1、 传热 一、填空题：1. 工业上冷热流体间的传热方式有_、_、_。答案：间壁式 蓄热式 直接混合式2. 热量传递的方式主要有三种: _、_、_。答案：热传导 热对流 热辐射3. 传导传热的傅立叶定律表达式为_，其符号各代表_,_ 和_。 答案：Q/At/,Q/ 表示单位时间传递的热量,表示温度向降低方向传递,A 表示传热面积, 表示导然系数和t/ 表示温度梯度。 4. 影响给热系数 的因素有_。 答案：流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸 5. 由多层等厚度平壁构成的传热壁面, 若某层所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻就越 _,其两侧的温度差越_。答案：小 小6. 定态导热
2、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7. 影响传导传热系数的因素有_。答案：物质种类和组成,物质的内部结构和物理状态、温度、湿度、压强等8. 牛顿冷却定律公式为_, 其符号各代表_、_和_。 答案：QA（Tt w）, Q 表示传热速度、 表示传热系数、A 表示对流传热面积、T 表示热流体主体平均温度和 tw 表示为低温流体壁面温度。9. 在包有二层相同厚度但导热系数不同的保温材料的圆形管道上，应该将_材料放在内层，道理是_，_。 答案：导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度10. 在多层平壁定态导热中，通过各层的传热速率_答案：相等。11. 在流体与固体壁面间发生的对流
3、传热中，热阻主要集中在_。答案：.滞流内层中12. 在热交换过程中，两侧流体的相互流向有_。答案：.并流、逆流、折流、错流13. 多层壁面导热的总热阻等于_。答案：多层热阻之和14. 在列管式换热器中,用饱和蒸汽加热空气，传热管的壁面温度接近_气（或汽）的温度,总传热系数 K 接近_气（或汽）的对流给热系数 . 答案：蒸气 空气15. 强化传热的方法之一是提高 K 值. 要提高 K 值,则应改善对流给热系数_的一侧的传热条件（给热系数小的还是大的）答案：提高给热系数较小一侧的给热系数。16. 厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知 b1 2 3。在稳定传热过程中，各层的热阻 R1_
4、R2_R3;各层导热速率 Q1_Q2_Q3答案：.R 1 Ao此换热器可满足工艺要求19. 为了测定套管式甲苯冷却器的传热系数,测得实验数据如下：冷却器传热面积 A9m 2,甲苯的流量为2000kg/h, 由 80冷却到 40 , 甲苯的平均比热为 1.84 kJ/（kg.K） 。冷却水从 20升高到 30, 两流体呈逆流流动, 求所测得的传热系数 K 为多少? 若水的比热为 4.18 kJ/（kg.K）, 求水的流量。 【解】热负荷 Q h P h（T 1T 2）2000/36001.84 （8040）40.9 t ： 80403020_50 20t （5020）/（50/20）32.7KQ
5、/（At m）40.910 /（732.7 ）178 .m -2.K-1Q C P C（t 2t 1） Q/ P C（t 2t 1）40.9/4.18（3020）0.978 kg.s-13522 kg.h-120. 有一逆流热交换器，将 1.5 kg/s 的苯从 77冷却至 27，苯的平均比热 Cp 为 1.88 kJ/（kg.K） 。冷却水的进、出口温度分别为 25和 47。换热器采用 252.5 mm 的钢管，水在管内，苯在管外，水和苯的传热分系数分别为 1850 w.m-2.K-1 和 21700 w.m-2.K-1。钢的导热系数 49w/（m.K） 。若忽略污垢的热阻，试求冷却水消耗量
6、及管子的总长度。解】 q=CpG(t 2t 1)=117.5 KJ/SW=117.5/4.187(47-25)=1.276 kg.S-1t =(77-47)-(27-25)/ln(30/2)=10.34 1/K=1/ 1+1/ 2+/K=550.7 w.m-2.K-1A=q/K.t =20.635 m2L=A/dm=292.1 m21. 在厚度为 240mm 的砖墙内抹上 10mm 厚的砂浆，砖的导热系数为 0.6W/（m.K）,砂浆的导热系数为0.4W/（m.K） 。若内外表面温度差保持为 30K，求通过单位面积墙面的热流量。【解】此题是通过双层平壁的传热，设传热面积为 1m2，则有：W6.
7、7014.6.023Q21 Abt22. 燃烧炉的壁由一层耐火砖与一层普通砖组成，两层厚度均为 100mm，其导热系数为 1.163W/（mK）及 0.5815 W/（mK） 。当操作达到稳定后，测得炉内外表面的温度为 700和 130。为了减少热损失，在炉壁外表面增加一层导热系数为 0.07 W/（mK）的氧化镁，测得稳定时的内外壁面温度为 740和90，而热损失减少了 2/3。求氧化镁层的厚度。【解】开始是通过双层平壁的导热，设导热面积为 ，其传热 ，为：211QWAbt 09586.0163.7Q21 增加氧化镁，成为三层平面壁的导热，因热损失减少了 2/3，故传热量 为：2Q R=Q
8、312tR83.02931 74 Qt 625.017.6213 RAb=R =0.625 0.07 1=0.044m=44mmA323. 1705 的蒸气管外包扎两层绝热材料，第一层厚 25mm，第二层厚 40mm，两层的导热系数分别为0.08 W/（mK ）和 0.04 W/（mK ） ，蒸气管导热系数为 58.15 W/（mK） 。若管内壁为 300，绝热材料外表面为 50。试求每米管长热损失。 【解】此为三层圆筒壁的稳定热传导，依题意： 0.15mr.,r0.85m,r.,r 4321 ,可用算术平均值求每米管长的平均面积 /2=2 1=0.518m1Am22同理可求：Am =0.61
9、2 m Am =0.816m 232Q = W1486.0612.08551.083321 AbAbt24. 503 的钢管外包扎两层绝热材料，内、外厚度分别为 25mm 和 40mm，导热系数分别为 0.08 W/（mK）及 0.04 W/（m K） 。若内层内表面及外层外表面的温度分别为 275及 57，求每米管长热损失及两绝热层界面之间的温度。 【解】由于是稳定热传导，故每米管长的热损失可用两层绝热材料的传热量计算。已知：r1=0.025m,r2=0.050m,r3=0.090mAm =2 1=0.2355m052Am =2 1=0.4396 m29Q= W5.60439.0235.08
10、721 Abmt设界面温度为 t,则有： 5.623.0875t解出：t=194.7 Co25. 水以 1m/s 的速度在 483.5 的管内流动。水进管的温度为 20，出管温度为 80。求管壁对水的传热分系数。 【解】先求定性温度， Cto50)(21tm水在 50 时的物性数据为：CosPa310549.)/(647.KmW3/1.98mkg)/(174.KkgJcp查 表 ）(.3Pr 103819Re 4du管壁对水的传热分系数为)/(4719)5.3(108.7(04.623.rRe02. 2.0844.08. KmWd 26. 水在套管热交换器的内管流动，流量为 700kg/h,进
11、口温度为 20，出口温度为 50。乙醇在套管环隙流过，进口温度为 78，出口温度为 30。该条件下乙醇的导热系数为 0.15 W/（mK） ，密度为752kg/m3,粘度为 0.6110-3Ns/m 2,平均比热为 2.8kJ/(kgK).若热交换器的内管及外管尺寸分别为202.5 及 302.5，试求水及乙醇的传热分系数。设热损失为零。 【解】先求水的传热分系数水的定性温度 Co35)0(21tm35 时水的物性数据需用内插法计算，以密度计算为例，水在 30 时的密度为 995.7 ，40Co 3/mkg时密度为 992.2 ，故在 35 时密度为：3/kgo3/942.0457.9035
12、mkg同样计算的：)/(1.43KkgJcp sPa317.)/(62.0KW86.4PrswV/096.460734mdu/1.5.41224306.107.9Re )/(5491)86.(12.(5.2.Pre023. 2.0044.8.0 KmWd 求乙醇的传热分系数乙醇的质量流量 w 可由热量衡算求出：c )t-(cw)T-(c12p21phhkgtcTwph /2.65)3078(1.2470)(312 smVc /04.75360.3 24222 107.)()(4 mdDA 外内环 su/36.107.14环流道尺寸需用传热当量直径 de计算 mdDde 01.2.714)(44
13、2 外 外内 438.106.5Ru9.5.82Pr3c )/(16739.)1084.(0.PrRe03. 2.083.08. KmWd 27. 用冷凝器将热流体从 80冷却至 40，热流体流量为 0.54kg/s，平均比热为 1.38 kJ/(kgK)，冷却水温度由 30升至 45。试求冷却器的热负荷及冷却水用量，不计热损失。【解】冷却器的热负荷可由热流体放热量计算：kTcwQphL 8.29)408(3.1540)(12 冷却水用量可由热量衡算计算：=)(12ph )(12tphc hkgsktcTwp /170/45.0)35(8.4.9)(12 28. 苯在套管式冷却器内管内流动，流
14、量为 2000kg/h，温度从 74降至 45。冷却水在套管环隙内逆流流动，温度从 25升至 40。冷却器传热面积为 2m2,该条件下苯的平均比热为 1.82 kJ/(kgK)。试求传热总系数 K。 【解】求传热系数 K,需用传热基本方程 ,传热速率可由热量衡算计算：tmKAQkWtwcQp 3.29)457(1082.360)(312 tm.547ln)()/(54.210392KmWtmAQK29. 石油厂常利用渣油废热来加热原油。若渣油初温为 300，终温为 200；原油初温为 25，终温为175。试分别计算并流和逆流时的平均温度差，并讨论计算结果。【解】两流体作并流流动渣油 203原油
15、 175=275 t =25t2Cttmo10457lnl)(21两流体作逆流流动渣油 03原油 175t =125 t =17524.152t Ctmo150)72(1)(2由计算结果可知，当两流体的进、出口温度是确定值时。逆流流动时的平均温度差比并流大。30. 反映器中有一个冷凝蛇管，内通冷却水。冷却水进、出口温度分别为 280K 及 320K，反应器内液体温度为 360K。若将蛇管长度增加一倍，设传热总系数不变，出口水温将为多少？ 【解】蛇管未加长时，有下列关系：(1)ppp wcwcttmKA40)283(蛇管加长后，设出口水温位 t,则有(2)0()2(ttp（A）/(B)得 84t
16、m(3)tt402)(而 ttt 3608ln23628ln)(Ktm7.532068ln)()30(代入（C）式得： 7.58360ln2tt36.175lt解出 t=340K31. 水以 2m/s 的速度在直径 25mm、长 2.5m 的管内流过。若管壁温度为 320K，水的进、出口温度分别为293K 及 295K，求传热总系数 K。 【解】水的体积流量为 smudV/1082.905.43422 水的传热量为 kW21.8)95(.18.9twcQ4p 296.052.0dLAK732t1 K3t5t226)57(21)t(1m/6.9.08tAQKmkWK32. 换热器由 n 根长为
17、3m 的 252.5 的钢管组成。要求将流量为 1.25kg/s 的苯从 350K 冷凝到300K，290K 的水在在管内与苯逆流流动。已知水侧和苯侧的传热分系数分别为 0.85 和 1.70kW/(m2K),污垢热阻可忽略。若维持水出口温度不超过 320K,试求所需的管数 n。取苯的比热为 1.9 kJ/(kgK)，管壁的导热系数为 45W/（mK） 。 【解】管数 n 可由传热面积 A 计算，而 A 又需由传热速率方程求 kWTwctKQpm 8.1)305(19.25)(31 基于管外表面积的传热总系数为 )/(472.012.70.25085.12212KmkWKAbKtm2.1829
18、035ln)()0(231847. mtKQAm根59302.81dLn33. 350K 的有机物蒸气在 192 的管束外冷凝。管内通水，其流速为 0.6m/s，流量为 5kg/s，进口温度为 290K。若蒸气侧和水侧的传热分系数分别为 1.7 和 3.2 kW/(m2K)，每管需冷凝的有机物蒸气量为0.025 kg/s，求水的出口温度及基于管外经所需的管长。已知有机蒸气的冷凝潜热为 330kJ/kg，水的比热为 4.18 kJ/(kgK)，污垢及管壁热阻可忽略。 【解】先求管束的管数 n,水的体积流量 V 为smWV/05.13所需流道截面积 S 为 28.6.05uvs则管束的管数为 根4
19、715.4322dn总传热量为 kWwrQ5.380.07由热量衡算可求水出口温度 tKt ttcp6.308)290(18.4517)(33Km .56.308529ln).()( )/(1.27.1K221 mkW2397.6150.8tKQAmmdnAL5.2019.47634. 在逆流操作的冷凝器中，用 15的水使绝对压强为 11.9 个大气压、温度为 95的过热氨气冷却并冷凝，氨气的流量为 200kg/h，液氨在 30的冷凝温度下排出。若水出口温度为 26.6，不计热损失，试求冷却水用量及两流体间的平均温度差。已知：该条件下氨气的平均比热为 2.77 kJ/(kgK)，氨气的冷凝潜热
20、为 1144 kJ/kg。【解】可分为冷却和冷凝两段计算，在冷却段，氨气由 95降温至 30，过热氨气放热量为 Q1WtwcQp 10)395(107.236)(3121 在冷凝段，氨气在 30 液化，其放热量为 Q2r64032水吸收热量为 Q=Q +Q =73556W12故冷却水用量 w 为c skgtQpc /52.1)6.2(108.4735两流体间的平均温度差也需分段计算，在冷却段，冷却水升温为 tCcwt op 531故在冷却段和冷凝段交界处水的温度为26.6-1.6=25 Co冷却段的传热平均温度差为： Ct om3.245306.9ln)().2(冷凝段的传热平均温度差为：t
21、om1.92530ln)()1(35. 在一米长的冷却器内用水并流冷却热油。水的进、出口温度分别为 285K 及 310K，油的进、出口温度分别为 420K 及 370K。若加长冷却器使出口油温下降 20K，问冷却器的长度应为多少？设油和水的流量、进口温度及冷却器的其他尺寸保持不变。 【解】先求未加长的情况，由热量衡算： 5.0374281Ttcwphpcp并流时Ktm 5.9231072854ln)()0(冷却器长 1m，故传热面积为 ddLA85.1092TtKncwmphph冷却器加长后，油出口温度降为 350K，由于传热面积增加，故冷却水出口温度增加，设水的出口温度为 t1: Kt Tcwtcphpcph320)35042(.085 Km 8.69320584ln)()(设冷却器长度为 Lm,则 mtdKnTcwLtLmph 86.1.9548.1
