传热自测题及答案.docx
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传热自测题及答案
传热
一、填空题
1.传热的基本方式有、和三种。
2.导热系数的物理意义是,它的单位是。
3.各种物体的导热系数大小顺序为。
4.牛顿冷却定律表达式为,其中温度差代表。
5.对流传热系数的主要影响因素有、、。
6.当流体在管内呈湍流动时,对流传热热阻主要集中在,为了减小热阻以提
高α值,可采用的措施是。
7.流体在圆形直管中强制湍流传热时,对流传热系数关联式为α=0.023λiR/de0.8Prn,式中n是为校正的影响。
当流体被加热时,n等于,当流体被冷却时,n等于
8.努塞尔特准数Nu表示的准数,其准数式为;普兰特准数Pr表示
的准数,其准数式为
9.蒸气冷凝有和两种方式。
10.液体在大容器内沸腾时,随着温度差(twts)的不同,出现、
和不同的沸腾状态。
11.总传热系数的倒数1/K代表,提高K值的关键是。
12.在卧式管壳式换热器中,用饱和水蒸气冷凝加热原油,则原油宜在程流动,
总传热系数接近于的对流传热系数。
13.根据热补偿方式的不同,写出三种管壳式换热器的基本型式:
和。
14.写出三种间壁式换热器的名称:
、和。
15.蒸汽在套管换热器中的环隙中冷凝以加热管内的空气,则总传热系数K值接近于
的对流传热系数;管壁的温度接近于的温度。
二、选择题
1.双层平壁定态热传导,两层壁厚相同,各层的导热系数分别为λ1,和λ2,其对应的
温度差为△t1和△t2,若△t1>△t2,则λ1和λ2的关系为()。
A.λ1<λ2,B.λ1>λ2C.λ1=λ2D.无法确定2.空气、水、金属固体的导热系数分别为λ1、λ2:
和λ3,其大小顺序为()。
A.λ1>λ2>λ3B.λ1<λ2<λ3C.λ2>λ3>λ1,D.λ2<λ3<λ1,
3.通过三层平壁的定态热传导,各层界面间接触均匀,第一层两侧温度为120℃和80℃,第三层外表面温度为40℃,则第一层热阻R1和第二、三层热阻R2、R3的大小为()。
A.R1>(R2+R3)B.R1<(R2+R3)C.无法确定D.R1=(R2十R3)
4.在管壳式换热器中,用饱和蒸汽冷凝以加热空气,下面两项判断为()。
甲:
传热管壁温度接近加热蒸汽温度。
乙总传热系数接近于空气侧对流传热系数。
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
5.对流传热速率=系数×推动力,其中推动力是()。
A.两流体的温度差B..流体温度和壁温度差
C.同一流体的温度差D.两流体的速度差
B.用无因次数群代替变量,使实验简化D.实验结果更可靠若可采用Nu=0.023Re0.8Prn,式中指数n为()。
B.0.3
8.水在圆管中强制湍流时的对流传热系数i为1000W/(m2?
℃),若将水的流量增加
一倍,而其他条件不变,则i为()。
A.2000B.1740C.1000D.500
9.对间壁两侧流体一侧恒温、另一侧变温的传热过程,逆流和并流时△tm大小为()。
A.△tm逆>△t并B.△tm逆<△t并C.△tm逆=△t并D.无法确定
10.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
三、计算题
1.普通砖平壁厚度为460mm,一侧壁面温度为200℃,另一侧壁面温度为30℃,已知砖平均导热系数为0.93W/(m?
℃),试求:
(1)通过平壁的热传导通量,W/m2;
(2)平壁内距离高温侧300mm处温度,℃
*2.燃烧炉的平壁由三种材料的平砖砌成。
内层为耐火砖,其厚度为150mm,平均导热系数为11.5W/(m?
℃);中间层为绝热砖,其厚度为130mm,平均导热系数为0.15W/(m?
℃)外层为普通砖,其厚度为230mm,平均导热系数为0.8.W/(m?
℃)。
已知炉内、外壁表面温度分别为900℃和40℃,试求:
(1)耐火砖和绝热砖间界面温度t2,℃;
(2)绝热砖和普通砖间界面温度t3,℃;
(3)通过三层平壁的热传导通量,W/m2。
3.平壁炉是用内层为120mm厚的耐火砖和外层为230mm的普通砖砌成。
两种砖的导热系数均为未知。
测得炉内壁温度为800℃,炉外侧壁面温度为113℃。
为减少热损失,后
又在普通砖外包一层厚度为50mm、导热系数为0.2W/(m?
℃)的石棉。
包扎后测得各层温度为:
炉内壁温度为800℃,耐火砖和普通砖界面温度为686℃,普通砖和石棉界面温度为
405℃,石棉外侧温度为77℃。
试求包扎后热损失较原来热损失减小的百分数及耐火砖导热系数λ1、普通砖导热系数λ2。
4.有一直径为Φ32mm×3.5mm的蒸汽管道,其长度为6m,已知管内壁温度为100℃,外壁温度为90℃,试求该管的散热量。
钢管的导热系数为45W/(m·℃)。
5.在直径为Φ60mm×3.5mm的钢管外包有两层绝热材料。
内层厚度为40mm,其平
均导热系数为0.07W/(m.?
℃);外层厚度为20mm,其平均导热系数为0.15W/(m?
℃)。
现测得管内壁温度为500℃,最外层表面温度为80℃,试求单位管长的热损失和两层保温层界面上的温度t3。
钢管导热系数为45W/(m?
℃)。
6.在蒸汽管道外包扎有两层厚度相同而导热系数不同的保温层,外层的平均直径为内层的2倍,其导热系数也为内层的2倍。
若将两种材料互换而其他条件不变,试何每米管长的热损失变化多少?
说明在本题情况下,哪一种材料包扎在内层较为合适?
7.常压下空气以15m/s的平均流速在长为4m,管径为Φ60mm×3.5mm的钢管中流动,温度从150℃升高到250℃,试求管壁对空气的对流传热系数。
8.某流体在圆形直管内作强制湍流传热,已知其对流传热系数为500W/(m2?
℃),
现欲使α值提高到750W/(m2?
℃),试问其流速应增加多少倍?
9.在套管换热器中,一定流量的水在内管中流过而被加热,并测得管内水侧对流传热系数为2000W/(m2?
℃).若相同体积流量的某油品通过该换热器内管中而被加热,试求此时
管内油侧的对流传热系数。
假设两种情况下流体均为强制湍流传热。
已知两流体在定性温度下物性如下:
ρ,kg/m3
μ,Pa?
s
cp,kJ/(kg?
℃)
λ,W/(m?
℃)
水
1000
0.54×10-3
4.17
0.65
油品
810
5.1×10-3
2.01
0.15
10.试求绝压为200kPa,流量为3600kg/h的饱和蒸汽冷凝后并降温到49℃时所放出的热量。
11.在套管换热器中,用冷水将硝基苯从85℃冷却到35℃,冷却水进、出口温度分别
为20℃和30℃。
若硝基苯流量为1000kg/h,试求冷却水用量,假设换热器热损失可忽略。
12.在套管换热器中,水以1.0m/s的速度流过套管中的内管,内管内径为25mm、长为4m。
水的进口温度为20℃,管内壁的平均温度为50℃,若管壁对水的平均对流传热系数为3000
W/(m2?
℃),试求水的出口温度。
假设换热器的热损失可忽略。
水的密度取为1000kg/m3,
比热容为4.187kJ/(kg?
℃)。
13.在套管换热器中,冷流体温度由100℃加热到160℃,热流体温度由250℃冷却到
180℃,试计算两流体作并流和逆流时的平均温度差。
14.在一单壳程、双管程的1-2型管壳式换热器中,冷流体的进、出口温度分别为20℃
和50℃,热流体的进、出口温度分别为100℃和60℃,试求传热平均温度差。
15.管壳式换热器管束由Φ25mm×2.5mm的钢管组成。
管内空气侧的对流传热系数为
40W/(m2?
℃),管外水侧对流传热系数为3000W/(m2?
℃),空气侧污垢热阻为0.53×
10-3m2?
℃/W,水侧污垢热阻为0.21×10-3m2?
℃/W,钢的导热系数为45W/(m?
℃),试求基于管内表面的总传热系数Ki和基于管外表的总传热系数Ko。
*16.在一单程管壳式换热器中,管内为某溶液呈湍流流动,流量为15000kg/h,温度
由15℃升到75℃,其平均比热容为4.18kJ/(kg?
℃);壳程为110℃的饱和蒸汽冷凝,并在饱和温度下排出。
已测得总传热系数K0为400W/(m2?
℃),试求传热面积S0。
又若换热器列管管束由136根Φ25mm×2.5mm钢管组成,试求管有效长度。
假设换热器热损失可忽略。
17.在一套管换热器中,管内为冷却水,管间为空气,空气和水的流动均呈湍流状态。
水侧对流传热系数为2000W/(m2?
℃),空气侧对流传热系数为50W/(m2?
℃),污垢热阻和管壁热阻均可忽略。
若水的流量增加一倍,试求总传热系数增加的百分数。
假设空气侧α不变,总传热系数可按平壁计算。
18.在传热面积为20m2的换热器中,用温度为20℃、流量为13200kg/h的冷却水冷却进口温度为110℃的醋酸,两流体呈逆流流动。
换热器刚开始运行时,水出口温度为45℃,
醋酸出口温度为40℃,试求总传热系数Ko。
而在换热器运行一段时间后,若两流体的流量不变,进口温度也不变,而冷水的出口温度降到38℃,试求总传热系数下降的百分数。
水
的比热容可取为4.2kJ/(kg?
℃),换热器的热损失可忽略。
3
60℃加热到80℃,
368根Φ19mm×
2
110W/(m2?
℃),设传热平均温度
19.在1-4型管壳式换热器中,用饱和蒸汽将流量为53m3/h的某油品从
已知油品的密度为800kg/m3,比热容为2.0kJ/(kg?
℃),换热器的管束由2mm的管子所组成,每根管子长度为6m。
若基于管外表面的总传热系数为冷凝水在饱和温度下排出,换热器的热损失可忽略,试求饱和蒸汽的温度。
差可按算术平均值计算。
*20.有一单程管壳式换热器,传热面积S0为4m2,列管直径为Φ25mm×2.5mm。
用温度为25℃水将油由200℃冷却至100℃,水走管内,油走管间,并呈逆流流动。
已知水和油的流量分别为1200kg/h和1400kg/h,其比热容分别为4.18kJ/(kg?
℃)和2.0kJ/(kg?
℃);水侧和油侧的对流传热系数为1800W/(m2?
℃)和200W/(m2?
℃)。
污垢热阻和管壁热阻均可忽略,换热器的热损失也可忽略。
试校核该换热器是否合用?
若不合用试定性分析应采取什么措施使该换热器合用。
*21.有一管壳式换热器,管束由300根Φ25mm×2.5mm钢管组成,管长为2m.管内为常压空气流过,其流量为8000kg/h,进、出口温度为20℃和85℃,壳方为108℃的饱和蒸汽冷凝,并在同温度下排出。
若蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2?
℃),管壁热阻和污
垢热阻均可忽略,换热器的热损失也可忽略。
空气在定性温度下物性如下:
cp为1kJ(kg?
℃),μ为1.98×10-5Pa?
s,λ为2.85×10-2W/(m?
℃),试求:
(1)空气在管内的对流传热系数;
(2)总传热系数Ko;
(3)校核该换热器能否满足要求。
22.有一套管换热器,内管为Φ57mm×3.5mm、外管为Φ108mm×4mm的钢管。
苯以流量3.5×103kg/h在内管内流过,进、出口温度为50℃和80℃,苯的密度可取为880kg/m3。
饱和蒸汽在外管内冷凝,饱和蒸汽绝压为2.00℃,并以饱和水排出。
若蒸汽冷凝传热系数可取为1×104W/(m2?
℃),内管内侧污垢热阻可取为3.510-4(m2.℃)/W,内管管壁热阻及内管外侧污垢热阻均可忽略,换热器的热损失也可忽略,试求:
(1)加热蒸汽用量;
(2)套管的有效长度;
(3)若加热蒸汽绝压降到140kPa,此时苯出口温度t2如何变化?
(假设总传热系数不变,传热平均温度差可按算术平均温度差计算)
23.有一管壳式换热器,110℃的饱和蒸汽在壳方冷凝为同温度下的水,管内为一定流量的气体呈湍流流动,其温度从30℃加热到50℃。
现因气体流量增加,而加热蒸汽温度和气体进口温度均不变,气体出口温度降到48℃,试求气体流量为原流量的倍数。
假设管壁热阻、
污垢热阻及换热器的热损失均可忽略。
两种情况下气体物性可视为不变。
提示:
K≈αi,αi∝W0.8c。
24.在一管壳式换热器中,壳方用110℃饱和蒸汽冷凝,以加热管方呈湍流流动的空气,空气的温度由30℃升高到45℃,若空气的流量增加0.5倍,试求空气出口温度。
假设管壁热阻、污垢热阻及热损失均可忽略。
(计算中可作合理的假设)
25.在一单程管壳式换热器中,用饱和蒸汽加热油品。
壳方为160℃的饱和蒸汽冷凝为
同温度的水。
油品在管方呈湍流流动,并由20℃加热到110℃。
换热器的热负荷为12.5×1032-32W,蒸汽冷凝传热系数为7000W/(m2?
℃),油侧污垢热阻为0.5×10-3m2?
℃/W,管壁热阻及蒸汽侧污垢热阻可忽略,换热器的热损失也可忽略。
换热器的管束由25根Φ19mm×2mm的管子组成,管长为4m。
试求:
(1)管内油侧对流传热系数;
(2)若油的流速增加一倍,保持油的进、出口温度不变,求饱和蒸汽的温度。
参考答案
、填空题
热传导热对流热辐射
1、
2、
3、
4、
5、
6、
单位温度差下热传导热通量或热传导能力的大小金属的λ>非金属固体λ>液体λ>气体λ液体温度和壁面温度差流体物性流动状况和原因
W/m℃
Q=αs△t
层流内层提高液体的流速l
传热面的形状和分布
7、热流方向0.40.3
cp
8、
9、
对流传热系统的准数膜状冷凝液状冷凝11、间壁两侧流体传热的总热阻
12、管程原油
14、套管式管壳式
、选择题
A
13、平板式等
物性影响的准数
10、自然对流泡核沸腾膜状沸腾设法减小起决定作用的分热阻U型浮头式
15、空气
带补偿圈的固定管板式
蒸汽
1、
2、B3、
D4、A
5、B6、
B7、C8、B9、C10、B
1、
2、
3、
4、
6、
7、
计算题
2
⑴q=343.7W/m2
⑵t3=232℃⑶q=730W/m2
λ1=1.38W/m℃λ2=1.07W/m℃
Q
5、L=191.4W/mt3=131.2℃导热系数小的材料在内层
44.8W/m2℃
⑴t2=890℃
减少42.4℃
Q=68.7kWq=1.25q
i
10、
13、
15、
Q=2500kWtm并64.5℃
Ki38.4W/m2
17、
约增加1%
⑵t=89.1℃
8、1.66倍
i213W/m2℃
11、Wc1925kg/h
tm逆84.9℃
Ko30.7W/m2
℃,
Ko
18、
504W/m℃
12、
14、
t231.2℃tm40℃
16、L=4.07m
19、T=102.5℃20、不合用
(2)Ko71.5W/m2℃
可增大冷却水用量
3)可满足要求
(2)L=9.34m(3)t275.3℃
25、
(1)i358W/m℃
23、1.83倍
2)T=186℃
Ko值下降49.3%
90W/m2℃
22、
(1)Wh=88.6kg/ht244℃
21、
(1)i
24、
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