传热与传质复习.docx

1、石工 10 级 8 班复习资料1传热与传质复习考试时间：100 分钟考试题型：判断题（10 题 20 分） 、填空题（ 10 空 20 分） 、简答分析题（1 题 10 分） 、计算题（4 题 50 分）判断填空题：基本概念、小计算简答分析题：基本定义的理解、公式的简单推导、证明、对实际现象的分析计算题：1、稳态导热的计算（平壁、圆筒壁）2、非稳态导热的计算（集总参数分析法，先算 Bi）3、简单的对流换热计算（不试算，注意公式选择，修正项，选对定性温度和定型尺寸）4、热辐射的简单计算（斯蒂芬 波尔兹曼定理，维恩位移定理）5、传热过程的计算（传热系数、热阻计算）6、换热器的热计算（对数平均温差法

2、、有效度传热单元数法）7、单向扩散与等摩尔逆向扩散的通量计算必考5 选2石工 10 级 8 班复习资料2传热与传质模拟题一一、判断题1、等温线一定垂直于绝热边界（）2、在圆筒壁外敷设保温层都可以削弱传热（）3、强迫对流换热系数一般大于自然对流换热系数（）4、温度梯度的方向指向温度降落的方向（）5、集总参数分析法认为温度分布和空间位置无关（）6、无论紊流流动还是层流流动的对流换热过程，热阻主要位于边界层内属于层流流动的部分（）7、单向扩散的 （）ABmy8、在化学反应中一般通量是计算 和 （）AJN9、扩散通量为零的组分称为呆滞组分（）10、在 Sc=1 时普朗特类比可转化为雷诺类比（）二、填空

3、题1、厚度 ，导热系数 为常数的大平壁的单位面积导热热阻是_/ 。2、保温材料是指导热系数小于_0.12 W/(mK)_的材料。3、金属含有较多的杂质，则其导热系数将 减小 。4、在传热学中热量传递的基本方式有三种，分别是 热传导 、 热对流 、 热辐射 ；在传质学中质量传递的两种基本方式是 分子扩散 和 对流扩散 。5、对于许多工程材料，在一定的温度范围内，导热系数可以认为是温度的线性函数，即 =0(1+bt) 。6、导温系数 a 称作 热扩散系数 ，它的单位是 2/ ；导温系数大的材料，物体各部分温度趋于一致性的能力 强 。7、无限长圆筒壁的单位管长导热热阻是21dln8、气体在多孔介质中

4、的扩散主要有 斐克扩散 、 努森扩散 、 表面扩散 。9、温度为 288K，压力为 1bar 时，一氧化碳在氮气中的扩散系数为 1.94510-5 m2/s，则温度为 303K，压力为 2bar 时，一氧化碳在氮气中的扩散系数为 1.0510-5 m2/s 。石工 10 级 8 班复习资料310、一维稳态无化学反应常物性时，通过呆滞组分扩散的浓度分布曲线是 指数曲线 ，等摩尔逆向扩散的浓度分布曲线是 直线 ；一维稳态无内热源常物性时，圆筒壁的温度分布曲线是 对数曲线 。三、简答分析题简述传热学在石油工程中的应用：1、在钻井工业中，随井眼的加深地温升高，无论是钻井液中使用的化学处理剂还是粘土颗粒

5、，其化学性能都将受到不良影响，从而使钻井液失去稳定性，因此，预测深井中的井温分布对钻井液的研制起着指导性作用，对快速、优质、安全钻井有重要意义；同时，井内温度分布对固井水泥浆性能、井壁稳定性、岩石破碎及钻头工作性能都有一定影响。2、对稠油和高凝油的开采，加热降粘或维持温度能有效减小流动阻力，提高采收率；水力压裂的压裂液性能也受温度分布的影响。3、石油运输行业中，依据原油受热粘度降低，可减小管输阻力，降低运输难度和运输成本，为后续工艺要求打下基础。四、计算题1、热处理工艺中，常用银球来测定淬火介质的冷却能力。今有直径为 20mm 的银球，加热到 650 后置于 20的静止水容器中。当银球中心温度

6、均由 650变化到 450时，用热电偶分别测得的降温速率为 180s。在上述温度范围内银的物性参数 10500 kgm 3，c 2.6210 2 ， 。试求银球与水之间的表面传热系数。/()JkgK360/()WmK解：本题表面传热系数未知，即 Bi 数为未知参数，所以无法判断是否满足集总参数法条件。为此，先假定满足集总参数法条件，然后验算。，45023C65023C， 1.()3VRmA1.(8s）由 ，得：=expc（ -） 2 2105.610430ln().ln1.7/()6V WmCA石工 10 级 8 班复习资料4验算 Bi 数： 312.703.290.1.36iVBMA满足集总

7、参数条件，上述分析和计算是合理的。2、采用测定铂丝电阻的方法可间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝d=0.1mm，长 10mm，电阻 0.2 ，通过电流 1.2A，表面温度为 200，空气温度为 20。已知 ，空气物性参数见下表。求气流速度。10.385er.9RPummNT， ,/()WmK2,/msPr20 2.5910-2 15.0610-6 0.703110 3.2710-2 24.2910-6 0.687200 3.9310-2 34.8510-6 0.680解：定性温度 ，特征长度 d=0.1mm1()0C2mwftt查表得 =3.2710-2 ， =24.2910-6 ，P r

8、m=0.687/WKm2/s由换热条件得： 2R=(wfIdLt）即： 2 -3-31.0.0.101-（ 0）解得 2593/()K32.1.5670umdN又因 .385er0.91RPum得 ，而 e57mvd故，6e-3.24.910=.5/svd3、一台逆流套管式换热器在下列条件下运行，传热系数保持不变，冷流体质流量0.125kg/s，定压比热为 4200 ，入口温度 40，出口温度 95。热流体质流量/()JkgK石工 10 级 8 班复习资料50.125kg/s，定压比热为 2100 ，入口温度 210， (1)该换热器最大可能的传热量/()JkgK是多少？(2)若冷、热流体侧的

9、对流换热系数及污垢热阻分别为 2000 W/(m2K)、0.0004 (m2K)/W、 120 W/(m2K)、0.0001(m 2K)/W，且可忽略管壁的导热热阻，试利用对数平均温差法确定该套管式换热器的换热面积；并说明为增强换热，应提高哪个换热系数。解：（1）确定换热器最大可能的传热量： min1Q()0.251(04)625()phct W(2)确定换热器的面积：根据热平衡方程式 确定热流体出口温度，即：1212()()hphcpctt21 0.54(90)1cchhpt Cm对数平均温差： 12(095)(140)9.65lnlnmt换热量： 12Q()0.51(201)6250()h

10、phct W换热系数： 212 7.4/()10.40.2k mKr 换热器的面积为： 265.7()107.49.mQAkt为增强换热，应提高小的换热系数，即 120 W/(m2K)。4、压力为 1atm、温度为 0的氧+ 氮二元扩散系，在扩散路径上相距 2mm 的两点氧气浓度分别为 10%和 20%的容积百分数，已知 0 和 1atm 条件下 。试22O0.18/NDcms分别计算以下两种扩散条件下的氧的通量：石工 10 级 8 班复习资料6（1）氮为呆滞气体；（2）等摩尔逆向扩散。解：（1） 2121, ()()(0.)(1.2)085lnlnlnBAAmyy55 212 321, 0.

11、8() (0.21).47/()()8.34721.ABAAmpDNy molsRTz （2） 55 212 32 0.()(0.1).4/()8.34721ABAApy olsz 传热与传质模拟题二一、判断题1、热传导和热对流都没有能量形式的转化（）2、一般导电性好的金属，导热性也好（）3、毕渥数和努谢尔特数表达式一样，意义和用途也一样（）4、冷热流体进出口温度相同的情况下，逆流的对数平均温差大于顺流（）5、任何情况下，逆流的换热器有效度都大于顺流（）6、在工业高温范围内，辐射主要是可见光（）7、自然界并不存在绝对的黑体、白体和透明体，它们都是理想模型（）8、影响扩散系数的因素主要是温度、压

12、力和系统组分（）9、在传质设备的工程计算中，常用 和 （）Anj10、稳态导热时通过长圆筒壁内的不同半径柱面上的热流密度相等 （）二、填空题1、雷诺类比假设紊流流动是由 层流底层 和 紊流核心 组成的。2、如果温度不仅随其 空间 变化，而且还随 时间 而变化，则该温度场称之为非稳定温度场。石工 10 级 8 班复习资料73、边界层内壁面速度梯度及温度梯度 最大 。4、格拉晓夫准则的数值反映 浮升力 与 粘性力 之比。5、太阳辐射最大单色辐射力对应的波长为 =0.5m，据此可知太阳的表面温度约为_5795.2 K_。6、普朗克定律确定了黑体单色辐射力 Eb 和 波长 与 绝对温度 T 之间的函数

13、关系。7、呆滞组分是指 净通量为零 的组分。8、雷诺类比的结论是 。Mj=HD9、有一 O2（A）与 CO2（ B）的混合物，温度为 294K，压力为 1.519105Pa，已知yA=0.40，v A=0.88 m/s，那么， CA= 24.86 mol/m3 ， = 1.64 kg/ m3 ，n A= B。20.7/()kgms10、已知温度为 288K，压力为 1bar 时， ；那么，温度为 303K，521.940/ABDs压力为 2atm 时， 。ABD521.0/ms三、简答分析题有二维温度场和二维浓度场，其中不存在化学反应和内热源，温度和浓度分布都不随时间变化，各种物性参数视为常数

14、，其中的流动也不存在整体流动，不考虑两个场的相互影响。x=0，温度恒为 tw0，A 组分的浓度为 CA0 ；x=a，绝热， A 组分的净通量为坐标 y 的函数；y=0，有温度为 tf 的流体流过，对流换热系数为 ，传质膜系数为 kc；y=b，恒定热流密度，A 组分无净通量。试写出以上关于温度场和 A 组分浓度场的完整数学描述温度场： 浓度场： 220,(),AAcAcxyaNfykb20,()wftxytaqytbC石工 10 级 8 班复习资料8四、计算题1、一双层玻璃窗，宽 1.1m，高 1.2m，厚 3mm，导热系数为 1.05W/(mK)；中间空气层厚 5mm，设空气隙仅起导热作用，导

15、热系数为 0.026W/(mK)。室内空气温度为 25。表面传热系数为 20W/(m2K)；室外空气温度为-10，表面传热系数为 15 W/(m2K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。解：(1)双层玻璃窗情形，由传热过程计算式： 123()1.2(510)146.8()033.65ffiiAtq W(2)单层玻璃窗情形： 12().12(510)386.().0ffAtq显然，单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的 2.6 倍。因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。2、100W 灯泡的灯丝温度为 2800K，黑度为 0.

16、3。试计算；（1）灯丝所必需的最小面积（2）单色辐射力为最大值时的射线波长解：（1） 得：4bQAT 52484109.610().35672b m（2）由维恩位移定理， max9.3()3、在油冷器中，油的进口温度 th1=130，流量为 0.5 kg/s,比热容为 2220 。冷却水的进口温度 tc1=15，流量 0.3 kg/s，比热容为 4182 。换热面/()JkgC /()JkgC积为 2.4m2，传热系数 。求顺流式和逆流式油冷器的有效度和二流体的230/()kWmC石工 10 级 8 班复习资料9出口温度。解：油和水的热容量各为： 0.5210/()3485hpcmJsC则热容

17、比为： 10.842hpc传热单元数 3.710hpkANTUm（1）逆流式：(1)0.714(.8)122 .0.43 .27015NTUChhcttee则有， 280.9htC又 2112()()chpcphQmtt即 15308.9得到， 28.4ctC（2）顺流式：(1)0.714(.8)12230 0.3915NTUChhcttee则有， 284.htC同样方法求冷却水出口温度： 2()10(384.)ct得， 25.9ct4、地面上的水层温度为 30，厚度为 1mm，该处的摩尔分数 yA1=0.0295，水蒸发到周围空气之间膜厚度为 5mm，该处的摩尔分数为 yA2=0.0032，

18、空气温度为 30，压力为1atm，试计算这些水蒸发到周围静止空气中需要多少时间。解：以 1m2 的地面积为计算单位，石工 10 级 8 班复习资料10被蒸发的水的体积： 3310()VAzm被蒸发的水的质量： 95.7.957Gkg被蒸发的水的摩尔数： 3()18nolM单位时间单位面积上的扩散速率： , 1221,()()ABAz AmpDNyRTz查得2250.643/ABCDcms那么，3223051()0.7(/)ABCTcs2121, .03(1.295)0.84lnlnln.BAmyy 所以， 55 6212321, 10.8() (0.295.03).10/()()8.347.4

19、ABAAmpDNy kmolsRTz 因此，这些水蒸发到周围静止空气中需要的时间为： 6,0.52.()31Aznh传热与传质模拟题三一、判断题1、对流只能发生在流动的流体中（）2、换热系数与导热系数不同，它不是物性参数，而是与流体运动产生的原因，流动的状态，流体有无相变，流体的物性以及壁面的形状位置等许多因素有关（）3、相同温度下，黑体的辐射能力最强（）4、规定边界上的温度称为导热的第二类边界条件（）5、导热系数 越大，对流换热系数 越大； 越大， 越大； 越大， 越大c（）石工 10 级 8 班复习资料116、对于短管和弯管，换热系数通常要比长的直管小些（）7、化学反应中，通常用 （）AJ

20、N和8、等摩尔逆向扩散中， （）B9、舍伍德数的物理意义是表面处浓度梯度与总浓度梯度的比值（）10、分子扩散系数的大小表示了物体导热能力的大小（）二、填空题1、多层平壁传热过程中，为增强传热，应设法提高 小 的那个换热系数。2、温度梯度是一个 向量 ， 正向 朝着温度增加的方向。3、由两种不同材料制成的平壁紧密接触时进行的稳态导热过程，若已知 1=2，(t1-t2)(t2-t3)，则 1 2 成立。4、由于物性随温度变化，在对流换热条件下，流场内各处温度不同，自然各处的物性亦异。因此在计算中是以某一特征温度-定性温度来确定物性的。定性温度的选择有以下三种： 流体平均温度 、 壁面平均温度 、

21、流体与壁面的算术平均值 。5、可见光波长范围是 0.380.76m 。6、黑体最大单色辐射力所对应的波长随温度升高向 波长减短 方向移动.其移动规律由 维恩位移 定律给出。7、基尔霍夫定律确立了物体发射辐射的能力与它的_吸收 辐射的能力之间的关系。按照基尔霍夫定律，对灰体表面恒有_=_ 。8、弯管中，由于 离心力 的作用强化了对流换热，所以弯管修正系数必然 大于 1 。 9、在强迫对流换热中，若流体的流速减小，则对流换热系数将 减小 。10、已知温度为 288K，压力为 1bar 时， ；那么，温度为521.940/ABDms400K，压力为 5atm 时， 。ABD520.641/ms三、简

22、答分析题设 ，边界条件为 x=0 时 t=tw1， 时 t=tw2，试求一维稳态导热无内热源，20()tx厚度为 的平壁内的温度分布和热流密度，并分析平壁内温度分布曲线形状。解：完整的数学描述为：石工 10 级 8 班复习资料1212()0,wdtxt解得：33211wwtxt又 ， 积分：20dttq 2100wtqdxd那么，3021()wt又由 ，则有 2200()dqdttxxx22()dtdtxx故温度分布规律为：在 时为凸曲线， 时为凹曲线t0t四、计算题1、某热输管道内直径 350mm，外直径 400mm，材料导热系数为 ，在35/()WmC外侧包一层厚度为 50mm 的保温材料

23、，其导热系数为 ，若管内表面温度为0.1/()55 ，保温材料外表面与空气的对流换热系数为 ，试求：C 2mC（1） 单位管长的散热量（2） 保温层内表面的温度解：（1）单位管长的散热量为： 132121lnl5400lln3.14.527.(/)wfl tqdWm石工 10 级 8 班复习资料13（2） 12lnwltqd得 22117.40l5ln5.93wt C2、外径为 60mm 的无缝钢管，壁厚 5mm， ，管内有温度为 95的/()Wm热水，流速 25 cm/s。管内表面温度为 80。钢管水平放置于 20的大气中，近壁面处空气作自然对流，试求管外表面温度及钢管外侧与空气的对流换热系

24、数。（95时水的物性参数为： ， 36961.85/,298.10/()f fkgkgs，管内强迫对流无因次准则方程：2rP1.85,6.10/()ff WmC）0.8.3r2PufeffNR解： ，为紊流1 469.85203101fefvd0.8.34.8.3r.2P(.)5.6ufeffR内侧换热系数为2216.10/()ufNWmCd 单位长度换热量为： 11()0.5182(90)429.5/lfwqdt由 21lnltd得管外表面温度为： 2211490.56ln8ln7.9wqdt C而 2()l fqdt则外侧换热系数为 2224290.5394.56/()().6(7)lwf

25、q Wmdt3、某 1-1 型壳管式换热器利用水的余热预热空气，热水以 50 kg/h 的流量流过管内，石工 10 级 8 班复习资料14进口温度 80，出口温度 45。空气在管外从相反方向流过，空气流量为 727.86 kg/h，进口温度为 25。冷热流体的比热为 Cph=4.18 kJ/(kg), Cpc=1.005 kJ/(kg),管内外表面的对流换热系数各为 500W/(m2)和 50W/(m2)，管的内外直径分别为 100mm 和120mm，管子材料的导热系数为 36 W/(m) 。试求所需的换热面积。解： 1250()418(045)2336hphQmCt W又 21()cpct2

26、1203+5=3C7.861ccpttmC2211()()30.lnhhccctt以管外表面为准， 222114/()lkWmCd2.5mQAkt4、有一管道充满了空气和二氧化碳的混合气体，其温度为 300K 总压力为 1atm，一端二氧化碳的分压力 ，另一端二氧化碳的分压力为 ，两端510.6ApPa 520.1ApPa相距 30cm。已知在 1atm，273K 时， ，计算稳态条件下，二氧化碳521.3780/ABDms的分子净摩尔通量。解：3 355221 221 0().78()1.90/7ABTpD s石工 10 级 8 班复习资料1521(0.)(1.6)0.2lnln.BmBppy5 5322211Bm.9() (.61).71/()()y03840.2AAADNp molsRTz