第三章热量传递 练习题.docx

第三章、热量传递 练习题
一、填空(10小题,共20分)
1． 热流体和冷流体在列管换热器内换热,若冷流体传热膜系数远大于热流体传热膜系数, 则此时管壁温度接近于    流体温度。
2． 某间壁式换热器传热面积为2.5 m2，传热平均温差为45 K，传热速率为9000 W，则该换热器此时的总传热系数K=           。
3． 由化工手册中查得常温下钢的导热系数为42 kcal·h‐1·m‐1·K‐1（原工程制单位），换算成国际单位制（SI）单位，应为           。
4． 流体需要加热到100～180 ℃的温度范围时,最适宜的加热剂是            ; 流体需要冷却到30～80 ℃的温度范围时,最适宜的冷却剂是     。
5． 在规定条件下，新的换热器用饱和水蒸气可将流体从323 K加热至338 K。使用一段时间后，管壁出现污垢，在完全相同的操作条件下进行换热，则此时被加热流体的出口温度将        338 K。
6．
两种流体在套管换热器中进行逆流换热（无相变）时，若热流体进口温度T1上升，而热流体质量流量、冷流体质量流量、冷流体的进口温度及物性数据均保持不变，则冷流体出口温度将       。
7． 两流体在套管换热器中逆流换热, 热流体从125 ℃降到60 ℃, 冷流体从25 ℃升到80 ℃, 则其平均温度差为     K。
8． 多程列管式热交换器的程数多少视需要而定。工业上，常用的U形管式列管热交换器为一种    程热交换器。多程列管式热交换器有利于传热，但随程数增多，流体阻力就会 。
9． 用饱和蒸汽的冷凝来加热冷流体，冷热流体的进出口温度不变，以逆流和并流两种方式进行间壁换热，逆流时对数平均温差为，并流时为，其大小为            。
10． 管内用水作冷却剂冷凝管外水蒸气,若要强化传热,应设法增大管    侧的传热膜系数才比较有效。
二、判断题(5小题,共10分)
1．
在对流传热过程中，若两种流体的传热膜系数分别为1和2，且1》2，在忽略固体壁面热阻的情况下，总传热系数K接近于1。………………………………………（   ）
2．
为提高总传热系数K，必须改善传热膜系数大的一侧的换热条件。………………（   ）
3．
冷、热两流体经间壁换热时，若间壁两侧均为定态变温传热，则逆流操作的传热温差比并流大。…………………………………………………………………………………（    ）
4．
流体流动时，流动速度越大,流动的阻力越大;传热与流体流动相似，流动速度越大,传热阻力也越大。……………………………………………………………………………（    ）
5．
工业上气固相催化反应器采用各种换热方式移去反应热。流化床反应器中设置的废热锅炉采用的是间接换热方式，而多段冷激式反应器采用的则是直接换热方式。………（   ）
三、选择(10小题,共20分)
1．
在多层固体平壁中进行一维定常导热时，各层的温度降与各相应层的热阻之间呈何种关系？……………………………………………………………………………………（    ）
A、 反比关系；  B、无关系；  C、正比关系；  D、不确定关系。
2．
在下列换热器中,单位体积的传热面积最大的通常是………………………………(   )
A、套管式换热器;            B、夹套式换热器;
C、板式换热器;              D、管壳式换器。
3．
金属材料，液体和气体的导热系数为， 和，通常它们的大小顺序为（   ）
A、>>;          B、>>;
C、>>;          D、>>。
4．
常温下，钢、不锈钢、水和空气的导热系数分别为………………………………（    ）
A、45 W·m‐1·K‐1 ,15 W·m‐1·K‐1 ,0.6 W·m‐1·K‐1 和0.026 W·m‐1·K‐1 ;
B、0.6 W·m‐1·K‐1 ,0.026 W·m‐1·K‐1 ,45 W·m‐1·K‐1 和15 W·m‐1·K‐1 ;
C、0.026 W·m‐1·K‐1 ,0.6 W·m‐1·K‐1 ,15 W·m‐1·K‐1 和45 W·m‐1·K‐1 ；
D、15 W·m‐1·K‐1 ,45 W·m‐1·K‐1 ,0.6 W·m‐1·K‐1 和0.026 W·m‐1·K‐1 .   
5．
在通常操作条件下的同类换热器中，设空气的传热膜系数为1，水的传热膜系数为2，饱和水蒸气冷凝的传热膜系数为3，则有………………………………………（    ）
A、1>2>3;                         B、 2>3>1;
C、 3>2>1;                        D、 2>1>3.
6．
热量传递的基本方式为……………………………………………………………（    ）
A、蒸气的冷凝；
B、液体的沸腾；
C、冷、热流体的混合；
D、传导、对流和辐射。
7．
评价热交换器结构性能的重要指标之一,是单位体积内传热面积的大小。工业上常用的热交换器中,该项指标最差的是……………………………………………………………(   )
A、管壳式热交换器;                            B、套管式热交换器;
C、夹套式热交换器;                            D、蛇管式热交换器。
8．
对一台正在工作的列管式换热器,已知一侧传热膜系数 W·m‐2·K‐1,另一侧传热膜系数 W·m‐2·K‐1,管壁热阻很小,那么要提高传热总系数,最有效的措施是………………………………………………………………………………………(   )
A、设法增大的值;
B、设法同时增大和的值;
C、设法增大的值;
D、改用导热系数大的金属管。
9．
在下列管壳式换热器中,没有降低或消除由温差引起的热应力补偿措施的换热器是………………………………………………………………………………………………(   )
A、U形管式换热器;                          B、浮头式换热器;
C、壳体带有膨胀圈的管壳式换热器;            D、固定管板式换热器。
10．
不同流体的传热膜系数相差很大。假设气体被加热或冷却时的传热膜系数为    W·m‐2·K‐1，液体被加热或冷却的传热膜系数为2 W·m‐2·K‐1,饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数为3 W·m‐2·K‐1，则其大小顺序为………………………………………（    ）
A、3<2<；         B、2<3<；
C、3<<2；         D、<2<3。
四、计算问答(5小题,共50分)
1．
电解食盐水生产NaOH时, 需将20%NaOH料液真空蒸发浓缩至50%。蒸发过程需消耗0.3 MPa的饱和水蒸气(416 K)0.760 kg·s-1。冷凝液在饱和温度下排出, 其冷凝热为 2.14×103 kJ· kg-1。蒸发过程中料液温度恒为394.4 K。试问选用传热面积A =65 m2, 总传热系数K=1.60×103 W·m-2·K-1蒸发器可行吗?
2．
用套管式热交换器以363 K的热水将303 K的油预热到343 K。热水和油的流量分别为每小时1.5 吨和0.9 吨, 热水和油的比定压热容分别为4.2 ×103 J· kg-1·K-1和            2.5×103 J· kg-1·K-1。试求:
(1)热水的出口温度;
(2)当传热系数为300 W·m-2·K-1时, 在逆流操作方式下, 热交换器所需的传热面积。
3．
在逆流操作的列管式换热器中,  用水冷却液态化学制剂。水的进口和出口温度分别为25 ℃和50 ℃; 制剂比定压热容为1.9 kJ·kg-1·K-1, 密度为850 kg·m-3, 进口和出口温度分别为80 ℃和40 ℃。换热器的列管由φ25 mm×2.5 mm钢管组成。管程水一侧和壳程制剂一侧的传热膜系数分别为0.85 kW·m-2·K-1和1.70 kW·m-2·K-1。污垢热阻可忽略不计。若传热面积为9 m2, 试求化学制剂的质量流量。
4．
在一列管式换热器中进行冷、热流体的热交换, 并采用逆流操作。热流体的进、出口温度分别为120 ℃和70 ℃,冷流体的进、出口温度分别为20 ℃和60 ℃。该换热器使用一段时间后,由于污垢热阻的影响,热流体的出口温度上升至80 ℃。设冷、热流体的流量、进出口温度及物性均保持不变,试求:污垢层热阻占原总热阻的百分比?
5．
在一套管换热器中, 用饱和水蒸气将内管内作湍流流动的空气加热, 则此时的总传热系数近似等于空气的传热膜系数。今要求空气质量流量增加三倍, 而保持空气进出口温度不变, 若空气的物性数据和换热器内管直径不变, 试问换热器传热管的长度应增加多少倍
答案
一、填空(10小题,共50分)
1．冷
2．80 W·m-2·K-1
3． W·m‐1·K‐1
4．饱和水蒸气; 冷水
5．低于（或达不到）
6．增加
7．40
8．双；增大
9．
10．内
二、判断题(5小题,共50分)
1．错
2．错
3．对
4．错
5．对
三、选择(10小题,共50分)
1．C
2．C
3．C
4．A
5．C
6．D
7．C
8．A
9．D
10．D
四、计算问答(5小题,共50分)
1．T =416 K    T′=399.4 K
=416-399.4=16.6 K
=0.760×2.14×106=1.63×106 W
实际需要的传热面积
A′===61.4 m2
选用蒸发器的传热面积
A =65 m2
A > A′,可行。
2．（1）由热量衡算可得:
==
即:×2.5×103×(343-303)= ×4.2×103×(363-T2)
解得: T2=348.7 K
（2）由传热速率基本方程可求得其传热面积:
==31.1 K
==×2.5×103×(343-303)=2.5×104 W
A===2.68 m2。
3．==21.6 ℃
K===549 W·m-2·K-1
==
===1.4 kg·s-1=5.1×103 kg·h-1
4．由冷、热流体的热量衡算：
（无污垢）
（有污垢）
得：，则℃
无污垢时：（60+50）=55 ℃
有污垢时：（68+60）=64 ℃
又：
即：，     则
则污垢热阻占原总电阻百分比为：
。
5．空气质量流量为时, 传热速率:
===                   ①
空气质量流量为=4时, 传热速率:
=4==                ②
由此可得:
=4,   =40.8(因为Re0.8)
K ' ≈=40.8=3.03 K’
===1.32
管子需再增长32%。