化工原理 第五章 传热.docx
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化工原理第五章传热
第五章传热
一、基本知识
1.下列关于传热与温度的讨论中正确的是。
①绝热物系温度不发生变化
②恒温物体与外界(环境)无热能交换
③温度变化物体的焓值一定改变
④物体的焓值改变,其温度一定发生了变化
2.下列关于温度梯度的论断中错误的是。
①温度梯度决定于温度场中的温度分布
②温度场中存在温度梯度就一定存在热量的传递
③热量传递会引起温度梯度的变化
④热量是沿温度梯度的方向传递的
3.传热的目的为。
①加热或冷却②换热,以回收利用热量③保温④萃取
4.根据冷、热两流体的接触方式的不同,换热器包括()等类型。
①直接混合式②蓄热式③间壁式④沉降式
5.热量传递的基本方式为。
①热传导(简称导热)②对流传热③热辐射④相变传热
6.下列有关导热系数论断中正确的是——。
①导热系数λ是分子微观运动的一种宏观表现
②导热系数λ的大小是当导热温差为l℃、导热距离为1m、导热面积为lm2时的导热量,故λ的大小表示了该物质导热能力的大小,λ愈大,导热越快
③一般来说,金属的导热系数数值最大,固体非金属次之,液体较小,气体最小
④大多数金属材料的导热系数随温度的升高而下降,而大多数非金属固体材料的导热系数随温度的升高而升高
⑤金属液体的导热系数大于非金属液体的导热系数,非金属液体中除水和甘油外,绝大多数液体的导热系数随温度的升高而减小,一般情况下,溶液的导热系数低于纯液体的导热系数
⑥气体的导数系数随温度的升高而增大,在通常压力下,导热系数与压力变化的关系很小,故工程计算中可不考虑压力的影响
7.气体的导热系数值随温度的变化趋势为。
①T升高,λ增大②T升高,λ减小
③T升高,λ可能增大或减小④T变化,λ不变
8.空气、水、金属固体的导热系数分别为λl、λ2、λ3,其大小顺序。
①λl>λ2>λ3②λl<λ2<λ3③λ2>λ3>λl④λ2<λ3<λl
9.水银、水、软木的导热系数分别为λl、λ2、λ3其大小顺序为。
①λl>λ2>λ3②λl<λ2<λ3③λl>λ3>λ2④λ3>λl>λ2
10.下列比较铜、铁、熔化的铁水三种物质导热系数的大小论断中正确的是。
①铜的导热系数最大,铁水的最小
②铁水导热系数最大,铁的最小
③铜的导热系数最大,铁的最小
④铁的导热系数最大,铁水的最小
11.对于通过多层壁的定态导热过程而言,下列论断中正确的是。
①传热推动力和热阻是可以加和的,总热阻等于各层热阻之和,总推动力等于各层推动力之和
②哪层热阻大,哪层温差大;反之,哪层温差大,哪层热阻一定大
③通过每层壁面时热量均相等
④温差确定后减少阻力就可强化传热,可通过减少壁厚或增加导热系数和平壁面积来达到
12.多层平壁定态热传导时,各层的温度降与各相应层的热阻。
①成正比②成反比③没关系④不确定
13.对由三层平壁组成的多层平壁稳定热传导而言,若三层的传热推动力⊿t1>⊿t2>⊿t3,则三层平壁的传热阻力R1、R2、R3之间的关系为。
①R1>R2>R3②Rl
14.双层平壁稳定热传导,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△tl>△t2,则λl和λ2的关系为。
①λl<λ2②λl>λ2③λl=λ2④无法确定
15.由厚度都相同的平壁组成的三层平壁而言,若λl>λ2>λ3,则热阻Rl、R2、R3之间的关系为。
①Rl>R2>R3②Rl
16.通过三层平壁的稳定导热过程如图5-1所示,由该图可判断()导热系数最大。
①第一层
②第二层
③第三层
④不能断定
图5-1
17.据上题图,若比较第一层的热阻Rl与第二、三层的热阻(R2+R3)的大小,则正确的是。
①Rl>(R2+R3)②R1<(R2+R3)③R1=R2+R3④无法比较
18.对于三层圆筒壁的稳定热传导而言,若Q1、Q2、Q3为从内向外各层的导热量,则它们之间的关系为。
①Ql>Q2>Q3②Q3 19.某燃烧炉炉壁内外表面温度分别为t1、t2,今在炉壁外表面加一层保温层,炉壁内外表面的温度变化为T1、T2。 下列的判断中正确的是 ①T1=T2,T1-T2>t1-t2 ②T1>T2,T1-T2>t1-t2 ③T1 ④⑴、⑵、⑶以外的其他判断 20.由傅里叶定律,可以定义出对流传热系数λ;由牛顿冷却定律,可以定义出对流传热系数α。 对于λ及α的下列认识正确的是。 ①λ和α皆为物质的热物理性质 ②λ和α具有相同的因次 ③α和λ不一样,仅λ为物质的热物理性质 ④α和λ不一样,仅α为物质的热物理性质 21.传热中的相似准数有努塞尔准数Nu、雷诺准数Re、普朗特准数Pr、格拉斯霍夫准数Gr,大空间内无相变的自然对流传热现象可由其中的()来描述。 ①Re、Pr、Gr②Pr、Gr、Nu③Nu、Re、Pr④Nu、Re 22.设水在一圆直管内呈湍流流动,在稳定段处,其对流传热系数为αl;若将水的质量流量加倍,而保持其他条件不变,此时的对流传热系数α2与α1。 的关系为。 ①α2=αl②α2=2αl③α2=20.8αl④α2=20.4αl 23.下列准数中反映的物体物性对对流传热影响的是。 ①Nu②Re③Pr④Gr 24.下列准数中反映自然对流对对流传热影响的是。 ①Nu②Re③Pr④Gr 25.下列准数中反映流动状态和湍流程度对对流传热影响的是 ①Nu②Re③Pr④Gr 26.对于对流给热过程的准数关联式Nu=f(Re,Pr,Gr)而言,根据不同情况可作 适当简化。 (1)当流体的流动是属强制对流时,可忽略上述准数关联式中的。 (2)当只是在自然对流状态下进行传热时,可忽略上述关联式中的。 ①Nu②Re③Pr④Gr 27.有关特征尺寸论断中正确的是。 ①特征尺寸是指对给热过程产生直接影响的几何尺寸 ②对管内强制又寸流给热,若为圆管,特征尺寸取管径d;如非圆形管,通常取当量直径de,de=4×流动截面积/润湿周边长 ③对大空间内自然对流,因加热面高度对自然对流的范围和运动速度有直接的影响,故取加热(或冷却)表面的垂直高度为特征尺寸 28.下列有关定性温度论断中正确的是。 ①选用的用以确定流体物性参数的温度称为定性温度 ②有时可用流体进出口的平均温度作为定性温度 ③有时可用流体进出温度的平均值和壁面平均温度两者的平均值作为定性温度 ④如何选取定性温度取决于建立关联式时所用的方法 29.对由外管内径dl,内管外径为d2组成的套管而言,其传热当量直径为。 ①(d12-d22)/d2②(d12-d22)/d1③(d12-d22)/2④(d12-d22)/4 30.对由外管内径dl,内管外径为d2组成的套管而言,按润湿周边计算而得的当量直径为。 ①(dl+d2)/2②dl+d2③dl-d2④d2-dl 31.换热器中任一截面上的对流传热速率=系数×推动力,其中推动力是指。 ①两流体温差度(T-t)②冷流体进出口温度差(t2-t1) ③热流体进、出口温度差(T2-T1)④液体温度和管壁温度差(T-Tw)或(tw-t) 32.液体在圆形直管内作强制湍流时,其对流传热系数α与雷诺准数Re的几次方成正比,其中n的值为。 ①0.5②0.8③1④2 33.对低于或高于环境温度下操作的化工设备和管道常需要保温,下列见解中正确的是。 甲: 无论保温层厚薄,只要加保温层,设备和管道与环境的热交换必定减少,保温效果总是好的。 乙: 保温层加厚,热量(或冷量)就不易从设备和管道散失,经济上总是划得来的。 ①甲对t②乙对③甲、乙均不对④甲、乙均对 34.用电炉将一壶水自常温加热至沸腾,继而加热使水蒸发。 下列分析中正确的是。 ①水从加热到沸腾再到蒸发,全过程均为不稳定传热 ②上述全过程为稳定传热 ③水在汽化之前的加热过程为不稳定传热,水的蒸发过程接近稳定传热 ④水的加热过程为稳定传热,蒸发过程则是不稳定传热 35.工业生产中,沸腾传热操作应设法保持在。 ①自然对流区②泡核沸腾区③膜状沸腾④过渡区 36.对于大容积饱和沸腾过程,下列强化沸腾装置效率措施中有效的是。 甲: 提高热源的功率。 乙: 向沸腾液体中加入某种降低沸腾液表面张力的添加剂。 丙: 使液体受热表面粗糙化。 ①甲、乙措施不一定能起作用②乙、丙措施不一定能起作用 ③丙、甲措施不一定能起作用④甲、乙、丙都不一定能起作用 37.从传热角度来看,工业锅炉与工业冷凝器的设计是依据()现象来考虑的。 ①核状沸腾及膜状冷凝②膜状沸腾及膜状冷凝 ③核状沸腾及滴状冷凝④膜状沸腾及滴状冷凝 38.有关液体沸腾给热论断中正确的有。 ①液体沸腾给热属于有相变的给热过程 ②液体沸腾给热的主要特征是液体内部有气泡产生 ③液体沸腾给热时,气泡的生成和脱离对紧贴加热表面的液体薄层液体产生强烈的扰动,使热阻大大降低,故沸腾给热的强度大大高于无相变化的对流给热 ④根据大容积饱和沸腾曲线,可将整个过程分为表面汽化阶段、核状沸腾阶段和膜状沸腾阶 ⑤核状沸腾具有给热系数大、壁温低的优点;膜状沸腾具有给热系数小、壁温高的特点,故为了安全高效运行起见,工业沸腾装置应在核状沸腾下操作 ⑥采用机械加工或腐蚀的方法将金属表面粗糙化,或在沸腾液体中加入某种少量的添加剂(如乙醇、丙酮、甲基乙基酮等)改变沸腾液体的表面张力,均可强化沸腾给热 39.有关蒸气冷凝给热论断中正确的是。 ①蒸气冷凝给热是有相变的给热过程 ②纯物质饱和蒸气在冷凝给热时汽相不可能有温度梯度,即汽相内不存在任何热阻 ③蒸气冷凝给热时其冷凝给热的热阻几乎全部集中于冷凝液膜内 ④工业上通常用饱和蒸气作为加热介质的原因有二: 一是饱和蒸气有恒定的温度,二是它有较大的给热系数 ⑤冷凝液在壁面上的存在和流动方式有两种类型: 膜状和滴状 ⑥尽管滴状冷凝的给热系数比膜状冷凝的给热系数大5倍~l0倍,但工业冷凝器的设计都是按膜状冷凝考虑的 ⑦蒸气冷凝给热时,如果存在不凝性气体,则过程的冷凝给热系数必下降,为减少不凝气体的不良影响,都设有排放口,定期排放不凝性气体 ⑧当蒸气速度较大时,有必要考虑流速对给热系数的影响 ⑨对于垂直壁面,在其上开若干纵向沟槽使冷凝液沿沟槽流下,或沿垂直壁装若干条金属丝,都可强化冷凝给热 40.在通常操作条件下的同类换热器中,设空气的对流传热系数为αl,水的对流 传热系数为α2,蒸气冷凝的传热系数为α3,则。 ①αl>α2>α3②α2>α3>αl③α3>α2>αl④α2>αl>α3 41.下列论断中正确的有。 ①任何物体,只要其绝对温度不为零度,都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量,同时,又不断吸收来自外界其他物体的辐射能 ②热辐射可以在真空中传播,无须任何介质 ③当外界的辐射能投射到物体表面上时,将会发生吸收、反射和穿透现象 ④一般来说,固体和液体不允许热辐射透过,而气体则对热辐射几乎没有反射能力 ⑤物体的黑度不单纯是颜色的概念,它表明物体的辐射能力接近于黑体的程度 ⑥任何实际物体只能部分地吸收投入其上的辐射能,并且对不同波长的辐射能呈现出一定的选择性 42.下列论断中正确的是。 ①从理论上讲,固体可同时发射波长为从0→∞的各种电磁波 ②吸收率等于l的物体称为黑体 ③黑体的辐射能力,即单位时间单位黑体表面向外界辐射的全部波长的总能量,服从斯蒂芬--玻耳兹曼定律: Eb=δ0T4 ④对各种波长辐射均能同样吸收的理想物体称为灰体,并且同一灰体的吸收率与其黑度在数值上必相等,这表明物体的辐射能力越大其吸收能力也越大,即善于辐射者必善于吸收 ⑤计算两黑体间辐射传热的关键是角系数西Ф1和Ф2的求取。 对于相距很近的平行黑体平板,若两平板的面积相等且足够大,则Ф1=Ф2=1 ⑥影响固体辐射传热的主要因素有: 温度、几何位置、表面黑度及辐射表面之间的介质等 43.为了减少室外设备的热损失,保温层外包的一层金属皮应该是。 ①表面光滑,色泽较浅②表面粗糙,色泽较深 ③表面粗糙,色泽较浅 44.下列关于换热设备的热负荷及传热速率说法中错误的是。 ①热负荷决定于化工工艺的热量衡算 ②传热速率决定于换热设备、操作条件及换热介质 ③热负荷是选择换热设备应有的生产能力的依据 ④换热设备应有的生产能力由传热速率确定 45.下列有关传热方面论断正确的是。 ①在定态条件下,串联传热过程的推动力和阻力具有加和性 ②对于串联传热过程而言,原则上减少任何环节的热阻都可提高传热系数,增大传热过程的速率,但若存在最大热阻的控制步骤时,在考虑传热强化时,必须着力减少控制步骤的热阻 ③当流体并流或存在相变化时,传热基本方程式仍然适用 ④当冷热流体的进出口温度相同时,逆流操作的平均推动力总是大于并流,因而传递同样的热流量,所需的传热面积较小 ⑤对于热敏性物料或某些高温换热器而言,一般采用并流操作,这是因为并流操作可避免出口温度过高而影响产品质量或避免逆流高温操作因冷却流体的最高温度t2和T1集中在一端,将使该处的壁温升高特别多,从而影响其使用寿命 ⑥在用工业用水作为冷却剂时,冷却用水出口温度t2不宜过高(一般不高于45℃),这是因为工业水中含有许多盐类(主要是CaC03、MgC03、CaS04、MgS04等),它们的溶解度随温度的升高而减少,出口温度太高,盐类折出,将有导热性能很差的垢层生成,从而恶化传热过程 ⑦在可能的情况下,传热过程中管内、管外部必须尽量避免层流状态 图5—2 46.在将并流操作的换热过程改为逆流操作时,若调节冷热流体流量,控制它们各自的温度改变仍和并流操作时一样(见图5—2)以下结论中错误的是。 甲: 两种操作的平均换热温差相同。 乙: 两种操作的设备换热能力相同。 丙: 两种操作的设备传热系数相同。 ①甲、乙②乙、丙③丙、甲④甲、乙、丙 47.间壁二侧流体的传热过程αl、α2值相差较大(αl<<α2),K值总是接近()那侧的。 ①αl②α2③难以确定 48.在列管换热器中,用饱和蒸气加热空气,下面两项判断中正确的是。 甲: 传热管的壁温将接近加热蒸气温度 乙: 换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数 ①甲、乙均合理②甲、乙均不合理 ③甲合理、乙不合理④乙合理、甲不合理 49.间壁式换热器的类型有。 ①夹套式②喷淋式③套管式 ④管壳式⑤沉浸式蛇管换热器 50.根据所采取的温差补偿措施的不同,管壳式换热器又包括以下几种主要类型。 ①固定管板式②浮头式③V型管式 51.强化管式换热器包括有。 ①翅片管②螺旋槽纹管③缩放管④静态混合器⑤折流杆换热器 52.在管壳式换热器内,冷热流体的流动通道可依据以下原则中的()选择。 ①不洁净和易结垢的液体宜走管程,因管内清洗方便 ②腐蚀性流体宜在管程,以免管束和壳体同时受到腐蚀 ③压强高的流体宜在管内,以免壳体承受压力 ④饱和蒸气宜走壳程,因饱和蒸气较清净,给热系数与流速无关而且冷凝液容易排出 ⑤被冷却的流体宜走壳程,以便于散热 ⑥若两流体的温度差较大时,要使传热系数较大的流体走壳程,以使管子和壳体的温度较为接近,减少热应力 ⑦流量小的流体应走管程,从而提高流速,增大传热系数。 但若流体的量虽少而黏度却很大,则应走壳程,因在壳程中流体的流向和流速多次改变,在较低Re数下即可达到湍流 53.对于换热器中无相变的流体的传热过程而言,减小热阻,提高总传热系数K的措施有 ①增加列管换热器的管程数和壳体中的挡板数 ②使用翅片管换热器 ③在板式换热器的板面上压制各种沟槽 ④在管内或管外适当装入由各种金属的条带、片或丝绕制或扭曲成的螺旋形添加物,如麻花铁、螺旋线、螺旋带等 ⑤采用导热系数较大的流体以及传热过程中有相变化的载热体 54.如图5-3所示两换热器,冷热流体的进出口温度相同,则它们的平均传热温差(Δtm)的大小关系为。 ①(Δtm)并>(Δtm)逆③(Δtm)并=(Δtm)逆 ③(Δtm)并<(Δtm)逆④无确定的关系 图5-3 55.下列关于流体在换热器中走管程或走壳程的安排中不一定妥当的是。 ①流量较小的流体宜安排走壳程 ②饱和蒸气宜安排走壳程 ③腐蚀性流体以及易结垢的流体宜安排走管程 ④压强高的流体宜安排走管程 56.工业上壳管换热器用于: Ⅰ、水一水换热;Ⅱ、气一水换热;Ⅲ、饱和蒸气--水换热三种情况。 有关总传热系数K正确的是。 ①Ⅰ最大,Ⅱ其次②Ⅱ最大,Ⅲ其次 ③Ⅱ最大,Ⅰ其次④工最大,Ⅲ其次 57.蒸发操作的目的是。 ①获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品 ②脱除溶剂并增浓至饱和状态,然后再加以冷却,即采用蒸发、结晶的联合操作以获得固体溶质 ③脱除杂质,制取纯净的溶剂 58.清除低蒸发器垢层热阻的方法有。 ①定期清理②加快流体的循环运动速度 ③加入微量阻垢剂④处理有结晶析出的物料时加入少量晶种 59.为提高高蒸气的利用率,可供采取的措施有。 ①多效蒸发②额外蒸气的引出 ③二次蒸气的再压缩,再送入蒸发器加热室 ④蒸发器加热蒸气所产生的冷凝水热量的利用 60.蒸发器中溶液的沸点不仅取决于蒸发器的操作压强,而且还与()等因素 有关。 ①溶质的存在②蒸发器中维持的一定液位③二次蒸气的阻力损失 二、填空 1.间壁式换器的传热过程是、、。 2.金属的导热系数λ大约为kca]/(m·h·℃),液体的λ大约为k/cal(m·h·℃),气体的λ大约为kcal/(m·h·℃)。 3.平壁稳定热传导过程,通过三层厚度相同的材料,每层间温度变化如图5-4所示,则λl、λ2、λ3的大小顺序为,每层热阻的大小顺序为。 4.某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B,某温度曲线如图5—5所示,则A层导热系数B层导热系数,将层材料放在里层时保温效果较好。 图5-4图5—5 5.沸腾传热可分为三个区域,它们是、和。 应维持在区内操作。 6.用饱和蒸气加热水,经过一定时间后,发现传热的阻力迅速加大,这可能是由 于所引起。 7.常见的蒸气冷疑方式为膜状冷凝和。 8.液体沸腾现象的两种基本表现形式为膜状沸腾和。 9.饱和蒸气冷凝时,传热膜系数突然下降,可能的原因为,解决的措施为。 10.某一套管换热器用管间饱和蒸气加热管内气,设饱和蒸气温度为100℃,空气进口温度为20℃,出口温度为80℃,问此套管换热器内壁温度是。 ①接近空气的平均温度②接近饱和蒸气与空气的平均温度 ③接近饱和蒸气的温度④接近室温 11.两台设备(如图5—6所示),A的夹套中通过蒸气加热,B中通冷却水, 则蒸气的流动方向为, 而水的流动方向为。 图5—6 12.列管式换热器中,用饱和水蒸气加热空气,则传热管的壁温接近,总传热系数K的值接近。 13.固定管板式列管换热器中,压力高、腐蚀性以及不清洁的物料应走程。 14.有相变时的对流传热系数比无相变时,黏度μ值大,对流给热系数,热壁面在冷空气之下比热壁面在冷空气之上时对流传热系数。 15.当设计一台用饱和蒸气加热空气的列管式换热器时,宜在管内流动。 16.下面各组传热膜系数a的数值大小(饱和蒸气的压力相同)为: (1)α空气α水 (2)α水蒸气冷凝α水加热或冷却 (3)α弯管α直管(4)α水蒸气滴状冷凝α水蒸气膜状冷凝 17.套管换热器的总传热速率方程的表达式为;以外表面积为基准的总传系数K0的计算式为(忽略垢层热阻)。 18.Q=Cpm△t,和Q=kA△t二式中的Q的区别为,△t的区别为。 19.有两台同样的管壳式换热器,拟作气体冷却器用,在气、液流量及进口温度一定时,为使气体温度降到最低,采取流程为。 ①气体走管外,气体并联逆流操作 ②气体走管内,气体并联逆流操作 ③气体走管内,气体串联逆流操作 20.写出两种带有热补偿的列管式换热器的名称: ;。 21.对于某些热敏性物料的加热而言,为避免出口温度过高而影响产品质量,冷热流体采用操作。 22.一套管式换热器,管内走液体,管间走蒸气,由于流体入口温度下降,在流量不变的情况下,为仍达到原来的出口温度(此设备再提高压力强度已不允许),采取简便有效的措施为。 ①管内加麻花铁②提高壳程数③减少壳程数④换封头 23.多程列管式热交换器的壳程中常装有一定数目与管束相垂直的折流挡板(简称挡板),其目的是。 24.一套管式换热器,用水冷却油,水走管内,油走管外,为强化传热,加翅片,问翅片加在管的侧,理由为。 25.对管壳式换热器,当管束和壳体温差超过时,应采取适当的温差补偿措施。 ①60℃②50℃③40℃④30℃ 26.写出三种非循环型蒸发器的名称: 、、,这种类型的蒸发器特别用于。 27.蒸发过程的实质是。 28.大多数工业蒸发所处理的是水溶液,热源是,产生的仍是,两者的区别是不同。 29.工业上常用的蒸发器有、和。 30.通常将lkg水蒸气所能蒸发的水量(W/D)称为。 31.一般定义单位传热面的蒸发量称为蒸发器的。 32.测得某碱液蒸发器中蒸发室内二次蒸气的压强为p,碱液沸点为t。 今若据p去查水的汽化潜热rp与据t去查水的汽化潜热rt,可断定rp与rt的相对大小为。 ①rp>rt②rp
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