愈厚。18、两流体的间壁换热过程中Q二WC〃Nt计算式中，加表示 T1-T2或12-1119、设备保温层外包一层表面 、颜色 的金属，可使设备的热损失减少。光滑 较浅20、举出五种间壁式换热器20、举出五种间壁式换热器、、、、套管式换热器，列管式换热器，夹套式换热器，板式换热器，螺旋板式换热器，蛇管式换热器，板翅式换热器等任选五种。21、导热率的物理意义是，其SI制的单位为，工程制的单位为。单位温度梯度、单位导热面积上所传导的热量 W/(m-r) 千卡/小时•米・℃22、①定性温度是指。②沸腾传热可分为三个区域，它们是 、和，生产中的沸腾传热过程应维持在 区操作。①确定准数中各物性参数的温度②自然对流区核状沸腾区 膜状沸腾区 核状沸腾23、对多层圆筒壁的热传导，通过各层的传热速率，热通量 ，沿圆筒壁的径向温度分布为线。相等不相等曲线24、①已知导热率；=2.388x10-3Cal/(cms℃),此值在SI制中为W/(mK)。②写出比热Cp的单位，工程制为，SI制为。③物体的辐射传热速率与其绝对温度的次方成正比。①1 ②kCaL/(kg-r),J/(kg-r) ③四25、在传热实验中，用饱和水蒸气加热空气，总传热系数K接近于 侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度。蒸汽冷凝时的对流给热系数a较大。原因是空气饱和水蒸气蒸汽冷凝时释放较大冷凝潜热空气饱和水蒸气蒸汽冷凝时释放较大冷凝潜热26、①估计列管式换热器中金属管壁的温度%w，壳程为0.1MPa的饱和水蒸气冷凝。A管程是平均温度为40℃的空气，tw约为 ；B管程是平均温度为40℃的水，水的对流给热系数为2000W/（m2”C），基于内面积的总传热系数K,=1600W/（（m2-r）），tw约为。后在设计时，欲略为增大一卧式冷凝器的传热面积，从有利于传热角度看，宜采取的措施为，因为。①（1）100℃ （2）88℃②增加管长。 如果采用增加管数的办法,则沿垂直方向管数也增加,冷凝液从上面各排流到下面各排，液膜逐渐增厚,a降低。27、管内湍流传热，流体内温度梯度最大的部分是在，原因是 滞流底层 滞流底层的传热机理是导热，流体的导热率一般比较低。28、在稳态传热中，凡热阻大处其温差也 。滴状冷凝的给热系数膜状冷凝给热系数。大大于29、沸腾传热时，在核状沸腾区壁面与沸腾流体的温差愈大，则a。越大30、对于间壁式换热器：WcC（（t2T1）=WCh（T1-T2）=KAAtm等式成立的条件31、下列各种情况下的对流给热系数空气流速为6m/s时的a1；空气流速为25m/s时的a2；水的流速为1.2m/s时的a3；水的流速为2.5m/s时的aj 蒸汽膜状冷凝时的a5之间的数值按自大而小的顺序为>>>>。32、不需要任何介质的传热称为（ ）传热。辐射TOC\o"1-5"\h\z33、在列管式换热器中，流体在管内流动称为流经（ ）。管程34、列管式换热器中，流体在（ ）流动称为流经壳程。管间35、能以相同的吸收率且部分地吸收由零到8的所有波长范围的辐射能的物体称为（ ）。灰体36、在辐射传热中，气体的反射率为（ ）。037、在辐射传热中，黑体的透过率为（ ）。038、在辐射传热中，灰体的透过率为（ ）。039、灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的（ ）。黑度40、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则传热管的壁温接近（ ）的温度。饱和蒸气

41、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则总传热系数K接近（ ）的对流传热系数。空气TOC\o"1-5"\h\z42、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则空气应走（ ）。管内43、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则饱和蒸气应走（ ）。管间44、判断下列物性数值大小入金属―入液__入气。> >四、判断题（每题四、判断题（每题1分）1、在辐射传热中，黑体的反射率为1。 （x）2、对流传热包括强制湍流传热和强制层流传热。 （x）3、滴状冷凝比膜状冷凝效果好。 （4）4、圆筒壁热传导是传热速率与热通量相等 （x）5、一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为固体〉气体〉液体。（x）6、夏季人们穿深色衣服不会感觉太热。 （x）7、对流传热仅发生在流体中。 （x）8、流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在流动边界层。 （x）9、一套管换热器逆流操作与并流操作一样。 （x）10、虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是透热体。（4）五、问答题1、在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，传热管的壁温接近哪一种流体的温度？为什么？（3分）TOC\o"1-5"\h\zT—Tt—t 1答：壁温接近饱和蒸气的温度。因为彳―=|一，饱和蒸气的ao>>空气的力，则—aAaA iii oo«所以，T—TW«tw-1，传热管的壁温接近饱和蒸气（a大）的温度。o2、为什么内部孔隙多的材料保温效果好？ （3分）因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，对导热不利，从而起到了保温的作用。3、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？ （3分）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。4、在传热实验中，试分析说明饱和水蒸气与管壁间的对流给给热系麴。如何确定的？并指出相应测试的基本参量有哪些？ （4分）答：Q=-Ao（T—t）=WC（12—11）

...aWC(...aWC(t-1)cp2 1(T^-tw)A0即需测参数：空气流量W,；空气进、出口温度（t］、t2）；饱和蒸汽压力，然后查出饱和蒸汽温度Ts；管壁温（tw）5、在蒸汽冷凝时，其冷凝液为层流流动，若要提高蒸汽冷凝的给热系数，可考虑采取哪些措施？（4分）答：措施一：让液膜和蒸汽同向流动，则磨擦力使液膜流动加速，厚度减薄，从而使增大；措施二：若为单根管，将垂直放置改为水平放置。若为管束，则需减小垂直列上的管数，或把管子排列旋转一定的角度；措施三：及时排除不凝气体。6、①作图定性示出沸腾传热系数a随相应的传热温差At（壁面和沸腾液体之间）的变化关系。②列管换热器封头装置隔板的作用是什么？ （4分）答：①如图②隔板将管子分成若干组，构成多程换热器，增大流速，以提高管程a。7、现场有一列管式加热器，管程有cpdx3mm钢管n根,每根长L米,内通水。壳程为压力等于PPa（绝）的饱和水蒸气冷凝。今欲实测此换热器传热系数K,试问需要测取哪些数据?说出所用仪表。根据测得的数据列出计算K值的有关公式及计算方法。 （4分）答：①需要测水的进、出口温度t1和t2,可使用温度计测量;需要的加热蒸汽温度，可使用热电偶测量，需要测水的流量，可使用转子流量计测量。②Q=WE水(t2TJ换热器面积A。二n九d。L平均推动力At-Atm基于外表面的总传热系数K。平均推动力At-Atm基于外表面的总传热系数K。P%Cp水((2T1)

n兀dLxAt五、计算题1、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，测得炉壁的内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40mm,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℃。设两层材料的导热系数不变。计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？ （10分）解：设单位面积炉壁的热损失为q（q=Q/s），加保温层前，是双层平壁的热传导

（4分）q=I二700-130二2240w/m24b b 0.10.1（4分）-1+-2- + 九九 0.90.71 2加保温层后，是三层平壁的热传导t—tt—tbbb不+亡+r1 2 3740-9001~~0n~~004 + + 0.90.70.06二707w/m2（4分）q-q2240-707…E热损失减少的百分数 二 =68.4% （2分）q22402、外径为426mm的蒸气管道，其外包扎一层厚度为426mm的保温层，保温材料的导热系数可取为0.615W/（m.℃）。若蒸汽管道的外表面温度为177℃,保温层的外表面温度为38℃,求每米管长的热损失。（10分）解：由已知r2=0.426/2=0.213m, r3=0.213+0.426=0.639m（5分）每米管长的热损失 Q=2兀九（4―t3）=2177知38）=489w/m（5分）Lrr 00.639TOC\o"1-5"\h\zlne ln—r 0.21323、在一套管换热器中，用水蒸气加热空气，已知空气侧的对流给热系数为40W/（m2”C）,蒸汽冷凝侧的对流给热系数为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，空气湍流） （15分）11111解： 当忽略管壁及污垢热阻时 =一+ = +-Ka1 a2 500040K=39.7W/（m2-r） （4分）由于a1>>a2,故应设法增大a2之值在管程允许的压力降范围内增大空气的流量，设将空气流量提高2.4倍，则，a=2.40.8a=2.40.8x40=80W/（m2-℃）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"Kf=111=-j-1-1=78.7W/（m2.℃） （5分） + +-aa5000801 2K' 78.7K=397=1.98 若将a1增大一倍a1=10000W/（m-℃） （3分）. K'39.8\o"CurrentDocument"K'=39.8W/（m-℃） —=-=1.98 （3分）K39.74、某厂精馏塔顶，采用列管式冷凝器，共有甲25x2.5mm的管子60根，管长为2m,蒸汽走管间,冷却水走管内，水的流速为1m/s。进、出口温度分别为 20℃和60℃,在定性温度下水的物性数据为:p=992.2kg/m3 丸=0.6338W/（m-℃）〃=6.56x10-4Pa.s Pr=4.31①求管内水的对流给热系数②如使总管数减为50根，水量和水的物性视为不变，此时管内水的对流给热系数又为多大？（15分）解:Re=pdu0.02x1x992.26.56x10-4=3.025x解:Re=pdu0.02x1x992.26.56x10-4=3.025x104)10000.6(Pr(160 Ld=%02=100)50(3分)・•.可采用下式计算对流给热系数 Nu=0.023Re0.8Prn流体被加热n=0.4,Nu=158.5a=—xNu=0.6338x158.5=5024w/(m2℃)d0.02(2)当管子根数减少时，流速变大u'=(”n,)u=(605o)x1=1.2m/s(2分)(2分)(4分)(2分)a'=a(u'u)0.8=5024x1.20.8=5813W/(m2•℃)(2分)5、一套管换热器,由cp48x3mm和°25x2.5mm的钢管组成，两种流体在内管和环隙流过，分别测得对流给热系数为a押a之，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p32x2.5mm后，管内对流给热系数有何变化?（假设流动状态皆为湍流）（10分）解：解：原内管外径d1=25mm新内管外径d'=32mm1内径d=25-2.5x2=20mn内径d'=32-2.5x2=27mm2设改用p32x2.5钢管后，内管对流给热系数a：(5分)(5分)TOC\o"1-5"\h\z4Vp、 丁(5分)(5分)a3(——)0.8 3 兀d/A /d d1.8a' 20—二(—)1.8=0.583a 276、一套管换热器用133℃的饱和水蒸汽将管内的氯苯从33℃加热到73℃，氯苯流量为5500Kg/h。现因某种原因，氯苯流量减少到3300Kg/h，但其进出口温度维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少才能满足要求？此时饱和水蒸汽冷凝量为原工况的百分之几？（设两种工况下的蒸汽冷凝热阻，管壁热阻，垢层热阻及热损失均可略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下蒸汽汽化潜热的变化） （15分）WCC-1）=KSAt（1）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"解. CPC2 1 m （3分）\o"CurrentDocument"解：W'C（t-1）=KSAt,（2） （3分）CPC2 1 m3300in匕5500KT'-1(5分)T-t1” 1=1.76T-t2(3分)K.At=0.6(4分)7、重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化可以忽略。解：以下标“表示并流的情况。由传热速率和热量衡算式知：换热器的热损失Q3300in匕5500KT'-1(5分)T-t1” 1=1.76T-t2(3分)K.At=0.6(4分)7、重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃；终温分别为167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化可以忽略。解：以下标“表示并流的情况。由传热速率和热量衡算式知：换热器的热损失Q=KAt=WC(T-T)=WC(t-t)hph1 2cpc2 1(3分)两式相除，得:t，-1 1t-t(a)将和比定律应用于下式，得:At' (T-T)-(t，一t) (T-T)-(tAtm，-12 1(243—167)—(157-128)47所以(T-T)-(t-1) (T-1)-(T-1)122112At2-At1At2-At1(243-128)-(167-157)115in 10=43℃(4分)Atin—2-At

1—A12-A1147inA47——二1.09343At——2At1二e1.093=2.98(3分)=-2.98(T-128)+243（b）由式a得:243-167_157-128243-T 12-128（c）即：12=0.38(243-T2)（c）联立式b和c解得:1212——161.3℃T=155.4℃At-AAt-At

□ At

ln—2At1（243-161.3）-（155.4-128） ——49.701.093（5分）8、一套管式换热器管内流体的对流传热系数a,=20W/（m>℃）,管间流体的对流传热系数a广350W/（m2・℃）。若将管内和管间两种流体的对流传热系数分别提高一倍，总传热系数K分别相应增加多少？（管壁热阻及污垢热阻可忽略不计，管壁厚度按薄壁管处理）（10分）解：原流动情况 =— = +^T=lB2»7m2.℃/WK,工joi.f1』」jj-IJK=18.92W/m2.℃ （2分）t（1）管内对流传热系数增加一倍=j=2%=2x20=40W/m2.℃—=—+—=0.027S57m2.℃/W K=35.9W/m2.℃K4J3^0（35.9-18.92）/18.92=89.75% （4分）（2）管外对流传热系数增加一倍%,=2%=2x350=700W/m2.℃—=—+—=0.051423m2.℃/W K=19.44W/m2.℃K20700（19.44-18.92）/18.92=2.75% （4分）9、在列管式换热器中用水冷却油，水在管内流动。已知管内水侧对流传热系数a,为349W/（m2.℃），管外油侧对流传热系数a为258W/（m2・℃）。换热器在使用一段时间后，管壁面两侧均有污垢形o成，水侧的污垢热阻RS1为0.00026（m2.℃）/W，油侧的污垢热阻气为0.000176（m2.℃）/W。若此换热器可按薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。（10分）求：（1）产生污垢后热阻增加的百分数；（2）总传热系数K。解：（1）产生污垢前的热阻 1 0.0067434925S产生污垢后的热阻 1 0.0067434925S产生污垢后的热阻（m2.℃）/W（4分）（4分（4分）（2分）—=—+Rpi+—=—+0,00026+—+0,000176=0.007177 （m2.℃）/WK、 叫j 349 25g（0.007177-0.00674）/0.00674=6.48%（2）总传热系数K=-!——=13P.33W/（m2.℃）0.007177

10、在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃,油的进、出口温度分别为150c和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,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,求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求。换热器的热损失可忽略。 (15分)解：原平均温度差A11=150-15解：原平均温度差A11=150-15=135℃A12=100-40=60℃At-At 135—60=92.5℃(3分)由热量衡算Q=由热量衡算Q=WCh(T1-T2)=WCcc(12-11)£二二二J0-1L=0.5WCT-T150-100cpc1 2当油的温度降至80℃时，由热量衡算得(4分)WCht'-15 WCht'-15 WC 150-80=0.5(3分)cpc新的平均温度差，Acpc新的平均温度差，At：=150-15=135cAt2=80-50=30c135-30=69.8℃135-30=69.8℃由传热速率方程可分别得hph原换热器Q=WC(150-100)=KSAt=Kn兀dLx92.5hph新换热器Q=WC(150-80)=KSAt'=Kn兀dL'x69.8hph m「7092.5L=——x x1=1.855m5069.8AL=1.855-1=0.855m (5分)11、一单程列管式换热器，由直径为①25x2.5m的钢管束组成。苯在换热器的管内流动，流量为1.25kg/s,由80℃冷却至U30℃,冷却水在管间和苯呈逆流流动，进口水温为20℃,出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为1.70和0.85kW/(m2.℃),污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为1.9kJ/(kg.℃),管壁材料的导热系数为45W/(m.℃)o(10分)解：由总传热速率方程式 Q=KOSOAtm(3分)式中Q=WhCph(T1-T2)=1-25X1-9X103X国-30)=118.8kW(3分)0.025口.□□23乂口口23~~=°472kW/(m2'C)0.0250.S5^0,020.045x0.02251.7kJ=出厂我颜_50)_(3Q_R)In即一儿111kJ=出厂我颜_50)_(3Q_R)In即一儿11130-20（5分）KAt,11S,2 … =13.Sm20.472xlS.2（2分）12、在一传热外表面积S0为300m2的单程列管换热器中，300℃的某气体流过壳方被加热到420℃。另一种560℃的气体作为加热介质。另一种560℃的气体作为加热介质。(kg.℃)。求总传热系数K0。两气体逆流流动，流量均为10000kg/h(10分)平均比热为1.05kJ/解：换热器的传热量二（10000/3600解：换热器的传热量二（10000/3600）X1050X（420-300）=3.5x105W热气体出口温度Q=WCJT-T2）3.5x105=（10000/3600）x1050x（560工）解得T2=440解得T2=440℃（4分）” 、、， jlt-l流体的平均温度差” 、、， jlt-l流体的平均温度差•・•奇:560-420 =1<2440-300国二亚幽二幽=闻℃（3分）£= 号r"w/g℃）（3分）13、某套管换热器内管为娟0x3mm铜管,外管为cp48x3£= 号r"w/g℃）（3分）13、某套管换热器内管为娟0x3mm铜管,外管为cp48x3钢管，长2m,管间通110℃饱和水蒸气加热管内空气，使空气温度由20℃加热至80℃,已知空气流量为50kg/h,周围环境温度为20℃,试求：(1)空气侧对流给热系数；[101.6W/(m2-K)](2)套管裸露时的蒸汽用量(kg/h)。空气比热可取C=1.005kJ/(kg-k)p换热器外侧壳壁对周围空气的对流给热系数：a。=9.4+0.052(t-tw)W/（m2.℃）式中:t --换热器外壳温度,℃ t --周围空气的温度,℃w饱和蒸汽汽化热可取r=2232.4kJ/kg（15分）A=兀dL=兀x0.024x2=0.151m2（3分）80-20臼837.5=54.6℃0151x54.6=101.6W/（m2•K）（2分）（2）t氏T=110℃a=9.4+0.052(t-1)=9.4+0.052义(110—20)=14.1W/(m2.K)蒸汽放热Q"=Q+Q'=382.7+837.5=1220W蒸汽用量Q"1200x3600蒸汽用量Q"1200x36002232.4x103=2kg/h(5分)14、有一单壳程双管程列管换热器，管外用1200C饱和蒸汽加热