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传热
一、 填空题:
1、工业上冷热流体间得传热方式有_______、_______、______。
答案:间壁式 蓄热式 直接混合式
2、热量传递得方式主要有三种: ______、________、_______。
答案:热传导 热对流 热辐射
3传导传热得傅立叶定律表达式为____,其符号各代表_______,_____与______。
答案:ｄQ/ｄτ＝－λAｄt/ｄδ,ｄQ/ｄτ表示单位时间传递得热量,－表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,λ表示导然系数与ｄt/ｄδ表示温度梯度。
4、 影响给热系数α得因素有_______
答案:流体种类、流体性质、流体流动状态与传热壁面得几何尺寸
5、 由多层等厚度平壁构成得传热壁面, 若某层所用材料得导热系数越大,则该壁面得热阻就越 _______,其两侧得温度差越______。
答案:小 小
6、 定态导热就是指______不随时间而改变。
答案:传热系统中各点得温度仅随位置变
7、 影响传导传热系数得因素有__________。
答案:物质种类与组成,物质得内部结构与物理状态、温度、湿度、压强等
8、牛顿冷却定律公式为_____, 其符号各代表______、_____与______。
答案:Q＝αA(T－tw), Q表示传热速度、α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与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得保温材料得圆形管道上,应该将____材料放在内层,道理就是______,_____。
答案:导热系数小得 减少热损失 降低壁面温度
10、在多层平壁定态导热中,通过各层得传热速率____________
答案:相等。
11、 在流体与固体壁面间发生得对流传热中,热阻主要集中在_________。
答案:滞流内层中
12、在热交换过程中,两侧流体得相互流向有________。
答案:并流、逆流、折流、错流
13、多层壁面导热得总热阻等于__
答案:多层热阻之与
14、 在列管式换热器中,用饱与蒸汽加热空气,传热管得壁面温度接近_______气(或汽)得温度,总传热系数K接近______气(或汽)得对流给热系数、
答案:蒸气 空气
15、 强化传热得方法之一就是提高K值、 要提高K值,则应改善对流给热系数______得一侧得传热条件(给热系数小得还就是大得)
答案:提高给热系数较小一侧得给热系数。
16、 厚度不同得三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知 b1λ2>λ3。在
稳定传热过程中,各层得热阻R1______R2______R3;各层导热速率Q1__Q2___Q3
答案:、R1 外
20、将列管换热器得管程设计成多程就是为了_______;在壳程设置折流挡板就是为了______。
答案:提高管程α值 提高壳程α值
21、热交换器按结构分为两大类,
1、_________,如__________;2、_________,如__________。
答案:管式换热器, 列管式、套管式、蛇管式、翅片式;板式换热器,平板式、螺旋式、板翅式。
22、 在温度小于180℃得条件下,______就是最适宜得加热剂;而当温度不很低时,_______就是最适宜得冷却剂。
答案:饱与水蒸气,水
23、 当换热器使用过久,污垢层越积越厚,会使热流量值显著______
答案:下降
24、传热可分为________传热与_______传热(从温度角度考虑)。
答案:变温 恒温
25、 当各项热阻具有不同得数量级时,总热阻得数值将由其中得最____(大或小)热阻所决定。
答案:大
26、 间壁式换热就是一种______--______--______(对流、传导、辐射)得串联复合传热方式。
答案:对流 传导 对流
27、流体无相变得传热有______对流传热与_______对流传热两种形式、
答案:自然 强制
28、无相变得对流给热系数得经验关联式在处理强制对流时,______可以忽略、(G, Re或Pr)
答案: Gr

29、无相变得对流给热系数得经验关联式在处理自然对流时,_____可以忽略、(G, Re或Pr)
答案:Re
30、在等温面上,温度处处相等,故沿等温面______热量传递(有或无)、
答案:无
31、温度随距离得变化率以沿与等温面垂直得方向为最_____(大或小)
答案:大
32、沸腾给热与冷凝给热属于________传热。
答案:对流
33、当流量一定时,管程或壳程越多,给热系数越_____,对传热过程___ 利。
答案:大 有
34傅立叶定律中得负号表示___________,比例系数λ就是物质得_____________
答案:热流方向与温度梯度方向相反;导热系数
45、 发生相变化得给热过程可分为_____________给热与___________给热、
答案:蒸汽冷凝 液体沸腾
二、选择题
1、下列不能提高对流传热膜系数得就是( )。
A、利用多管程结构;B、增大管径;
C、在壳程内装折流挡板;D、冷凝时在管壁上开一些纵槽。
2、用潜热法计算流体间得传热量()。
A、仅适用于相态不变而温度变化得情况;B、仅适用于温度不变而相态变化得情况;
C、仅适用于既有相变化,又有温度变化得情况;D、以上均错。
3.用水蒸气在列管换热器中加热某盐溶液,水蒸气走壳程。为强化传热,下列措施中最为
经济有效得就是()。
A、增大换热器尺寸以增大传热面积;B、在壳程设置折流挡板;
C、改单管程为双管程;D、减少传热壁面厚度。
4.可在器内设置搅拌器得就是()换热器。
A、套管;B、釜式;C、夹套;D、热管。
5.列管换热器中下列流体宜走壳程得就是()。
A、不洁净或易结垢得流体;B、腐蚀性得流体;C、压力高得流体;D、被冷却得流体。
6.导热系数得单位为()。
A、W/(m℃);B、W/(m2℃);C、W/(kg℃);D、W/(S℃)。
7.多层串联平壁稳定导热,各层平壁得导热速率()。
A、不相等;B、不能确定;C、相等;D、下降。
8.夏天电风扇之所以能解热就是因为()。
A、它降低了环境温度; B、产生强制对流带走了人体表面得热量;
C、增强了自然对流; D、产生了导热。
9.有一种30℃流体需加热到80℃,下列三种热流体得热量都能满足要求,应选()有利于节能。
A、400℃得蒸汽;B、300℃得蒸汽;C、200℃得蒸汽;D、150℃得热流体。
10.在管壳式换热器中,用饱与蒸气冷凝以加热空气,下面两项判断为()。
甲:传热管壁温度接近加热蒸气温度。乙:总传热系数接近于空气侧得对流传热系数。
A、甲、乙均合理;B、甲、乙均不合理;C、甲合理、乙不合理;D、甲不合理、乙合理
11.在稳定变温传热中,流体得流向选择()时,传热平均温差最大。
A、并流;B、逆流;C错流;D、折流。
12.工业生产中,沸腾传热应设法保持在()。
A、自然对流区;B、核状沸腾区;C、膜状沸腾区;D、过渡区。
13.下列哪一种不属于列管式换热器()。
A、U型管式;B、浮头式;C、螺旋板式;D、固定管板式。
14.下列不属于强化传热得方法得就是()。
A、加大传热面积;B、加大传热温度差;C、加大流速;D、加装保温层。
15.空气、水、金属固体得导热系数分别为λ1、λ2、λ3,其大小顺序正确得就是()。
A、λ1>λ2>λ3;B、λ1<λ2<λ3;C、λ2>λ3>λ1;D、λ2<λ3<λ1。
16.翅片管换热器得翅片应安装在()。
A、α小得一侧;B、α大得一侧;C、管内;D、管外。
17.工业采用翅片状得暖气管代替圆钢管,其目得就是()。
A、增加热阻,减少热量损失;B、节约钢材;
C、增强美观;D、增加传热面积,提高传热效果。
18.在稳定变温传热中,流体得流向选择()时传热平均温度差最大。
A、并流;B、逆流;C、错流;D、折流
19.用饱与水蒸汽加热空气时,传热管得壁温接近()。
A、蒸汽得温度;B、空气得出口温度;C、空气进、出口平均温度;D、无法确定
20.冷、热流体在换热器中进行无相变逆流传热,换热器用久后形成污垢层,在同样得操作条件下,与无垢层相比,结垢后得换热器得K()。
A、变大;B、变小;C、不变;D、不确定
21.用120℃得饱与蒸汽加热原油,换热后蒸汽冷凝成同温度得冷凝水,此时两流体得平均
温度差之间得关系为(△tm)并流( )(△tm)逆流。
A、小于;B、大于;C、等于;D、不定
22.为减少园形管导热损失,采用包覆三种保温材料a、b、c,若三层保温材料厚度相同,导热系数λa>λb>λc,则包覆得得顺序从内到外依次为( )。
A、a、b、c;B、b、a、c;C、c、a、b;D、c 、b、a。
23.物质导热系数得顺序就是( )。
A、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。
24.下列四种不同得对流给热过程:空气自然对流α1,空气强制对流α2(流速为3m/s),水强制对流α3(流速为3 m/s),水蒸汽冷凝α4。α值得大小关系为()。
A、α3>α4>α1>α2;B、α4>α3>α2>α1;C、α4>α2>α1>α3;D、α3>α2>α1>α4
25.对流给热热阻主要集中在( )。
A、虚拟膜层;B、缓冲层;C、湍流主体;D、层流内层。
26.在套管换热器中,用热流体加热冷流体。操作条件不变,经过一段时间后管壁结垢,则
K( )。
A、变大;B、不变;C、变小;D、不确定。
27.两种流体得对流传热膜系数分别为α1与α2,当α1<<α2时,欲提高传热系数,关键在
于提高()得值才有明显得效果。
A、α1;B、α2;C、α1与α2;D、与两者无关。
28.在同一换热器中,当冷热流体得进出口温度一定时,平均温度差最大得流向安排就是()。
A、折流;B、错流;C、并流;D、逆流。
29.管壳式换热器启动时,首先通入得流体就是()。
A、热流体;B、冷流体;C、最接近环境温度得流体;D、任意。
30.换热器中冷物料出口温度升高,可能引起得有原因多个,除了()。
A、冷物料流量下降;B、热物料流量下降;
C、热物料进口温度升高;D、冷物料进口温度升高
31.用120℃得饱与水蒸汽加热常温空气。蒸汽得冷凝膜系数约为2000W/(m2K)空气得膜系数约为60W/(m2 K),其过程得传热系数K及传热面壁温接近于()。
A、2000W/(m2K),120℃;B、2000W/(m2K),40℃;
C、60W/(m2K),120℃;D、60W/(m2K),40℃。
32.在一单程列管换热器中,用100℃得热水加热一种易生垢得有机液体,这种液体超过80℃
时易分解。试确定有机液体得通入空间及流向()。
A、走管程,并流;B、走壳程,并流;C、走管程,逆流;D、走壳程,逆流。
33.选用换热器时,在管壁与壳壁温度相差多少度时考虑需要进行热补偿()。
A、20℃;B、50℃;C、80℃;D、100℃。
34.为了减少室外设备得热损失,保温层外包得一层金属皮应采用()。
A、表面光滑,色泽较浅;B、表面粗糙,色泽较深;
C、表面粗糙,色泽较浅;D、以上都不就是。
35.为了在某固定空间造成充分得自然对流,有下面两种说法:
①加热器应置于该空间得上部;②冷凝器应置于该空间得下部。正确得结论应该就是()。
A、这两种说法都对;B、这两种说法都不对;
C、第一种说法对,第二种说法不对;D、第一种说法不对,第二种说法对。
36.利用水在逆流操作得套管换热器中冷却某物料。要求热流体得进出口温度及流量不变。
今因冷却水进口温度升高,为保证完成生产任务,提高冷却水得流量,其结果使Δtm ( )。
A、 增大;B、下降;C、不变;D、不确定。
37、 有一套管换热器,环隙中有119、6℃得蒸气冷凝,管内得空气从20℃被加热到50℃,管壁温度应接近( )。
A、20℃;B、50℃;C、77、3℃;D、119、6℃。
38、工业生产中,沸腾传热应设法保持在()。
A、自然对流区;B、核状沸腾区;C、膜状沸腾区;D、过渡区
39、水在无相变时在圆形管内强制湍流,对流传热系数ai为1000W/(m2、℃)若将水得流量增加1倍,而其她条件不变,则ai为()。
A、2000;B、1741;C、不变;D、500。
40、对间壁两侧流体一侧恒温、另一侧变温得传热过程,逆流与并流时:△tm得大小为)。
A、 △tm逆>△tm并;B、△tm逆<△tm并;C、△tm逆=△tm并;D、不确定。
三、判断题:
1、 导热系数与给热系数都就是物性常数之一。( )x　
2、 金属与非金属得导热系数都随温度升高而减少。( ) x　
3、 定态得圆筒壁传热,热通量为常数。( ) x　
4、 导热系数就是物质得一种物理属性,对流传热系数也就是物质得一种物理属性。( )x　
5、 在定态得多层平壁导热中,若某层得热阻大,则这层得导热温差就小。( )x　
6、 保温材料应该选用导热系数小得绝热材料。( )√
7、 在定态传热中,凡热阻大得层,其温差也大 ) √
8、 传导与对流传热得传热速率与温度差得一次方成正比,而辐射得传热速率与温度差得四次方成正比。( )√
9、 强化传热过程最有效得途径就是增大传热面积。( )x　
10、 流体流动时,滞流内层得粘度就是影响对流传热得主要因素。( )x　
11、 凡就是定态得圆筒壁传热,单位时间单位面积所传递得热量相等。( )x　
12、 多层平面壁定态热传导中,推动力就是内壁面与外壁面间总得温度差;总热阻就是各层热阻得倒数之与。( )x　
13、 多层平壁导热过程中,传热总推动力等于各壁面温差之与。( )√
14、 换热器得平均传热温度差,就是指热流体进出口得平均温度与冷流体进出口得平均温度得差值。( )x　
15、 定态传热就是指传热过程中得温度既不随时间而变,又不随位置而变得传热。( )x　
16、 蛇管换热器属于间壁式换热器得一种。( )√
17、 强化传热得途径主要就是增大传热面积。( )x　
18、 无相变得折,错流换热器,其平均温度差△Tm都比逆流时得要小。( )√
19、 在相同条件下,采用逆流操作比采用并流操作所需得传热面积要小。( )√
20、 换热器得传热管应选用导热系数λ值大得材料。( )√
21、 固体材料得内部结构越松疏,其导热系数则越大。( )x　

22、 当固壁两侧无相变得冷热流体得进、出口温度已确定时,为了提高传热平均温度差△Tm,应采用逆流操作。( )√
23、 在等温面上, 温度处处相等,故沿等温面有热量传递、 x　
24、 温度随距离得变化率以沿与等温面垂直得方向为最大、 √
25、 温度随距离得变化率以沿与等温面垂直得方向为最大,这一最大变化率得极限值称为温差、 x　
26、 温度梯度就是垂直于等温面得向量,其正方向为温度降低得方向、 x　
27 对流传热中,滞流内层在垂直于流体流动得方向上不存在对流传热、、 √
28、 牛顿冷却定律适用于传导传热、 x　
29、 牛顿冷却定律适用于对流传热、 √
30 当流体呈湍流流动时,α值随Re得增大而增大、 √
31、 自然对流主要受温度引起得流体密度变化得影响、 √
32、 只要物体得温度高于0℃,物质就会向外发射各种波长得电磁波、 x　
33、 热对流可以在真空中传播、 x　
34、 热射线即可以在空气中传播,又可在真空中传播、 √
35、 辐射传热与传导传热与对流传热得主要差别在于辐射传热可以在真空中传播、 √
36、 物质得黑度在数值上等于该物体对辐射能得吸收率√
37、 黑体得辐射能力与绝对温度得二次方成正比x　
38、 黑体得辐射能力与绝对温度得四次方成正比。√
39、 无相变得对流给热系数得经验关联式在处理强制对流时表示自然对流影响得Gr可以忽略、 √
40、 无相变得对流给热系数得经验关联式在处理自然对流时,表示自然对流影响得Gr可以忽略、 x　
四、问答题:
1、 传热有哪几种方式?各有何特点?
答案:传导、对流、辐射
传导传热:就是物质内部分子微观运动,就是由于相邻分子在碰撞时传递振动能得结果。也可因物质内部自由电子得转移而发生。需要介质。
对流传热:就是由流体质点发生相对位移即宏观运动而引起。需要介质。
辐射传热:物体吸收来自外界其它物体得辐射能转化为热能。不需要介质,可在真空中传播。
2、 换热器得热损失就是如何产生得？如何来减少热损失？
答案:一般换热器外壁面温度高于周围空气得温度,外壁就会不以过对流与辐射方式传将热量传给换热器周围得空气而散失。为了减少散热损失,一般在换热器外壁面上包上一层(或两层)导热系数较小得绝热材料,使传热热阻增大,外壁面温度降低,从而减小了散热损失。
3、 对流传热得机理就是什么?
答案:热流体流过固壁时, 在湍流主体中,由于流体质点得剧烈湍动形成许多漩涡, 使质点强烈混合而交换热量,温差极小,几乎不存在温度梯度;但在紧靠壁面处,有一层很薄得作层流流动得流体层(称为层流底层),在这薄层内,流体质点分层流动,热量以导热方式通过该层。由于流体得导热系数很小,因而层流底层热阻很大,相应温差也很大。在层流底层与湍流主体间还有一缓冲层,该层内,热对流与热传导同时存在,温度变化缓慢,,温度梯度小。
4、 何谓定态传热与非定态传热?
答案:在传热过程中,若传热面上各点得温度不随时间变化,称为定态传热。定态传热时,传热速率为定值。反之,若传热面上各得温度随时间而变,则为非定态传热。非定态传热时,传热速率随时间而变。
5、 强化传热过程应采取哪些措施?
答案:根据ｑ＝K、A、△tm方程, 设法提高K、A、△tm中得任一个都能提高强化传热
(1) 增加传热面积。通过改进传热面得结构,提高设备得紧凑性,使单位设备体积具有较大得面积,如在管内外壁装上翅片,用螺旋管或波纹管代替光滑管;
(2)增大传热温差△t,可以提高热流量。当换热器间壁两侧流体均为变温时,采用逆流操作可得到较大得平均温度差。
(3)提高传热系数K,由K＝1/[1/α1＋1/α2＋Σ(δi/λi)]
提高α1、α2降低δi,都能强化传热, 具体有:增加列管得管程数与挡板数;平得传热板换成凹凸不平得波纹;对于蛇管,加入搅拌装置或增设杯状物,在列管换热器中可,可采用导热系数大得流体作载热体,在管内装入麻花状得金属;防止结垢。
6、 为什么工业换热器中冷、热流体得相对流向大多采用逆流操作?
答案:当冷热流体得进出口温度都一定时,逆流得温差比并流得大。因此,在相同传热系数得条件下,为了完成同样得热负荷,采用逆流操作,可以节省传热面积;或在传热面积相同时,采用逆流操作可以提高热流量。此外,逆流操作可以减少加热剂或冷却剂得量。
7、 简述传热过程中冷热流体得接触方式。
答案:直接接触式:冷热流体直接接触,伴有传质发生;
间壁式:冷热流体不接触;
蓄热式:热流体得热量积蓄在固壁中,而冷流体将热量取出,冷热流体交替流过固壁。
8、 简述影响物体得导热系数得因素。
答案:有材料得组成,结构,温度,湿度,压强及聚集状态等许多因素。
五、计算题:
1、 有一内管为φ180×10mm得套管换热器,将流量为8000kg/h得某液态有机物从100℃冷却到60℃,其平均比热为2、38kJ/(kg、K), 套管环隙走冷却水, 其进出口温度分别为40℃与50℃, 平均比热为4、174kJ、/(kgK), 基于传热外面积得总传热系数K=1000w/(m、K), 且保持不变、设热损失可以忽略。试求:(1)冷却水用量;(2)计算两流体分别为逆流与并流下得平均温差及管长。
【解】 冷却水用量:
Whｃph(T1－T2)＝Wcｃpc(t1－t2)
8000×2、38×(100－60)＝Wc×4、174×(50－40)
∴Wc＝18246kg、h-1
Δtm逆＝(50－20)/ｌn(50/20)＝32、75
Δtm并＝(60－10)/ｌn(60/10)＝27、9
Q＝KAΔtm Q＝761600kJ、h-1
A逆＝761600×103/(1000×32、75×3600)＝6、46m2
πｄ0ｌ＝ 3、14×0、18×ｌ＝6、46
∴ｌ＝11、43 m
A并＝761600×103/(1000×27、9×3600) ＝7、58m2
3、14×0、18×ｌ＝7、58
∴ｌ＝13、42m
2、 有一根换热管,用100℃得饱与水蒸汽冷凝管内得冷水进出口温度就是20℃与80℃,使用一段时间后,由于管壁结垢,热阻增大,使得冷水出口温度降为70℃,这时得传热系数下降了百分之几? 设冷水得流量及进口温度均不变。
【解】 K=Q1/(A 、Δtm1)
K=Q2/(A 、Δtm2)
K/K=Q、Δtm1/(Q、Δtm2)
=GCp(70-20)Δtm1/(GCp(80-20)Δt tm2)
=50Δtm1/(60×Δt tm2)
而Δtm1=43、28℃, Δtm2=51℃
K2/K1=50×43、28/(60×51)=0、71
传热系数下降: (k1-K2)/K1=29%
3、 硫酸工业生产中用氧化后得高温SO3混合气预热原料气(SO2及空气混合物), 已知:列管换热器得传热面积为180 m2, 原料气入口温度t1＝300℃, 出口温度 t2=430 ℃、　SO3混合气入口温度T1=560 ℃, 两种流体得流量均为10000kg/h, 热损失为原料气所得热量得6％, 设两种气体得比热均可取为1、05kJ/kg,,(两流体近似作为逆流处理), 求: 1.SO3混合气得出口温度T2; 2.传热系数K〔w、m-2、K-1〕。

【解】 10000×1、05×(560－T2)
＝10000×1、05×(430－300)×1、06
得 T＝422、2℃
4、 在φ120×5mm得蒸汽管外计划包一层保温材料, 该保温材料导热系数为0、07w/(m、K)。设蒸汽管得内壁温度为110℃, 管壁导热系数为45w/(m、K)。要求保温层外壁温度不超过20℃, 每米蒸汽管得热损失控制在30w以下, 试计算保温层至少有多厚。
【解】 按多层圆筒导热
ｑ1＝(t1－t3)/[ｌｎ(ｒ2/ｒ1)/(2π
λ1)＋ｌｎ(ｒ3/ｒ2)/(2πλ2)]
将ｒ2＝0、06m,ｒ1＝0、055m,ｒ3＝0、06＋δ
λ2＝0、07w/(m·K),λ1＝45w/(m·K),ｑ1＝60w/m
t1＝110℃,t3＝20℃代入上式
600=(110-20)/(ln(0、06/0、055)/(2π×45)+ln(ｒ3/0、06)/(2π×0、07))
=90/(0、00031+(lnｒ3+2、813)/0、4398)
解得 ｒ3＝0、116m,
δ＝0、116－0、06＝0、056m＝56mm
(不计管壁热阻)
5、 某一单管程单壳程列管换热器, 列管规格为φ25×2、5mm,管长3m,管数250 根, 管程走热气, 流量5000kg/h, 平均比热3、04kJ/(kg、K),进口温度500℃;壳程走冷气, 流量4000 kg/h, 平均比热3、14kJ/(kg、K),进口温度30℃。逆流操作时, 测得热气体得出口温度为200℃, 求总传热系数K(w、m-2、K-1)。
【解】 ms1·Cp1(T1-T2)=ms2·Cp2(t2-t1)=Q
t2=5000×3、04×(500-200)/(4000×3、14)+30=393℃
Q=5000/3600×3、04×103(500-200)=1、26×106w
A=nπdl=250×π×0、025×2=39m2
△tm=[(500-393)+(200-30)]/2=139℃
K=Q/(A△tm)=1、26×106/(39×139)=230、4w、m-2、K-1
6、 用单程管壳式换热器进行溶剂与某水溶液间得换热, 其传热面积为8m2。流量为3600kg/h, 比热为1、88kJ/(kg、K)得苯由80℃冷却至50℃, 水溶液由20℃被加热到30℃。(忽略热损失)求传热系数K 。
【解】(1)由 Q=K、A△tm式 求 K
其中: Q=m1、Cp1(T1-T2)=3600/3600×1、88×103(80-50)=56400ｗ
Δtm＝(Δt1－Δt2)/ｌｎ(Δt1/Δt2)
＝[(80－30)－(50－20)]/ｌn[(80-30)/(50-20)]
＝39、2℃
∴ 56400=K×9×39、2
得 K=160、5 w、m-2、K-1
7、 在一列管换热器内, 用-15℃得液氨蒸发来冷却空气。空气在换热器得簿壁列管内作湍流流动, 由50℃冷却到 -5℃, 液氨侧得对流传热系数为1880 w/m-2、K-1, 空气侧得对流传热系数为:46、4 w、m-2、K-1。忽略管壁与污垢得热阻。求: (1)平均温度差; (2)总传热系数。
【解】 1)Δtm ＝[(40-(-15))-[-5-(-15)]/ｌｎ(55/10)＝26、4℃
2)1/K＝1/46、4 + 1/1880 K≈45、4 w、m-2、K-1
8、 某厂一平壁炉得耐火砖厚度为0、211m, 炉墙导热系数λ＝1、038w/(m、K)。其外用导热系数为0、07w/(m、K)得绝热材料保温。炉内壁温度为1000℃, 绝热层外壁温度为48℃, 如允许最大热损失量为950w、m-2。求:(1)绝热层得厚度; (2)耐火砖与绝热层得分界处温度。
【解】 (1)ｑ/A＝(T1－T3)/(ｂ1/λ1＋ｂ2/λ2)
＝(990－48)/(0、211/1、038＋ｂ/0、07)＝950
得:b2＝0、055m
(2)ｑ/A＝(T1－T2)/(ｂ1/λ1)
＝(990－T2)/(0、211/1、038)＝950
得:T＝795℃
9、 某一列管换热器由规格为φ25×2、5mm长为1m得26根钢管组成。用120℃饱与水蒸汽加热某冷液体,该液体走管内, 进口温度为25℃, 比热为1、76kJ/(kg、K), 流量为18600kg/h。管外蒸汽得冷凝传热系数为1、1×104w、m-2、K-1, 管内对流传热热阻为管外蒸汽冷凝传热热阻得6倍。求冷液体得出口温度。(设换热器得热损失、管壁及两侧污垢热阻均可略去不计)
【解】据题意 Rsi ≈Rso≈0 b/λ≈0
do/(αidi )＝6/α0
∴ Ko ＝1/(1/α0 +ｄo /(αi ｄi ))＝1/(1/α0+6/α0 )
＝1、1×10/7＝1571、43 w、m-2、K-1
A0 ＝ｎπｄ01＝26×3、14×0、025×2＝4、082 m
T1 ＝120℃→T2 ＝120℃(T1＝T2=T)
t1 ＝25℃ →t2 ＝?℃
Q＝ｗc CP C(t2 －t1 ) ＝K0A0(T -t1 -T +t 2 )/ｌｎ((T - t1 )/(T -t2 ))
18600/3600×1760) (t2 -t1 )＝1571、43×4、082(t2 -t1)/ｌｎ((T - t1 )/(T - t2 ))
ｌｎ((T-t1 ) /(T-t2 ))＝1571、43×4、082×3600/(18 600×1760)＝0、7054
∴ (T-t1 )/(T-t2 )＝2、025
120-25＝2、025(120-t2 )∴ t2 ＝120- 95/2、025＝73、08℃
10、
【解】(1) 蒸汽用量 Q放＝W、ｒ＝2205×w、kJ、h
Q吸＝W'、 Cp (t出－t入)
＝7200×2、2×(80－30)＝7、92×105 kJ、h-1
Q放＝Q吸
∴ ｗ＝7、92×105/2205≈359、2kg、h-1
(2) 传热系数得计算 由Q＝KAΔtm
Δtm ＝((120-30)- (120-80))/ln((120-30)/(120-80))
＝50/ln(90/40)＝61、66℃
∴ Ki＝Q/AiΔtm
＝7、92×10/[60×π×(50/1000)×61、66]
≈1363 kJ、h-1、m-2、K-1
＝378、8 (w、m-2、K-1)
11、 在换热器中流量为2000kg/h得热水将流量为3000 kg/h得冷水加热, 热水进口温度T1＝85℃, 冷水进口温度t1＝15℃, 如要求将冷水加热到t2＝40℃, 求采用并流与逆流时得平均温度差。(冷、热水得平均比热近似相等)。
【解】 G1C(T1－T2)＝GC(t2－t1)
2000(85－T2)＝3000(40－15)
得T＝47、5℃
并流时 85℃→47、5℃
15℃→35℃
________________
70 12、5
Δt＝(70－12、5)/(ｌｎ70/12、50)＝33、4℃
逆流时 85℃→47、5℃
35℃←15℃
________________
50 32.5
Δt＝(50＋32、50)/2＝41、25℃
12、 60m3/h得空气在套管换热器得内管被加热到323K,内管规格为φ57×3、5mm,试求管壁对空气得对流给热系数。已知:空气在定性温度t=323K时,物性数据如下: μ=1、96×10-5Pa、s, λ=2、826×10-2 w/(m、K), Cp=1、017× kJ/(kg、K)
【解】 α=0、023(λ/d)(dUp/μ) (Cpμ/λ)
U=Vs/A=8、49 m、S-1
ρ=W/V=PM/RT=2、19 kg、m-3
α=0、023×(2、826×10-2/(0、05)×
[0、05×8、49×2、19/1、96×10-5]0、8×
[1、017×103×1、96×10-5/2、826×10-2]0、4
=62、27 w、m-2、K-1
13、 在列管换热器中, 把氢氧化钠溶液从70℃冷却到35℃, 氢氧化钠走管内, 流量为2、22kg/s, 比热为3770J/(kg、K), 氢氧化钠对管壁得对流传热系数为930 w、m-2、K-1。现用15℃得水作为冷却剂, 水走管外, 逆流操作,流量为1、67kg/s, 比热为4180J/(kg、K), 管壁对水得传热系数为1000 w、m-2、K-1, (管壁热阻及垢阻略计,热损失为零,可近似按平壁处理),求冷却剂出口温度及所需传热面积。
【解】 Q＝G1 Cp1(T1 -T2 )=2、22、11×3770×(70-35)=292929ｗ
忽略热损失,则 Q＝G2 Cp2 (t2 -t1 )
即292929=1、67×4180(t2 -15)
得 t2 =57℃
∵ Δt1 /Δt2 ＜2
∴ Δtm ＝(13＋20)/2＝16、5℃
∵ 为薄壁园筒,∴按平壁近似计算
K＝α1 α2 /(α1 +α2 )=930×1000/(930+1000)
=481、9 w、m-2、K-1
∴ A＝Q/KΔtm ＝292929/(481、9×16、5)=36、8m2
14、 一套管式油冷却器里,热油在φ25×2、5 mm得金属管内流动,流量216kg/h,油得进、出口温度分别为150℃与80℃,水得进口温度为20℃,流量216kg/h。 油侧给热系数为1、5 k w、m-2、K-1,水侧给热系数为3、5 k w、m-2、K-1。油得比热为2、0 kJ/(kg、K),试求逆流换热时所需管长。已知水得比热为1、0 kcal/(kg、K),(忽略管壁及垢层热阻)
【解】 216×2×(150-80)=216×4、187(t-20)
t=53、4℃
q=(216/3600)×2000×(150-80)=8400 w
Δtm=(96、6-60)/ln(96、660)=76、85℃
1/K=(1/1500)+(1/3500), K=1050 w、m-2、K-1 A=q/(k、Δtm)=πd l
l=8400/(1050×76、85×π×0、0225)=1、47m
15、 在列管式换热器中用水冷却空气, 水与空气逆流流动,水与空气得进口温度分别为20℃及110℃, 在换热器使用得初期, 冷却水及空气得出口温度分别为45℃及40℃, 使用一年后, 由于污垢热阻得影响, 在冷热流体得流量及进口温度不变得情况下, 冷却水出口温度降至38℃。(热损失可以忽略不计)求(1)空气出口温度变为多少? (2)总传热系数为原来得多少倍?
【解】(1)初期 m1 Cp1(110-40)= m2Cp2(45-20)= K AΔtm
一年后 m1 Cp1 (110-T2' )= m2Cp2 (38-20)= K'AΔtm '
(110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20)
解得 T2 ' =59、6℃
(2)Δtm ＝((110-45)-(40-20))/ln(65/20)= 38、2℃
Δtm ' ＝((110-38)-(59、6-20))/ln(72/39、6)=54、2℃
(38-20)/(45-20)=(K' /K)×(54、2/38、2)
解