化工原理传热练习习题及标准答案docx.docx
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化工原理习题及答案
第五章传热
姓名____________班级____________学号_____________成绩______________
一、填空题:
1.(6分)某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃,而
环境温度为20℃,采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=此时单位面积的热损失为_______。
(注:
大型容器可视为平壁)
***答案***1140w
2.(6分)某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃,而
环境温度为20℃,采用某隔热材料,其厚度为120mm,λ=此时单位面积的热损失为
_______。
(注:
大型容器可视为平壁)
***答案***1000w
3.(6分)某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃,而
环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w,采用某隔热材料,其导热系数λ=则其
厚度不低于_______。
(注:
大型容器可视为平壁)
***答案***91mm
4.(6分)某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为
___________________.当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α=
.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s时,此时传热系
数α=_____________.
***答案***α=(λ/d)RePr
α=.K)
5.(6分)某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为
_____________________.当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α=
.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为1.2m.s时,此时传热系
数α=________________.
***答案***α=(λ/d)RePr
α=.K)
6.(3分)牛顿冷却定律的表达式为_________,给热系数(或对流传热系数)α的单位是
_______。
***答案***q=αA△t.K
7.(4分)某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进
出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=_________.
***答案***
8.(4分)某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=_________.
***答案***
9.(2分)热量传递的方式主要有三种:
_____、_______、__________.
***答案***热传导热对流热辐射
10.(6分)圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α.α以及间壁导热系数λ的
关系为_________.当间壁管规格为φ108×4mm,导热系数为45(w.m.K)时,管内外两侧
给热系数分别为8000.K)和1200.K)时,总传热系数K__________.
***答案***1/K=1/α+bd/λd+1d/αd;946.K)
11.(4分)某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度为80℃和50℃,冷流体的进出.口温度为20℃和45℃,此时传热平均温度差△t=_______.
***答案***32.5℃
12.(3分)对流传热中的努塞特准数式是______,它反映了______________
_______________。
***答案***N=αl/λ,对流传热过程几何尺寸对α的影响。
12.(4分)稳定热传导是指______________________________不随时间而改变。
***答案***传热系统中各点的温度仅随位置变
14.(2分)两流体的间壁换热过程中,计算式Q=α.A.△t,A表示为__________。
***答案***α一侧的换热壁面
15.(2分)在两流体通过圆筒间壁换热过程中,计算式Q=.△t中,A表示为
____________________。
***答案***A泛指传热面,与K相对应
15.(3分)两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃,当它们逆流流动时,平均传热温差△tm=____________,当并流时,△tm=_________。
***答案***50℃47.2℃
17.(4分)冷、热气体在间壁换热器中换热,热气体进口温度T=400℃,出口温度T
为200℃,冷气体进口温度t=50℃,两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若
不计热损失时,冷气体出口温度为___℃;若热损失为5%时,冷气体出口温度为___℃
***答案***250℃,240℃
18.(3分)一列管换热器,列管规格为φ38×3,管长4m,管数127根,则外表面积F
=_________________,而以内表面积计的传热面积F______________。
***答案***F1=127×4π×=60.6m
F2=127×4π×=51.1m
19.(2分)当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时,若仅将其流速提高1倍,则
其对流传热系数可变为原来的_________倍。
***答案***2
20.(2分)进行换热的两流体,若α》α时,要提高K值,应设法提高_______;当
α≈α时,要提高K值,应使_________________。
***答案***α;α与α同时提高
二、选择题:
1.(2分)间壁传热时,各层的温度降与各相应层的热阻()
A.成正比B.成反比C.没关系
***答案***A
2.(2分)翅片管换热器的翅片应安装在()。
A.α小的一侧B.α大的一侧C.管内D.管外
***答案***A
3.(2分)穿过三层平壁的稳定导热过程,如图所示,试比较第一层的热阻R与第二、三
层热阻R、R的大小()。
A.R>(R+R)B.R<(R+R)
C.R=(R+R)D.无法比较
本题目有题图:
***答案***C
4.(2分)工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管,其目的是()。
A.增加热阻,减少热量损失;B.节约钢材、增强美观;
C.增加传热面积,提高传热效果。
***答案***C
5.(2分)有一列管换热器,用饱和水蒸汽(温度为120℃)将管内一定流量的氢氧化钠溶
液由20℃加热到80℃,该换热器的平均传热温度差t为()。
A.-60/;B.60/;C.120/ln5
***答案***B
6.(2分)将1500kg.h,80℃的硝基苯通过换热器冷却到40℃,冷却水初温为30℃,
出口温度不超过35℃,硝基苯比热为,则换热器的热负荷为()。
A.19800;B.82800;C.82800kw;
***答案***B
7.(2分)对流传热是由()因素产生的。
A.流体分子的热振动;B.流体体内电子的移动;
C.流体质点的位移、扰动。
***答案***C
8.(2分)法定计量单位中,属于国际热量计算单位的是()。
A.kw;B.kcal;C.J
***答案***C
9.(2分)热量传递的基本方式是()。
A.恒温传热和稳态变温传热;B.导热给热和热交换;
C.气化、冷凝与冷却;D.传导传热、对流传热与辐射传热
***答案***D
9.(2分)在比较多的情况下,尤其是液-液热交换过程中,热阻通常较小可以忽略不计
的是()。
A.热流体的热阻;B.冷流体的热阻;
C.冷热两种流体的热阻;D.金属壁的热阻。
***答案***
D
11.(2分)公式
q=KAt
中,
t
的物理意义是(
)。
A.器壁内外壁面的温度差
;B.
器壁两侧流体对数平均温度差
;
C.流体进出口的温度差
;
D.
器壁与流体的温度差。
***答案***B
12.(2分)湍流体与器壁间的对流传热(即给热过程)其热阻主要存在于(
)。
A.流体内
;
B.
器壁内
;
C.
湍流体滞流内层中
;
D.流体湍流区域内。
***答案***C
13.(2分)对一台正在工作的列管式换热器,已知α
=.K
α=11600
.K,要
提高传热系数(K),最简单有效的途径是(
)。
A.
设法增大α
;
B.
设法增大α
;
C.
同时增大α
和α
。
***答案***A
14.(2分)用饱和水蒸汽加热空气时,传热管的壁温接近()
A.蒸汽的温度;B.空气的出口温度;C.空气进、出口平均温度
***答案***A
15(.2分)在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气,此过程的总传热系数
A.α蒸汽B.α空气C.α蒸汽与α空气的平均值
***答案***B
16.(2分)对流传热仅发生在()中。
A.固体B.静止的流体C.流动的流体
K值接近于(
)
***答案***C
17.(2分)稳定的多层平壁的导热中,某层的热阻愈大,则该层的温度差(
)。
A.愈大
B.
愈小
C.
不变
***答案***A
18.(2分)流体与固体壁面间的对流传热,当热量通过滞流内层时,主要是以()方
式进行的。
A.热传导B.对流传热C.热辐射
***答案***A
19.(2分)当壳体和管束之间温度大于
50℃时,考虑热补偿,列管换热器应选用(
)
A.固定管板式
B.
浮头式
C.
套管式
***答案***B
20.(2分)强化传热的主要途径是(
)。
A.增大传热面积
B.
提高
K值
C.
提高△
tm
***答案***B
三、判断题:
1.(2分)凡稳定的圆筒壁传热,热通量为常数。
()
***答案***×
2.(2分)传导和对流传热的传热速率与温度的一次方之差成正比,而辐射的传热速率与温度的四次方之差成正比。
()
***答案***√
3.(2分)凡稳态的园筒壁传热过程,单位时间单位面积所传递的热量相等。
()
***答案***×
4.(2分)热量传递过程的规律与流体流动过程相似,流速越大,则其过程的阻力越大。
()
***答案***×
5.(2分)当保温材料的厚度加大时,内外壁面的总温度差增大,总的热阻也增大,总推动
力与总阻力之比为定值,即导热速率不变。
()
***
答案***
×
6.(2
分)多层平壁导热过程中,传热总推动力为各壁面温度差之和。
(
)
***
答案***
√
7.(2
分)无相变的折,错流换热器,其平均温度差△
t
都比逆流时为小。
(
)
***
答案***
√
8.(2
分)换热器的导热管,应选用导热系数值大的材料。
(
)
***
答案***
√
9.(2
分)导热系数是物质的一种物理性质(
),
***答案***
√
10.(2分)在列管换热器管间装设了两块横向折流档板,则该换热器变成为双壳程的换热
器()
***答案***×
11.(2分)在稳定的多层平壁导热中,若某层的热阻较大,则这层的导热温度差就较小
().
***答案***×
12.(2分)在对流传热中,传热管壁的温度接近α值小的哪一侧流体的温度().
***答案***×
13.(2分)对于问壁两侧流体稳定变温传热来说,载热体的消耗量逆流时大于并流时的用
量。
()
***答案***×
14.(2分)列管式热交换器内用饱和水蒸汽加热管程的空气,为提高换热器的K值,在管
外装设折流挡板。
()
***答案***×
15.(2分)蛇管换热器是属于间壁式换热器的一种()
***答案***√
16.(2分)列管换热器采用多管程的目的是提高管内流体的对流传热系数α()
***答案***√
17.(2
分)维持膜状沸腾操作,可获得较大的沸腾传热系数。
(
)
***
答案***
×
18.(2
分)为了提高间壁式换热器的传热系数
K值,必须设法提高α值大的那一侧流体的
对流传热系数。
(
)
***
答案***
×
19.(2
分)强化传热的途径主要是增大传热面积(
)
***
答案***
×
20.(2
分)付立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。
(
)
***
答案***
×
四、简答题:
1.(8分)在化工生产中,传热有哪些要求?
***答案***
传热一般有两方面的要求:
1、尽量使传热情况良好,即要求高的传热效率,以减少设备尺寸;
2、尽量避免传热,即保温或保冷。
2.(10分)传导传热,对流传热和辐射传热,三者之间有何不同?
***答案***
传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。
对流传热则是流体质点发
生相对位移来传递热量,辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传递热量。
3.(10分)试述对流传热的机理?
***答案***
热流体流过管道时,在湍流主体中,流体剧烈拢动,形成漩涡,使质点强烈混合而交换
热量,温度较均匀,几乎不存在温度梯度;但在紧靠管壁,有一层很薄的作层流流动的流体
层(层流底层),在这层薄层内,热量传递以导热方式进行,从微观上言,是靠分子传递。
由于流体的导热系数很小,故热阻丝要集中层流底层内。
对管内层流流动,热量传递也是主
要靠导热。
但由于温度存在(轴向的,径向的),有密度差,会引起质点的对流,比较复杂。
4.(8分)强化传热过程应采取哪些途径?
***答案***
根据q=.△t方程,指任一个K、A、△t都能提高强化传热
(1)增加传热面积,如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管;
(2)增大
传热温差△t可采用逆流操作,因为当T,T,t,t四个温度一定时,逆流传热
温差△t最大;
(3)提高传热系数K由
K=1/(1/α+1/α+Σ(δ/λ))
提高α、α降低δ,都能强化传热,要提高α由单层改为多层,或在壳程中增设档
板,对于蛇管中,加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物(强化圈)在列管换热器中可,还可
采用导热系数大的流体作载热体。
5.(4分)传热有哪几种方法?
各有何特点?
试就锅炉墙的传热分析其属哪些传热方式?
***答案***
传导、对流、辐射
导热--分子原位振动,电子定向流动。
对流--流体质点流动与混合。
锅炉壁为导热,外壁对烟气为对流,火焰和炉墙的热辐射。
6.(4分)为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作?
***答案***
操作可以获得较大的平均传热温度差,从传递相同热负荷言,须较小的传热面积,节
省设备费用。
此外,逆流热流体出口温度T可接近冷流流体进口温度t,对相同热负荷
言,需加热剂少;同样,就冷流体而言,逆流体出口温度t可接近热流体进口温度T,
对相同热负荷言,需要冷却剂少,故对逆流就加热剂或冷却剂用量考虑,逆流操作费小。
7.(4分)什么是稳定传热和不稳定传热?
***答案***
在传热过程中,传热面上各点的温度不随时间变化,称为稳定传热。
稳定传热时,传
热速率为定值。
反之,若传热面上各的温度随时间而变,则为不稳定传热。
不稳定传热时,传热速率也
随时间而变。
8.(5分)导热系数受哪些因素影响?
现有建筑砖(ρ=1800kg.m)和煤灰砖(ρ=700kg.m
)两种材料,哪种保温性能好?
***答案***
组成:
纯物质的导热系数好;
结构:
结构致紧、密度大的材料导热系数大;
温度:
一般温度升高,非金属固体导热系数增大。
煤灰砖的保温性能好。
9.(2分)多层平面壁的导热速率是怎样计算的?
***答案***
Q/A=(t+t+t+...)/(b/λ+b/λ+b/λ+...)
10.(3分)题号4206第4章知识点100难度中等
多层园筒壁的导热速率是怎样计算的?
***答案***
Q=2πL(t+t+...)/(ln(r/r)/λ+ln(r/r)/λ+...)
11.(4分)说明流体流动类型对给热系数的影响。
***答案***
流体为层流时,传热是以导热方式进行的。
则此时给热系数较小。
当为湍流时,传热是
以对流方式进行的,此时给热系数增大。
所以流体的传热,多在湍流情况下进行。
12.(6分)给热系数受哪些因素影响?
***答案***
流动类型:
湍流时的给热系数大。
流体的物性:
粘度μ、密度ρ、比热Cp,导热系数
λ均对给热系数有影响。
传热面的形状、大小和位置:
管子的排列、折流都是为了提高给热
系数。
流体的对流情况,强制对流比自然对流的给热系数大,流体在传热过程有无相变,有
相变α大。
分析α=λ/.Pr也可以回答上列问题。
13.(3分)提高传热系数时,为什么要着重提高给热系数小的这一侧?
***答案***
当忽略金属壁面的导热热阻时,
1/K=1/α+1/α=(α+α)/(α×α)
若α>>α,则α+α≈α∴K≈α
即K接近α小的数值。
13.(4分)说明列管式换热器的基本结构。
***答案***
由壳体、管束、管板、封头等组成。
14.(4分)试比较各类常用热交换器的优缺点。
***答案***
略
16.(6分)有以下传热公式A.Q=λ.A.(t-t)/δ
B.Q=α.A.(T-T)
回答下列问题:
(1)在什么传热情况下,可利用以上公式进行计算?
(2)写出以上公式中,热阻的表达式
***答案***
(1)A、B两公式均应用在稳定传热下传热速率的计算。
公式A为物质内部传导的传热
速率计算。
公式B为物质表面与流体间对流传热的传热速率计算。
(2)A式:
R=δ/λ或R=δ/A×λ
B式:
R=1/α或R=1/α×A
17.(8分)换热器的散热损失是如何产生的?
应如何来减少此热损失?
***答案***
由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度,外壁面不断通过对流和辐射传将
热量传给换热器周围的空气而散失,即产生散热损失。
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)导热系数较小的绝热材料(或不同的两种导热系数较小的绝热材
料),使传热热阻增大,外壁面温度降低,从而减小了散热损失。
18.(6分)列管换热器由哪几个基本部分组成?
各起什么作用?
***答案*
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