1、1传热一、填空1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（ ） ，这是因为（ ） 。2、某物体（可近似为灰体） ，在 20时，其黒度为 =0.8，则其辐射能力的大小为（ ） ，其吸收率为（ ） 。3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（ ） ，原因是（ ） 。4、膜系数 越（ ） ，液体核状沸腾时，t 越大， 越（ ） 。 5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变） ，若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（ ） ，蒸汽侧的对流传热系数（ ） 。6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请
2、列举二个可以导致上述现象的原因：（ ） （ ）7、常见的列管换热器折流板型式有（ ） ， （ ） 。在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（ ） ，缺点是（ ） 。8、随着温度的增加，空气的黏度（ ） ，空气的导热系数（ ） 。9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（ ） ，因为（ ） 。10、角系数取决于换热物体的（ ） ， （ ）和（ ） ，而与（ ）和（ ）无关。11、基尔霍夫定律的表达式为（ ） ，该定律的前提假设条件是（ ） 。12、在空气水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（ ） ，传热壁面的温度接近于（ ）的温度。1
3、3、列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（ ）办法，常用的结构形式有（ ） 。 14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（ ） 。水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（ ） 。15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（ ） ， （ ）和（ ） ，而在工业生产中常在（ ）阶段操作。16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为 60）应走（ ） ，水（入口温度为 90）应走（ ） ，主要是为避免（ ） 。17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则
4、导热量变（ ） ，第二层与第三层的界面温度变（ ） 。18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（ ） ，冷凝传热量（ ） 。19、在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程改为双程，则传热温度差（ ） 。20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（ ） 。21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称（ ） ，（ ） 。22、斯蒂芬波尔茨曼定律的数学表达式为（ ） ，它表示（ ） 。23、327的黑体辐射能力为 27黑体辐射能力的（ ）倍。24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（ ）求之。
5、225、 沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（ ） ，沸腾传热系数越（ ） 。26、黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（ ）倍。27、在列管换热器中使用饱和水蒸汽加热冷空气时，管壁的温度接近（ ）侧温度。二、选择题1、管壁热阻和污垢热阻可忽略，当传热面两侧的对流传热膜系数相差较大时，总传热系数总是接近于（ ） 。热阻大的那侧的传热膜系数 B 热阻小的那侧的传热膜系数 C 上述两者的平均值 D 不一定 2、在两灰体进行辐射传热，两灰体的温度相差 50。现因某种原因，两者的温度差升高到 100，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该（ ） 。增大 B 变小 C 不变 D 不确定3
6、、为减少室外设备的热损失，拟在保温层外包一层金属皮，则选择金属皮时应优先考虑的因素是选用的材料（ ） 。颜色较深 B 表面粗糟 C 颜色较浅 D 表面光滑4、推导过滤方程式的一个最基本的依据是（ ） 。滤液通过滤饼时呈湍流流动假定滤饼大小均一 滤液通过滤饼时呈层流流动假定过滤介质的阻力可忽略不计。5、某一套管换热器，由管间的饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽的温度为 100，空气进口温度为20，出口温度为 80，问此套管换热器内管壁温度应是（ ） 。接近空气温度 接近饱和蒸汽和空气的平均温度接近饱和蒸汽温度三、计算题：1、某一逆流操作套管换热器，冷却水进口温度 t1=30，出口温度 t2=84；
7、热流体进口温度 T1=180, 出口温度 T2=120.若改为并流操作，其它条件均不变，两流体的出口温度分别为多少?（设平均温度差可用算术平均值） 。 2、一套管换热器用 133的饱和水蒸汽将管内的氯苯从 33加热至 73，氯苯流量为 5500kg/h，现因某种原因，氯苯流量减少到 3300 kg/h，但其进出口温度欲维持不变，试问此时饱和蒸汽温度应为多少，才能满足要求? 此时饱和蒸汽的冷凝量为原工况的百分之几?（设在两工况下蒸汽冷凝热阻、管壁热阻、垢层热阻及热损失均可忽略，且氯苯在管内作湍流流动，忽略两工况下饱和蒸汽汽化潜热的变化） 。3、在套管换热器中，冷流体以 500kg/h 流过 23
8、2mm 的管内，冷流体的比热为 1k J/kg，进出口温度为 20和 80，管壁的导热系数为 45w/m，加热介质走管外，温度由 150降为 90,已知管内传热膜系数为 1=700w/m2，总传热系数 K0(基于管外表面积)为 300w/m，热损失可以忽略不计。求：管外对流传热膜系数 0；逆流传热所需管长；如果加热介质换为 140的饱和蒸汽，冷凝为饱和液体，蒸汽冷凝传热膜系数0=8000 w/m2，其它条件不变，所需管长；D、换热器使用一年后，发现冷流体的出口温度达不到 80，请说明原因。4、在一单程的列管换热器中，壳程通入 100的饱和水蒸汽，将管内湍流的空气从 10加热至 60，饱和蒸汽冷
9、凝成同温度下的水。若空气流量和空气的进口温度不变，仅将原换热器改成双管程。试求：A、空气的出口温度 t2B、空气冷凝量有何变化? （忽略管壁热阻及换热器的热损失）3例 4-1 某平壁厚度为 0.37m，内表面温度 t1 为 1650，外表面温度 t2 为 300，平壁材料导热系数 （式中 t 的单位为 ， 的单位为 W/(m)）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度为：平壁材料的平均导热系数为：由式可求得导热热通量为：设壁厚 x 处的温度为 t，则由式可得：故上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁
10、距离 x 和等温表面的温度呈直线关系。（2）导热系数按变量计算 由式得：或4积分得 （a）当 时， ，代入式 a，可得：整理上式得：解得：上式即为当 随 t 呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。例 4-2 燃烧炉的平壁由三种材料构成。最内层为耐火砖，厚度为 150mm，中间层为绝热转，厚度为 290mm，最外层为普通砖，厚度为 228mm。已知炉内、外壁表面分别为 1016和34，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。假设各层接触良好。解：在求解本题
11、时，需知道各层材料的导热系数 ，但 值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到 值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。若计算结果与所设的温度不符，则要重新试算。一般经 5 几次试算后，可得合理的估算值。下面列出经几次试算后的结果。耐火砖5绝热砖普通砖设 t2 耐火砖和绝热砖间界面温度，t 3 绝热砖和普通砖间界面温度。，由式可知：再由式得：所以所以各层的温度差和热阻的数值如本列附表所示。由表可见
12、，各层的热阻愈大，温度差也愈大。导热中温度差和热阻是成正比的。例 4-2 附表材料 温度差 热阻 6耐火砖 59.5 0.1429绝热转 805.1 1.933普通砖 117.4 0.2815例 4-3 在外径为 140 mm 的蒸气管道外包扎保温材料，一减少热损失。蒸气管外壁温度 为390，保温层外表温度不大于 40。保温材料的 (t 的单位为。 的单位为 W/（m）)。若要求每米管长的热损失 Q/L 不大于 450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：， ，先求保温层在平均温度下的导热系数，即：（1） 保温层厚度 将式改写为：得 r3=0.141m
13、故保温层厚度为：（2）保温层中温度的分布 设保温层半径 r 处，温度为 t，代入式可得：7解上式并整理得：计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。例 4-4 某列管换热器由 25 2。5mm 的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆气流流动。已知管内侧空气的 i为 50W/（m 2）, 管外水侧的 0 为1000W/（m 2），钢的 为 45 W/（m 2）。试求基于管外表面积的总传热系数 K。及按平壁计的总传热系数。解：参考附录二十二。取空气侧的污垢热阻 ，水侧的污垢热阻。由式知：所以若按平壁计算，由式知：由以上计算结果表明，在该题条件下，由于管径较
14、小，若按平壁计算 K，误差稍大，即为：8例 4-5 在上例中，若管壁热阻和污垢热阻可忽略，为了提高总传热系数，在其他条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：（1）将 i 提高一倍；（2）将 0 提高 一倍。试分别计算 K0 值。解：（1）将 i 提高一倍所以（2） 将 o 提高一倍所以计算结果表明，K 值总是接近热阻大的流体侧的 值，因此欲提高 K 值，必须对影响 K 值的各项进行分析，如在本题条件下，应提高 空气侧的 ，才有效果。例 4-6 在一单壳程、四管程换热器中，用水冷却热油。用冷水管内流动，进口温度为 15，出口温度为 32。热油在壳方流动，进口温度为 120，出口温度
15、为 40。热油的流量为9.25kg/s,平均比热为 1.9kJ/（kg.）。若换热器的总传热系数为 470 W/（m 2），试求换热器的传热面积。解：换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即：换热器的传热量为：1-4 型列管换热器的对数平均温度差，先按逆流计算，即：温度差校正系数为：由图查得：所以故例 4-7 在传热外表面积 S0 为 300m2 的单程列管换热器中，300的某种气体流过壳方并被加热到 430 。另一种 560的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为 1104kg/h,平均比热均为 1.05kJ/(kg.)。试求总传热系数。假设换热器的热损失为壳方气体传热量的 10%。解
16、：对给定的换热器，其总传热系数可由总传热速率求得，即：10换热器的传热量为：热气体的出口温度由热量衡算求得，即：或 解得流体的对数平均温度差为：因所以故由本例计算结果可以看出，两气体间传热的总传热系数是很低的。例 4-8 在一传热面积为 15.8 的 m2 的逆流套管换热器中，用油加热冷水。油的流量为2.85kg/s、11进口温度为 110；水的流量为 0.667 kg/s、进口温度为 35。油和水的平均比热分别为 1.9及 4.18kJ/(kg.)。换热器的 ZO 总传热系数为 320W/（m 2）。试求水的出口温度及传热量。解：本题用 -NTU 法计算故水（冷流体）为最小值流体。查图得 =
17、0.73因冷流体为最小值流体，故由传热效率定义式得：解得水的出口温度为：换热器的传热量为：12例 4-9 在逆流操作的列管换热器中，热气体将 2.5kg/s 的水从 35加热到 85。热气体的温度由 200 降到 93。水在管内流动。已知总传热系数为 180W/(m2)，水和气体的比热分别为 4.18 和 1.09kJ/(kg)。若将水的流量减少一半，气体流量和两流体的进口温度不变，试求因水流量减少一半而使传热量减少的百分数。假设流体的物性不变，热损失可忽略不计。解：此题用 -NTU 法计算。（1）由原水流量求换热器的传热面积其中所以13（2）水流量减小后传热量的变化故热气体为最小值流体。因水
18、的对流传热系数较气体的为大，故水流量减小后对总传热系数的影响不大，两种情况下 K 视为相同。查图可得：因热流体为最小值流体，由热效率定义式知：此时传热量为：则因水流量减少一半而使传热量减少百分数为：14例 4-10 在 200kPa、20下，流量为 60m3/h 的空气进入套管换热器的内管，并被加热到80，内管的直径为 573.5mm,长度为 3m。试求管壁对空气的对流传热系数。解：于附录查得 50下空气的物理性质如下：， ，空气在进口处的速度为：空气在进口处的密度为：空气的质量流速为：15所以 （湍流）又因故 Re 和 Pr 值均在式 的应用范围内，可用该式求算 o 且气体被加热，取 n=0
19、.4，则：计算结果表明，一般气体的对流传热系数都比较低。例 4-11 -5的冷冻盐水（25%CaCl 2 溶液）以 0.3m/s 的流速流经一套管换热器的内管，已知内管的内径为 21mm、长度为 3.0m。假设管壁平均温度为 65，试求盐水的出口温度。解：假设盐水的平均温度为 5，从附录查得 25%CaCl2 溶液在 5下物性如下：， ，判别流型，即：（滞流）16而在本题的条件下，管径较小，流体的粘度较大，自然对流影响可忽略，故 可用下式进行计算，即：盐水的出口温度由下式求得：即解得原假设的盐水平均温度与计算结果比较接近，不再重复试算。例 4-12 在预热器内将压强为 101.3kPa 的空气
20、从 10加热到 50。预热器由一束长为1.5m、直径为 891.5mm 的错列直立钢管组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15 排，每排管子数目相同。空气通过管间最狭处的流速为 8m/s。试求管壁对空气的平均对流传热系数。17解：于附录查得空气在 30时的物性如下：， 所以空气流过 10 排错列管束的平均对流传热系数可由下式求得：空气流过 15 排管束时，由表查得系数为 1.02，则：表 式 的修正系数排数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 18 25 35 75错列 0.480.750.830.890.920.950.970.980.991.0 1.011.021.0
21、31.041.051.06直列 0.640.800.830.900.920.940.960.980.991.018例 4-13 在一室温为 20的大房间中，安有直径为 0.1m、水平部分长度为 10m、垂直部分高度为 1.0m 之蒸汽管道，若管道外壁平均温度为 120，试求该管道因自然对流的散热量。解：大空间自然对流的 可由式 计算，即：，该温度下空气的有关物性由附录查得：，（1）水平管道的散热量 Q1其中所以19由表查得： ，所以表 式 中的 c 和 n 值加热表面形状特征尺寸 （GrPr）范围c n10410 9 0.53 1/4水平圆管 外径 do10910 12 0.13 1/3104
22、10 9 0.59 1/4垂直管或板 高度 L10910 12 0.10 1/3（2）垂直管道的散热量由表查得： ，所以20蒸汽管道总散热量为：例 4-14 饱和温度为 100的水蒸气，在外径为 0.04m、长度为 2m 的单根直立圆管外表面上冷凝。管外壁温度为 9。试求每小时的蒸气冷凝量。又若管子水平放置，蒸气冷凝量为多少？解：由附录查得在 100下饱和水蒸气的冷凝潜热约为 2258kJ/kg。由附录查得在 97下水的物性为：， ，（1）单根圆管垂直放置时 先假定冷凝液膜呈滞流，由式知：由对流传热速率方程计算传热速率，即：故 蒸气冷凝量为：核算流型：21（滞流）（2）管子水平放置时 若管子水
23、平放置时，由式知：故所以核算流型：（滞流）例 4-15 甲苯在卧式再沸器的管间沸腾。再沸器规格：传热面积 So 为 50.7m2；管束内径为0.35m，由直径为 192mm、长为 5m 的管子所组成。操作条件为：再沸器的传热速率为 9.20105W；压强为 200kPa（绝压）。已知操作压强下甲苯沸点为 135、气化潜热为 347kJ/kg。甲苯的临界压强为 4218.3kPa。试求甲苯的沸腾传热系数。解：甲苯沸腾传热系数可由下式计算，即：其中22又所以校核临界热负荷 qc：即且（在 0.010.9 范围内）例 4-16 在列管换热器中，两流体进行换热。若已知管内、外流体的平均温度分别为 17
24、0和 135；管内、外流体的对流传热系数分别为 12000W/(m2)及 1100 W/(m2)，管内、外侧污垢热阻分别为 0.0002 及 0.0005 m2/W。试估算管壁平均温度。假设管壁热传导热阻可忽略。解：管壁的平均温度可由下式计算，即： 23或解得：计算结果表明，管壁温度接近于热阻小的那一侧流体的流体温度。例 4-17 车间内有一高和宽各为 3m 的铸铁炉门，其温度为 227，室内温度为 27。为减少热损失，在炉门前 50mm 处放置一块尺寸和炉门相同的而黑度为 0.11 的铝板，试求放置铝板前、后因辐射而损失的热量。解：（1）放置铝板前因辐射损失的热量 由下式知：取铸铁的黑度本题
25、属于很大物体 2 包住物体 1 的情况，故所以24（2）放置铝板后因辐射损失的热量 以下标 1、2 和 I 分别表示炉门、房间和铝板。假定铝板的温度为 TiK，则铝板向房间辐射的热量为：式中所以（a）炉门对铝板的辐射传热可视为两无限大平板之间的传热，故放置铝板后因辐射损失的热量为：式中 ，所以25（b）当传热达到稳定时，即解得将 Ti 值代入式 b，得：放置铝板后因辐射的热损失减少百分率为：由以上计算结果可见，设置隔热挡板是减少辐射散热的有效方法，而且挡板材料的黑度愈低，挡板的层数愈多，则热损失愈少。例 4-18 平壁设备外表面上包扎有保温层，设备内流体平均温度为 154，保温层外表面温度为
26、40，保温材料的导热系数为 0.098W/(m)，设备周围环境温度为 20。试求保温层厚度。假设传热总热阻集中在保温层内，其它热阻可忽略。解：由下式知，平壁保温层外辐射-对流联合传热系数为：单位平壁面积的散热量为：26因传热总热阻集中在保温层内，则：所以保温层厚度为：例 4-19 105的 400kg 甲苯盛在安装有蛇管的容器内。蛇管的外表面积为 3.2m2，管内通有 13的冷水。基于管外表面结的总传热系数为 225 W/(m)。经过若干时间测得甲苯被冷却到 25，而相应的水出口温度为 18。操作过程中甲苯和水的平均比热分别为1.8kJ/(kg )和 4.19 kJ/(kg)。试求水的流量 W2 和冷却时间 。假设换热器的热损失可以忽略。解：（1）水的流量 W2 冷却过程结束瞬间的热衡算及传热速率方程为：整理上式得：（2）冷却时间 设定某 时刻，甲苯温度为 T，水的出口温度为 t，经 d 后，甲苯温度变化 dT，则 d 时间内的热衡算式为：整理上式得：27（a）积分上式即可求出时间 ，但需要找出某瞬间 T 和 t 的关系。列任一瞬间的热衡算及传热速率方程，得：故或整理上式，得：（b ）将式 b 代入式 a，并积分得：
