化工原理第四章传热

第四章传热习解答一、选择题：1、关于传热系数K下述说法中错误的是（）A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值；B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异；C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D、要提高K值，应从降低最大热阻着手：C2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。Ａ、高压流体；Ｂ、蒸汽；Ｃ、易结垢的流体；Ｄ、腐蚀性流体；Ｅ、粘度大的流体；Ｆ、被冷却的流体；答案：Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、Ｆ冷热流体流动通道的选择a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U形管式的不宜走管程；b、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程即可达到湍流。但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。3、影响对流传热系数的因素有()。A、产生对流的原因；B、流体的流动状况；C、流体的物性；D、流体有无相变；E、壁面的几何因素答案:A、B、C、D、E4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（）。A、②>④>③>①；B、③>④>②>①；C、③>②>①>④；D、②>③>④>①；冷流体热流体①水气体②水沸腾水蒸气冷凝③水水④水轻油答案：D5、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法：①加热器应置于该空间的上部；②冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（）。A、这两种说法都对；C、第一种说法对，第二种说法错；B、这两种说法都不对；D、第二种说法对，第一种说法错；答案：B6、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。A、③>④>①>②；B、④>③>②>①；C、③>④>②>①；D、③>②>④>①；①空气流速为30m/S时的a；②水的流速为1.5m/s时的a；③蒸汽滴状冷凝时的a；④水沸腾时的a；答案：C7、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。A、管避热阻；B、污垢热阻；C、管内对流传热热阻；D、管外对流传热热阻；答案：B8、在冷凝器中用水冷凝苯蒸汽，水走管程，其雷诺数，此时对流传热系数为。若将水的流量减半，其对流传热系数（）。A、>(1/2)；B、<(1/2)；C、=(1/2)；D、无法确认；答案：B分析：水的流量减半后，按流()公式计算，，但本例中流型已变成过渡流，，此时（4-21）。又，∴9、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90(C，出口温度为50(C，冷水进口温度为15(C，出口温度为53(C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的（）。A、5%；B、6%；C、7%；D、8%；答案：A解：由，得10、某套管换热器由Ø108×4mm和Ø55×2.5mm钢管组成，流体在环隙间流动，其当量直径为（）mm。答案：BA、53；B、45；C、50；D、58；11、下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的（）A、通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值；B、系统中任一点的温度维持恒定；C、总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各层传热面的传热速率之和；D、系统中任一传热面上的热通量在过程中不变；答案：C12、在常压水蒸气冷凝加热空气，空气平均温度为20℃，则壁温约为（）A、20℃；B、100℃；C、60℃；D、49.7℃。答案：B二、填空题1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的和边界层外的合并考虑，并命名为给热。热传导；对流传热2、给热是以和的差作为传热推动力来考虑问题的。流体的平均温度；壁面温度3、流体在垂直管内自上而下流动同时被加热时，其对流传热系数比用普通准数关联式计算的结果要。大；流体被加热时，自然对流的方向是自下而上，恰与流体流动的方向相反，引起湍动加剧。4、金属的导热系数大多数都随其纯度的增加而，随其温度的升高而。答案：增大；减小5、在计算中，对两侧温度分别为t1，t2的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是或。；6、对流传热的热阻主要集中在，因此，是强化对流传热的重要途径。答案：滞流内层；减薄湍流内层的厚度7、在、、、这4个物性参数中，若值大，对流传热系数就增大；若值大，对流传热系数就减小。答案：、、；8、流体在圆形直管内作强制湍流流动，若传热推动力增大1倍，则对流传热速率增大1倍。9、由核状沸腾转变为膜状沸腾时的温度差称为。这时单位时间、单位面积所传递的热量称为。答案：临界温度差；临界热负荷10、处理量为440kg/h的有机溶液在某换热器中预热。运转一周期后，该溶液在管内生成积垢，使换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出口温度不变，则该溶剂的处理量变为。答案：400kg/h分析：设，，，故：11、苯在内径为20mm的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（·℃）。如果流量和物性不变，改用内径为30mm的圆管，其对流传热系数将变为612Ｗ／（·℃）。分析：，12、在计算换热器的平均传热推动力时，若两端的推动力相差不大于2倍，则其算术平均值与对数平均值相差不大于。答案：4%13、换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于的缘故。答案：传热管表面有污垢积存14、流体横向流过管束作湍流流动时，在管外加有折流板的情况下，。可见对流传热系数与当量直径的次方_成反比。15、对大空间的自然对流，通常取加热（或冷却）表面的为特征尺寸。答案：垂直高度三、计算题1、一立式换热器规格如下：管长3m，管数30根，管径为φ25×2.5mm，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却CS2饱和蒸气，使之从饱和温度46℃降至10℃，走管外，其流量W=0.07kg/s，其冷凝潜热为356kJ/kg，比热容为(kg℃)。水走管内，且与CS2呈逆流流动。冷却水进出口温度为5℃和30℃。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为K1=200W/(m2·℃)和K2=100W/(m2·℃)。问此换热器是否合用分析：判断一台换热器是否合用，一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法，本例采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，比较后即可以得出结论。本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积A1和冷却段所需面积A2，而A1、A2的求得又须以Δtm1、Δtm2为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却段的温度t。解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积：（2）求所需的传热面积①冷凝段与冷却段的传热量：②两段的平均温差总传热量：冷却水用量：冷却水离开冷却段的温度：℃冷凝段的平均温差：T1=46℃，T2=46℃，t2=30℃，t1=℃℃冷却段的平均温差：T1=46℃，T2=10℃，t2=℃，t1=5℃℃③所需传热面积冷凝段：冷却段A>，即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。2、废热锅炉由25mm2.5mm的锅炉钢管（）组成。管外为水沸腾，绝压为，管内走合成转化气，温度由550℃降至450℃。已知转化气一侧，，水侧。若忽略污垢热阻，求换热管壁温Tw及tw。解：方法一：（1）先求总传热系数（以管子内表面为基准）K1=242W/(m2·℃)（2）平均温度差：下水的饱和温度为230℃，∴（3）热通量：（4）管壁温度①先着眼于管内的对流传热。由牛顿冷却定律：又：②再眼于管外的对流传热方法二：（1）先求传热过程的总热阻及分热阻（基于内表面）（2）再求管壁温度在连续传热过程中，温降与热阻成正比。故：已知：t=2300c∴两种解法结果相同分析：由于管内外水沸腾传热系数较大，管内合成转化气对流传热系数相对要小得多，所以壁温接近水的温度。又因为管壁的热阻较小，所以温降也小，也就是说管壁两侧温度比较接近。两种方法略作比较可以发现，第二种方法更简捷、直观。壁温的估算对工程技术人员十分重要。无论选择换热器类型还是选定换热器都需要知道壁温，一些对流传热系数的计算也需要知道壁温。3、在列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走壳程，空气走管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将：(1)空气的压强加倍；(2)传热管的数目加倍。试估算Ｑ/∆tm将如何变化解：（1），所以由Q=KAΔtm，得：，由上可知，当压强加倍后，管内空气的(增大u减少，但质量流速G=u(不变，(不变，即不变。又不变∴(不变∴Q/Δtm亦不变化（2）传热管数目加倍。传热管数目加倍，则传热面积A加倍；但流通面积增大1倍后，流速相应减少1倍，管内对流传热系数减至原来倍。∴4、有一套管换热器，管内为，套管为的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为，冷凝传热膜系数为。苯在50～80℃之间的物性参数平均值为密度，比热℃，粘度，导热系数，管内壁垢阻为，管壁及管外侧热阻不计。试求：（A）加热蒸汽消耗量；（B）所需的传热面积（以内管外表面计）。（C）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少解：（1）加热蒸汽消耗量：（2）内管中苯的流速：湍流则以内管外表面计的传热系数为：℃℃（3）苯的流量增加50%，而进出口温度不变，则℃℃（以内管外表面计）即：解得：℃即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。5、一长度为3m、管外径为131mm、管内通有123℃饱和蒸汽的竖直加热管。管外壁的温度为120℃，周围空气的温度为20℃，试求：（1）每米管道因自然对流而产生的热损失为多少（2）若管外包一层40mm的保温层后，保温层外表面温度降至60℃,上述热损失减至多少解:(1)定性温度=℃,在此温度下空气的物性为℃）℃查表得：=（m2℃）（1）加保温后定性温度℃，在此温度下：℃）℃Pr'=Gr'==×1011Gr'·Pr'=×1011×=×1010α'==W/(m(·℃)=××(60-20)=m即加了保温层后，每米管道的热损失由原来的281W/m减至m。此题亦可采取简化的方法：如上求出α=(m(·℃)后，因为保温前后均属自然对流，假定物性不变，则保温前后对流系数的关系为∴W/(m2·℃)简化计算的结果与前面计算相差％分析：α=可以发现：当n=1/3时，定性尺寸（此例中既蒸汽管的长度）可以消去。利用这种自然对流与定性尺寸无关的特点，可以在较小尺寸的模型上进行自然对流传热研究，即所谓的“自模化”实验，从而为实验工作带来诸多方便。即苯的流量增加50%而温度不变时，加热蒸汽的温度应为145.2℃。CS2�CS2K1水水冷却段冷凝段K2_1307169595.unknown_1307169657.unknown_1307175883.unknown_1307176197.unknown_1307178118.unknown_1307178177.unknown_1307335816.unknown_1307335839.unknown_1307336616.unknown_1307381898.unknown_1307382071.unknown_1314511283.unknown_1314511347.unknown_1314511554.unknown_1314511753.unknown_1314511850.unknown_1314511904.unknown_1314513070.unknown_1314529364.unknown_1314529395.unknown_1314529457.unknown_1314529586.unknown_1314530296.unknown_1314530357.unknown_1314530952.unknown_1314530983.unknown_1314538657.unknown_1314538822.unknown_1314538888.unknown_1314595584.unknown_1314595611.unknown_1314595700.unknown_1314595878.unknown_1314595953.unknown_1314596087.unknown_1314596222.unknown_1314596614.unknown_1314596667.unknown_1314596729.unknown_1314596842.unknown_1314596900.unknown_1314597276.unknown_1314597288.unknown_1314597450.unknown_1314597475.unknown_1314597628.unknown_1314598280.unknown_1340697149.unknown