化工原理答案传热
化工原理答案传热
Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
第四章 传
热
热传导
【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==
计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=?016℃
(1757530025005016016)
t --= ..145
025********t =?+=℃
【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木
做成的。软木的热导率λ= W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，
试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==?=， 则单位表面积的冷量损失为
【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图
热传导的热量 .28140392Q I V W =?=?=
.().()
12392002
002280100Qb A t t λ?=
=
-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
(2) 若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。
习题4-1附图
习题4-3附图
解 (1)确定绝热层的厚度2b
温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。
绝热砖层厚度2b 的计算
每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为.20232046b m =?=．。
(2) 计算普通砖层的外侧壁温4t
先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度3t
3t 小于130℃，符合要求。
通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温4t 。
【4-5】有直径为382mm mm φ?的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm 的水垢，水垢的热导率λ=(m·℃)。试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍[黄铜的热导率λ=110W/(m·℃)]。
解 因
38
232
<，因算术平均半径计算导热面积。管长用L 表示。黄铜管的热阻为
水垢的热阻为
(0001)
11630033L
π=
??
......垢铜
0001
11630033
51600021100036
R R ?==?倍
【4-6】某工厂用1705mm mm φ?的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm 的矿渣棉，其热导率为./()W m K ?0065；第二
层为厚
30mm 的石棉灰，其热导率为./()W m K ?021。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m 。试求该管路的散热
量。
解
【4-7】水蒸气管路外径为108mm ，其表面包一层超细玻璃棉毡保
温，
习题4-4附图
习题4-5附图
其热导率随温度/℃t 的变化关系为../()0033000023t W m K λ=+?。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过
/160W m 。试确定所需保温层厚度。
解 保温层厚度以b 表示 已知/12150℃,50 160t t q W m ===℃, 解得保温层厚度为
保温层厚度应不小于13.3mm
对流传热
【4-8】冷却水在192mm mm φ?，长为2m 的钢管中以1m/s 的流速通过。水温由15℃升至25℃。求管壁对水的对流传热系数。
解 .,,/,,120015 2 1 15℃ 25℃d m l m u m s t t ===== 水的平均温度 121525
2022
m t t t ++=
==℃ 查得20℃时水的密度./39982kg m ρ=，黏度.3100410Pa s μ-=??，热导率λ=×10-2
W/(m·℃)，普朗特数Pr .702=。 .2
133600015
l
d =
=> 雷诺数 ..Re ..43
001519982
14910100410
du ρ
μ
-??=
=
=?? 湍流 对流传热系数的计算，水被加热，Pr 的指数.04n = =4367 W/(m 2·℃)
【4-9】空气以4m s ／的流速通过..755375mm mm φ?的钢管，管长5m 。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，钢管内壁的平均温度为多少。
解 已知/,.,,,124 0068 5 32 68℃u m s d m l m t t =====℃ (1)对流传热系数α计算 空气的平均温度 3268
502
m t +=
=℃ 查得空气在50℃时的物性数据./31093kg m ρ=，
Pr 0698=．，空气被加热，Pr 的指数04n =．
雷诺数
..Re ..45
006841093
1521019610
du ρ
μ
-??=
=
=?? 湍流 对流传热系数 . .Re Pr 0804
0023d
λ
α=．
(2)空气流速增加一倍，对流传热系数'α为
(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，计算钢管内壁平均温度 用式w m Q A t t α=-（）计算钢管内壁的平均温度w t 。 已知空气进出口平均温度 50m t =℃
在第(1)项中已计算出对流传热系数 ./()2184W m α=?℃ 钢管内表面积为 ..200685107A dl m ππ==??= 钢管内壁平均温度 (578)
50794184107
w w Q t t A α=+
=+=?℃ 【4-10】温度为10℃、压力为的空气，以/10m s 的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。列管式换热器的外壳内径为190mm ，其中装有37根的192mm mm φ?钢管，钢管长度为2m 。试求钢管外表面对空气的对流传热系数
α。
解 已知空气压力.1013kPa ρ=，温度,1210℃ 30℃t t ==， 空气的平均温度 1030
202
m t +=
=℃ 查得空气在20℃的物性数据为：密度./31128kg m ρ=，比热容
./(3100510℃)p c J kg =??，热导率22.7610()／℃W m λ-=??，黏度.519110Pa s μ-=??，普朗特数
Pr .0699=，空气被加热，Pr 的指数.04n =
空气流动的截面积
()..2
2019
3700194
π
-?
湿润周边 (.)019370019π+?．
当量直径 (..)
.(..)2240193700194
00255019370019e d π
π?
-?==+?
已知空气的流速 /10u m s = 雷诺数 .Re ..450.025*******
==1511019110
e d u ρμ-??=
?? 湍流 对流传热系数
【4-11】有一套管式换热器，内管为.3825mm mm φ?，外管为573mm mm φ?的钢管，内管的传热管长为2m 。质量流量为/2530kg h 的甲苯在环隙中流动，进口温度为72℃，出口温度为38℃。试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。
解
甲苯的温度 ,1272℃ 38℃T T ==，平均温度127238
5522
m T T T ++=
==℃ 甲苯在55℃的物性数据有：密度/3830kg m ρ=，比热容./()318310℃p c J kg =??，热导率λ=(m·℃)，黏度.44310Pa s μ-=??
甲苯的质量流量 /12530 m q kg h =
体积流量 //./v m q q m h ρ===3112530830305 甲苯在环隙中的流速u 计算
套管的内管外径10038d m =．，外管内径.20051d m =， 流速 .
./(..)
u m s π
==?
?-2
2
305
0933 3600005100384
甲苯对内管外表面的对流传热系数α计算
套管环隙的当量直径 21005100380013e d d d m =-=-=．．．
..Re ..44
00130933830
234104310
e d u ρ
μ
-??=
=
=?? 湍流 甲苯被冷却 .03n =
【4-12】 甲苯在一蛇管冷却器中由70℃冷却到30℃，蛇管由.4525mm mm φ?的钢管3根并联而成，蛇管的圈径为0.6m 。若甲苯的体积流量为/m h 33，试求甲苯对钢管内表面的对流传热系数。
解 甲苯的温度,T T =1270℃ =30℃ 平均温度 7030
50℃2
m T +=
= 甲苯在50℃时的物性数据为：密度/3836kg m ρ=，黏度.44410Pa s μ-=??，热导率
0.129()／℃W m λ=?，比热容./()317710℃p c J kg =??
甲苯在3根并联蛇管中的流速u 计算 体积流量 /v q m h =33，蛇管内径.004d m =，
流速 /./.(.)2233600
022*********
3
4
V
q u m s d π
=
=
=???
雷诺数 Re ..44
0040221836
=168104410
du ρ
μ
-??=
=
??．． 湍流 普朗特数 .. Pr ..34
1771044106040129
p c μ
λ-???===
弯管效应校正系数 . (004)
1177117712403
R d
R ε=+=+?= 对流传热系数α计算 甲苯被冷却 .03n = ()....(.) (03)
4080129002316810604124379004
=?
????= W/(m 2·℃) 【4-13】质量流量为1650kg/h 的硝酸，在管径为.8025mm mm φ?、长为3m 的水平管中流过。管外为300kPa （绝对压力）的饱和水蒸气冷凝，使硝酸得到.43810W ?的热量。试求水蒸气在水平管外冷凝时的对流传热系数。
解 在计算水蒸气在水平管外冷凝的对流传热系数α时，需要知道管外表面温度
w t 。
如何假设w t
水蒸气冷凝的α值一般为~()500015000／℃W m ?
按题意，饱和水蒸气冷凝传给硝酸的热量为.43810Q W =? 取()1000／℃W m α=?，估算壁温度w t
300kPa （绝对压力）时，水蒸气的饱和温度.s t =1333℃。 用式()s w Q A t t α=-估算壁温度w t 先假设128w t =℃
定性温度为膜温 .
1333128
131℃22
s w t t t ++=== 冷凝水膜的物性参数 /3934 kg m ρ= .1333s t =℃
℃时水的比汽化热 /3216810 r J kg =? 水蒸气在水平管外冷凝的α值计算 用式()s w Q A t t α=-计算Q 值
此Q 值大于硝酸吸收的热量，说明假设的w t 偏小。 重新用()211558／℃W m α=?估算w t 。 假设129℃w t =
膜温 .1333129
131℃22
s w t t t ++=
== 与前面计算的膜温基本一样，故冷凝水膜的物性数据也一样，只是α计算式中的
..133312943s w t t t ?=-=-=不同。
α值计算
用()211216／℃W m α=?验算壁温 与前面假设的相同。
【4-14】水在大容器内沸腾，如果绝对压力保持在200p kPa =，加热面温度保持130℃，试计算加热面上的热流密度q 。
解 ,.,200 1202 130℃s w p kPa t t ===℃ 水沸腾的对流传热系数α计算 加热面上的热流密度q
两流体间传热过程的计算
【4-15】载热体的流量为/1500kg h ，试计算下列各过程中载热体放出或吸收的热量。(1) 100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水；(2)苯胺由383K 降温至283K ；(3)比热容为./()377kJ kg K ?的NaOH 水溶液从290K 加热到370K ； (4)常压下20℃的空气加热到150℃；(5)绝对压力为250kPa 的饱和水蒸气，冷凝冷却成40℃的水。
解 /m q kg s =
1500
3600
(1) 水蒸气冷凝 比汽化热/2258r kJ kg = 放热量 m Q q r kW ==
?=1500
2258941 3600
(2) 苯胺 平均温度 383283
3332
m T K +=
=
比热容 ./()219p c kJ kg K =?
放热量 ()()..121500
=
219383283913 3600
m p Q q c T T kW =-??-=
(3) NaOH 水溶液 比热容()./377p c kJ kg K =? 吸热量 ()().121500
377370290126 3600
m p Q q c T T kW =-=??-=
(4) 空气加热平均温度20150
852
m t +=
=℃ 比热容 ()./1009 p c kJ kg =?℃ 吸热量 ()()..211500
=
1009150205473600
m p Q q c t t kW =-??-=
(5) 饱和水蒸气250p kPa =，饱和温度.s t =1272℃，比汽化热/2185r kJ kg =， 冷凝水从.1272℃s t =降至240t =℃℃，平均温度 ..127240
8362
m t +==℃ 比热容 ()./4196 p c kJ kg =?℃
放热量 []2（）
m p s Q q r c t t =+- 【4-16】用冷却水使流量为/kg h 2000的硝基苯从355K 冷却到300K ，冷却水由15℃升到35℃，试求冷却水用量。若将冷却水的流量增加到./335m h ，试求冷却水的出口温度。
解 硝基苯流量/12000m q kg h =，平均温度 .,12355300
=327522
m T T T K ++=
=比热容()./p c kJ kg K =?1158
硝基苯的放热量 ()1112m p Q q c T T =- (1) 冷却水用量计算 平均温度 121535
=25℃22
m t t t ++=
= 比热容()./24179p c kJ kg =?℃，密度/3997kg m ρ= (2) 用水量./v q m h =3235时，求2t =
用水量增大，水出口温度2t 应降低。先假设水的比热容及密度不变。从上面的计算式可知()221v q t t -与成反比，故
假设.2269℃t = 水的平均温度 .2126915
21℃22
m t t t ++=
==
查得水的比热容()./4182 p c kJ kg =?℃，密度/3998kg m ρ= 计算2t 212222p m p v Q Q
t t c q c q ρ
-==
与假设相符。
【4-17】在一换热器中，用水使苯从80℃冷却到50℃，水从15℃升到35℃。试分别计 算并流操作及逆流操作时的平均温度差。
解 (1)并流操作 苯 1280℃50℃T T =→= 水 1215℃35℃t t =→= (2) 逆流操作
苯 1280℃50℃T T =→= //1245352t t ??=<
2135℃15℃t t =←= 水
【4-18】 在1壳程2管程列管式换热器中用水冷却油，冷却水走管内，进口温度为20℃，出口温度为50℃。油进口温度为120℃，出口温度为60℃。试计算两种流体的传热平均温度差。
解 属于折流
查得温差校正系数 .091ψ=
【4-19】用绝对压力为300kPa 的饱和水蒸气将体积流量为380m h ／的苯胺从80℃加热到100℃。苯胺在平均温度下的密度为/3955kg m ，比热容为./()231 ℃kJ kg ?。试计算：(1)水蒸气用量(/)kg h ；(2)当总传热系数为()2800℃W m ?／时所需传热面积。
解 (1)水的比汽化热/2168r kJ kg =，苯胺体积流量/3280v q m h =， 苯胺吸收的热量为
水蒸气用量 ./m Q q kg h r ?===6
13531016282168
(2) 计算传热面积A 已知/()K W m =?2800℃，水蒸气的,.300 1333℃p kPa t ==。
水蒸气 133.3℃ 133.3℃ 苯胺
..1280℃100℃
533℃333℃
t t →?=?=
【4-20】有一套管式换热器，内管为18010mm mm φ?的钢管，内管中有质量流量为
/3000kg h 的热水，从90℃冷却到60℃。环隙中冷却水从20℃升到50℃。总传热系数
/()22000K W m =?℃。试求：(1)冷却水用量；(2)并流流动时的平均温度差及所需传热
面积；(3)逆流流动时的平均温度差及所需传热面积。
解 (1)冷却水用量2m q 计算 热水平均温度 ,./()m p T T T c kJ kg ++====?1219060
75℃ 4191 ℃22
冷水平均温度 ,./()m p t t t c kJ kg ++====?122205035℃ 4174 ℃22
热量衡算 (2) 并流
热水 1290℃60℃T T =→= 冷水
21
1220507010t t t t ==→?=?=℃℃
℃℃
传热面积 ./..m Q A m K t ?===??8237710360017 2000308
(3) 逆流
热水 1290℃60℃T T =→=
传热面积 ./ 8377103600
200040
m Q A K t ?==??.m =2131
【4-21】 有1壳程2管程列管式换热器，用293K 的冷水30t/h 使流量为20t/h 的乙二醇从353K 冷却到313K ，设总传热系数为/()21200W m K ?，试计算所需传热面积。
解
乙二醇的平均温度353313
3332
m T K +=
=，
比热容()./312610p c J kg K =??
乙二醇放出热量 1112（）
m p Q q c T T =- 从水的物理性质数据表上可知，水在3050～℃范围内，比热容/()4174p c J kg K =?。假设/()24174p c J kg K =?，计算冷水出口温度2t 。
冷水的平均温度 ..122933096=301322
m t t t K ++=
=
m t 接近30℃，所假设的2p c 可以。
逆流平均温度差m t ?逆计算
习题4-21附图
折流的平均温度差m t ?计算 传热面积
...m Q A m K Δt ?===?5
257810192 1200251
【4-22】 有一外径为l00mm 的水蒸气管，水蒸气温度为160℃。为了减少热量损失，在管外包覆厚度各为25mm 的A 、B 两层绝热材料保温层，A 与B 的热导率分别为.015与.()005／W m K ?。试计算哪一种材料放在内层好。周围空气温度为20℃，保温层外表面对周围空气的对流（包括热辐射）传热系数/()215℃W m α=?。保温层内表面温度在两种情况下都等于水蒸气温度。
解
(1) A 在内层，B 在外层。以保温层外表面积为基准的总传热系数为
132311221
1
m m K b d b d d d λλα
=
++
热量损失 ()()12312Q KA t t K d L t t π=-=?-
单位长度的热损失为 ()
312Q
q K d t t L
π==- (2) B 在内层，A 在外层，总传热系数为
计算结果表明，热导率小的绝热材料放在内层，热损失小。
【4-23】测定套管式换热器的总传热系数。数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为5000kg/h ，进口温度为80℃，出口温度为50℃。水在环隙流动，进口温度为15℃，出口温度为30℃。水与甲苯逆流流动，传热面积为.225m 。问所测得的总传热系数为多大
解 甲苯/,1125000 80℃，50℃m q kg h T T ===，
8050
65℃2
m T +=
=, ./()3118610p c J kg K =?? 热负荷 ()..335000
186108050=77510W 3600
Q =
???-? 【4-24】在一套管换热器中，内管中流体的对流传热系数()21200／
W m K α=?，内管外侧流体的对流传热系数()22350／
W m K α=?。已知两种流体均在湍流条件下进行换热。试回答下列两个问题：(1)假设内管中流体流速增加一倍；(2)假设内管外侧流体流速增加两倍。其他条件不变，试问总传热系数增加多少以百分数表示。管壁热阻及污垢热阻可不计。
习题4-22附图
解 已知(),()2212200／ 350／W m K W m K αα=?=? (1) 内管中流体流速增加一倍，'112u u =
'.174127
037127
K K K --== 增加37%
(2) ()
()..'','u u u W m K u αα??
===?=? ?
??
08
08
22222223 3503843 ／
' .1621270276127
K K K --== 增加27. 6%
增大α小者，对增大K 有利。
【4-25】 有一套管式换热器，内管为573mm mm φ?，外管为1144mm mm φ?。内管中有流量为/4000kg h 的苯被加热，进口温度为50℃，出口温度为80℃。套管的环隙中有绝对压力为200kPa 的饱和水蒸气冷凝放热，冷凝的对流传热系数为
/()W m K ?4210。已知内管的内表面污垢热阻为./200004m K W
?，管壁热阻及管外侧污垢
热阻均不计。试计算：(1)加热水蒸气用量；(2)管壁对苯的对流传热系数；(3)完成上述处理量所需套管的有效长度；(4)由于某种原因，加热水蒸气的绝对压力降至140kPa 。这时，苯出口温度有何变化应为多少度（设苯的对流传热系数值不变，平均温度差可用算术平均值计算）。
解 苯,,1250℃ 80℃ t t ==平均温度,/()25080
65 18402
m p t c J kg K +=
==?℃，/24000m q kg h =
热负荷
()22214000
1840（8050）61330 3600
m p Q q c t t W =-=??-=
(1) 水蒸气用量1m q (2) 苯的对流传热系数α
..Re ..43
00510654832
731003810
du ρ
μ
-??=
=
=?? 湍流 苯被加热 .04n = (3)管长 l
以管内表面积A 1为基准
(4) 水蒸气绝对压力140p kPa =时，苯的出口温度2t 。
140p kPa =时，.1092℃T =
【4-26】在一套管换热器中，用绝对压力为200kPa 的饱和水蒸气使流量为
/5000kg h 的氯化苯从30℃加热到70℃，氯化苯在内管中流动。因某种原因，氯化苯
的流量减小到/2500kg h ，但进、出口温度欲保持不变。为此，想把水蒸气压力降低一些，试问水蒸气的绝对压力应降到多少（两种情况下，管内氯化苯均为湍流流动，并且其对流传热系数比水蒸气冷凝的对流传热系数小很多。因此，水蒸气冷凝的热阻及管壁热阻均可忽略不计）
解 水蒸气绝对压力,.200 1202℃p kPa T == 氯化苯的流量 /m q kg h =5000 热负荷m Q q 与成正比，5000Q ∝
氯化苯的对流传热系数m q α与的关系为().08
5000α∝ 氯化苯的流量减小到'/2500m q kg h =， 总传热系数 ,''K K αα≈≈ 水蒸气温度 '111℃T = 压力 .1433p kPa =
【4-27】欲将体积流量为33000m h ／（标准状况..101325，27315p kPa T K θθ==）的常压空气，用绝对压力为200kPa 的饱和水蒸气加热，空气从10℃加热到90℃。现有一列管式换热器，其规格如下：钢管直径.2525mm mm φ?，管长1.6m ，管数271根。如用此换热器，使空气在管内流动，水蒸气在管外冷凝，试验算此换热器面积是否够用水蒸气冷凝时的对流传热系数可取为/()W m K ?210000。
解 空气的平均温度121090
50℃22
m t t t ++=
== 空气的物性参数 ./.361093，19610kg m Pa s ρμ-==??
()()./,.2328310 100510 ／p W m K c J kg K λ-=??=??， Pr .0698=
空气流量 /.3000
293884 224
m q kg h =
?= 热负荷 ()().3213884
10051090103600
m p Q q c t t =-=
???一.W =?486710 水蒸气 .2001202℃p kPa T ==，
平均温度差 ..111202101102℃t T t ?=-=-= 空气流速 ./(.)2
2
3554
116 36003600002271
4
4
v
q u m s d n
π
π
=
==?
?
??
..Re ..46
0021161093
1291019610
du ρ
μ
-??=
=
=??． 湍流 已有换热器的传热面积为
'...200216271272A dln m ππ==???= 够用
【4-28】有一钢制套管式换热器，质量流量为2000/kg h 的苯在内管中，从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙中从15℃升到35℃。已知苯对管壁的对流传热系数为
()2600W m K ?／，管壁对水的对流传热系数为/()W m K ?21000。计算总传热系数时，忽略管
壁热阻，按平壁计算。试回答下列问题：(1)计算冷却水消耗量；(2)计算并流流动时所需传热面积；(3)如改变为逆流流动，其他条件相同，所需传热面积将有何变化
解 总传热系数K 的计算
已知()()2212600 , 1000/ ／W m K W m K αα=?=? 苯 ,m T T T +===128050
80℃ =50℃, 65℃2
热负荷 ()1112m p Q q c T T =- (1) 冷却水消耗量2m q (2) 并流的传热面积A (3) 逆流时的传热面积A
逆流与并流比较，由于逆流的温度差较大，所以传热面积小了一些。
【4-29】 在一传热面积为20m 2的列管式换热器中，壳程用110℃的饱和水蒸汽冷凝以加热管程中的某溶液。溶液的处理量为104kg/h ，比热容为4kJ/(kgK)。换热器初始使用时可将溶液由20℃加热至80℃。（1）该换热器使用一段时间后，由于溶液结垢，其出口温度只能达到75℃，试求污垢热阻值；（2）若要使溶液出口温度仍维持在80℃，在不变动设备的条件下可采取何种措施做定量计算。解：原工况条件下的对数平均温差：2112
8020
54.611020
ln ln
11080m t t Δt T t T t --===----℃ 此操作条件下的总传热系数：
()()212500040008020/360015262054.6
m2p2m m q c t t Q K A Δt A Δt -??-=
===?W/ (m 2
K) （1） 使用一年后，溶液出口温度下降至75℃，此时的对数平均温差为
2.587511020
110ln 20
75ln
'2
112m =---=---=
?t T t T t t t ℃ 总传热系数 ()()21'2500040007520/3600''1313''2058.2
m2p2m m q c t t Q K A Δt A Δt -??-====? W/(m 2
K) 污垢热阻
41111 1.06310'13131526
d R K K -=
-=-=? m 2
K/W （2） 在不变动设备的条件下，可通过提高加热蒸汽的温度使溶液出口温度仍然维持在
80℃。 此时传热温差为
()()212500040008020/3600"63.5''201313
m2p2m q c t t Q
Δt K A K A -??-=
===?℃ 即 2112
8020
"63.5''20
ln ln
'80'm t t Δt T t T T T t --=
==---- 由此解得 "118.2T =℃
【4-30】有一单管程的列管式换热器，其规格如下：管径为.2525mm mm φ?，管长为3m ，管数为37根。今拟采用此换热器冷凝并冷却2CS 的饱和蒸气，自饱和温度46℃冷却到10℃。2CS 在管外冷凝，其流量为/300kg h ，比汽化热为/350kJ kg 。冷却水在管内，进口温度为5℃，出口温度为32℃。逆流流动。已知2CS 的冷凝和冷却时的总传热系数分别为()21291K W m K =?／和/()22174K W m K =?（以内表面积为基准）。试问此换热器是否合适
解 2CS 质量流量/m q kg h =1300， 冷凝段146℃T =，2CS 的比汽化热
/335010r J kg
=?
冷凝段热负荷
冷却段
124610
46℃, 10℃，28℃2
m T T T +==== 冷却段热负荷 ()21112m p Q q c T T =-()300
99746102990 3600
W =??-=
冷却水 .12532
5℃，32℃，185℃2
m t t t +==== 冷却水用量 ().()
1223221292002990
41910325m p Q Q q c t t ++=
=-??-./0285 kg s =
习题4-30附图
水在两段之间的温度t ，用冷却段热负荷2Q 计算。 冷凝段平均温度差为 ()()
...146324675242463214675m Δt n ---=
=-?? ?-??
℃
冷却段平均温度差为 ()()
...2467510516446751105m Δt n ---=
=-?? ?-??
℃
冷凝段传热面积为 ..211129200
415m 291242
m Q A K t ==??1= 冷却段传热面积为 ..222222990
105m 174164
m Q A K t ==??=
总传热面积 ...A A A =+=+=212415105520m
现有换热器的传热面积按传热管内表面积计算..2002337697A dln m ππ==???= 传热面积够用。
【4-31】在一套管式换热器中，用120℃的饱和水蒸气在环隙中冷凝放热，使内管中湍流流动的流量为/3000kg h 的苯从20℃加热到80℃。当流量增加到/4500kg h 时只能从20℃加热到76℃。试计算换热器的传热面积和流量为/4500kg h 时的总传热系数K 。[计算时，水蒸气冷凝的α值取用()?28000W/m K 。可忽略管壁热阻及污垢热阻，并可当平壁处理。两种情况下苯的比热容认为相同]。
解 苯的流量 /3000m q kg h =时 水蒸气 T=120℃ T=120℃ 苯
1120100t t =?=℃℃ 228040t t =?=℃℃ .10040
6551001n 40
m t -?=
=℃ 苯的流量'q =4500kg ／h m 时
水蒸气 T=120℃ T=120℃ 苯
1120100t t =?=℃℃ '2276℃44℃t t =?= '.10044
682℃1001n 44
m Δt -==
传热速率方程
苯的流速与流量的关系 '
'.4500
153000
m m q u u q ==
= 苯的对流传热系数α与流速u 的关系
总传热系数K 与传热管内外两侧的对流传热系数1α与2α的关系为
解得 ()/21656 W m K α=? 故 ()'/..212
11
815 11
11
138313836568000
K W m K αα=
=
=?+
+
?
由()''''21m
m p Q K A t q c t t =?=-求传热面积 用平均温度2076
482
m t +=
=℃，查得苯的比热容()./317810J p c kg K =?? 也可以由()21m m p Q KA t q c t t =?=-求传热面积
热辐射
【4-32】外径为50mm 、长为10m 的氧化钢管敷设在截面为200mm×200mm 的红砖砌的通道内，钢管外表面温度为250℃，通道壁面温度为20℃。试计算辐射热损失。
解 钢管被红砖通道包围，角系数1?= 辐射传热面积..2100510157A A dl m ππ===??= 红砖通道的表面积A =?24宽?长.=??=2402108m
查得氧化钢材表面的黑度.108ε=，红砖的黑度.2093ε=。 总辐射系数 b 12112211
1C C A A εε-=??+- ??? (567)
44811571108
8093==??+-
??? 辐射热损失为
【4-33】 冷藏瓶由真空玻璃夹层构成，夹层中双壁表面上镀银，镀银壁面黑度
0.02ε=。外壁内表面温度为35℃，内壁外表面温度为0℃。试计算由于辐射传热每单
位面积容器壁的散热量。
解 内壁外表面温度10t =℃，外壁内表面温度235t =℃，两表面镀银εε12==0.02，两表面积12A A ≈。1?=,
总辐射系数 ...b C C εε-=
==
+--12125675671129911002
每单位面积的辐射散热量
q 为负值，表明热量从外壁向内壁传递。
化工原理实验传热实验报告
传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a * 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βg ΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βg ΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βg ΔT : Gr ＝βg ΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： 热量衡算方程： 圆管传热牛顿冷却定律： 圆筒壁传导热流量：)] /()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54.02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃]
化工原理传热部分模拟试题及答案
化工原理传热部分模拟试题及答案 一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热 系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是傅立叶定厂。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻小 (大、小)一侧的：?值。间壁换热器管壁温度t w接近于:値大(大、小)一侧的流体温度。由 多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大(大、小)，其两侧的温差愈大(大、小)。 (3) 由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小_，其两侧的温差愈小。 (4) 在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内(或热边界层内) ________ ，减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构；翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积，增强流体的湍动程 度以提高传热系数。 ⑹厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b i>b2>b3，导热系数 在稳定传热过程中，各层的热阻R > R 2 > R 3,各层导热速率Q = Q 2 = Q 3。 (7) 物体辐射能力的大小与黑度成正比，还与温度的四次方成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。实际操作应控制在泡核沸腾。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增 加而增加。 (10) 传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。热传导的基本定律是一傅立叶定律- a 其表达式为___dQ= - ds 一 ___。 cn (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48倍。(设条件改变后仍在湍流范围) (12) 导热系数的单位为W/ ( m「C) _____ ，对流传热系数的单位为W/ ( m「C) ，总传热系数的单位为w/ ( m?C)___________ 。 二、选择 1已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度—D—耐火砖 的黑度。 A 大于 B 等于C不能确定 D 小于 2某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气(空气在管内作湍流流动)，使空气温 度由20C升至80C，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则 此时的传热温差应为原来的A倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一25 x 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数:i=1000W/m i - C；如流量与物性都不变，改用一19x 2mm的直管，则其：?将变为 D 。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4对流传热系数关联式中普兰特准数是表示_C ____ 的准数。
化工原理试验试题集
化工原理实验试题3 1、干燥实验进行到试样重量不再变化时，此时试样中所含的水分是什么水分？实验过程中除去的又是什么水分？二者与哪些因素有关。 答：当干燥实验进行到试样重量不再变化时，此时试样中所含的水分为该干燥条件下的平衡水分，实验过程中除去的是自由水分。二者与干燥介质的温度，湿度及物料的种类有关。 2、在一实际精馏塔内，已知理论板数为5块，F=1kmol/h,xf=0.5,泡点进料，在某一回流比下得到D ＝0.2kmol/h,xD=0.9,xW=0.4，现下达生产指标，要求在料液不变及xD 不小于0.9的条件下，增加馏出液产量，有人认为，由于本塔的冷凝器和塔釜能力均较富裕，因此，完全可以采取操作措施，提高馏出物的产量，并有可能达到D ＝0.56kmol/h ，你认为： （1） 此种说法有无根据？可采取的操作措施是什么？ （2） 提高馏出液量在实际上受到的限制因素有哪些？ 答：在一定的范围内，提高回流比，相当于提高了提馏段蒸汽回流量，可以降低xW ，从而提高了馏出液的产量；由于xD 不变，故进料位置上移，也可提高馏出液的产量，这两种措施均能增加提馏段的分离能力。 D 的极限值由 DxD 实验四 1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? 无影响。因为Q=αA△t m，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由 于蒸汽的温度不变，故△t m不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响， 所以传热效果不变。 2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么 措施？ 不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。冷凝器 必须设置排气口，以排除不冷凝气体。 3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷 凝水？ 冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速 率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k 接近于哪种流体的 壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系 数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数 5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？ 基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强 对α关联式无影响。 实验五固体流态化实验 1.从观察到的现象，判断属于何种流化？ 2.实际流化时，p为什么会波动？ 3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？ 4流体分布板的作用是什么？ 实验六精馏 1．精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关? 答（1）因为塔釜压力与塔板压力降有关。塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起，因而塔板压力降与气体流量（即塔内蒸汽量）有很大关系。气体流量过大时，会造成过量液沫夹带以致产生液泛，这时塔板压力降会急剧加大，塔釜压力随之升高，因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。（2）塔釜温度、流体的粘度、进料组成、回流量。 2．板式塔气液两相的流动特点是什么? 答：液相为连续相，气相为分散相。 3．操作中增加回流比的方法是什么，能否采用减少塔顶出料量D的方法? 答：（1）减少成品酒精的采出量或增大进料量，以增大回流比；（2）加大蒸气量，增加塔顶冷凝水量，以提高凝液量，增大回流比。 5．本实验中进料状态为冷态进料，当进料量太大时，为什么会出现精馏段干板，甚至出现塔顶既没有回流也没有出料的现象，应如何调节? 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=0.57w.m.K,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=0.25w.m.K,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=0.35w.m.K,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,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.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,此时传热系数α=_____________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=3.81(kw.m.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,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.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,此时传热系数α=________________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=5.26(kw.m.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 w.m.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*** 27.9K 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*** 41.6K 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.αλ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 (w.m.K)和1200(w.m.K)时,总传热系数K__________. ***答案*** 1/K=1/α+bd/λd+1d/αd 946(w.m.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 传热习题及答案 一、选择题： 1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）C 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； 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程 的有（ ）。Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、Ｆ 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； 3、影响对流传热系数的因素有( )。A 、B 、C 、D 、E 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； 4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热 至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措 施是：A A 、不可行的； B 、可行的； C 、可能行，也可能不行； D 、视具 体情况而定； 解：原因是：流量不变 2d u =常数 当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u d d α∝= b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴ 21 12ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 12 1 ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓ 传热综合实验（一） 实验时间2020年5月14日成绩________指导老师_______________ 一、实验目的 1.通过对简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α i 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 2.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数A、m的值。 二、实验原理 （1）传热过程基本原理 传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热量就必然发生从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热速率方程式（1-1）计算K值。传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。在该方程式中，冷、热流体的温度差△T是传热过程的推动力，它随传热过程冷热流体的温度变化而改变。 传热速率方程式Q=K×S×ΔTm（1-1） 所以对于总传热系数K=Cp×W×(T2-T1)/(S×ΔTm) (1-2) 式中： Q----热量(W)； S----传热面积(m2)； △Tm----冷热流体的平均温差(℃)；△Tm=Tw-Tm K----总传热系数(W/(m2·℃))； C P ----比热容 (J/(kg·K))； W----空气质量流量(kg/s)； △T=T 2-T 1 ----冷物流温度差(℃)。 换热器的面积：S i=πd i L i（1-3）式中：d i—内管管内径，m； L i —传热管测量段的实际长度，m； 平均空气质量流量W m=V mρm 3600（1-4） 传热 一、填空 1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（），这是因为（）。 2、某物体（可近似为灰体），在20℃时，其黒度为ε=0.8，则其辐射能力的大小为 （），其吸收率为（）。 3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（），原因是（）。 4、膜系数α越（），液体核状沸腾时，△t越大，α越（）。 5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变），若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（），蒸汽侧的对流传热系数（）。 6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请列举二个可以导致上述现象的原因：①（）②（） 7、常见的列管换热器折流板型式有（），（）。 在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（），缺点是（）。 8、随着温度的增加，空气的黏度（），空气的导热系数（）。 9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（），因为（）。 10、角系数取决于换热物体的（），（）和（），而与（）和（）无关。 11、基尔霍夫定律的表达式为（），该定律的前提假设条件是（）。 12、在空气—水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（）， 传热壁面的温度接近于（）的温度。 13、列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（）办法，常用的结构形式有（）。 14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（）。水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（）。 15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（），（）和（），而在工业生产中常在（）阶段操作。 16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为60℃）应走（），水（入口温度为90℃）应走（），主要是为避免（）。 17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。 18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（），冷凝传热量（）。 19、在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程改为双程，则传热温度差（）。 20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（）。 21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称①（），②（）。 22、斯蒂芬—波尔茨曼定律的数学表达式为（），它表示（ ）。 23、327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的（）倍。 24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（ ）求之。 25、沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（），沸腾传热系数越（ 实验一 干燥实验 一、实验目的 1. 了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作技术。 2. 掌握恒定条件下物料干燥速率曲线的测定方法。 3. 测定湿物料的临界含水量X C ，加深对其概念及影响因素的理解。 4. 熟悉恒速阶段传质系数K H 、物料与空气之间的对流传热系数α的测定方法。 二、实验内容 1. 在空气流量、温度不变的情况下，测定物料的干燥速率曲线和临界含水量，并了解其 影响因素。 2. 测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数α和传质系数K H 。 三、基本原理 干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中水分蒸发分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料含水性质和物料形状上的差异，水分传递速率的大小差别很大。概括起来说，影响传递速率的因素主要有：固体物料的种类、含水量、含水性质；固体物料层的厚度或颗粒的大小；热空气的温度、湿度和流速；热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算干燥速率（除了绝对不吸水物质外），因此研究干燥速率大多采用实验的方法。 干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。为简化实验的影响因素，干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的，即实验为间歇操作，采用大量空气干燥少量的物料，且空气进出干燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不变。 本实验以热空气为加热介质，甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化，实验进行到物料质量基本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量，即以湿物料为基准的水分含量，用ω来表示。但因干燥时物料总量在变化，所以采用以干基料为基准的含水量X 表示更为方便。ω与X 的关系为： X = -ω ω 1 （8—1） 式中： X —干基含水量 kg 水/kg 绝干料； ω—湿基含水量 kg 水/kg 湿物料。 物料的绝干质量G C 是指在指定温度下物料放在恒温干燥箱中干燥到恒重时的质量。干燥曲线即物料的干基含水量X 与干燥时间τ的关系曲线，它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间变化的关系。物料的干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而变，但是曲线的一般形状，如图（8—1）所示，开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB 段；随后为持续时间长、斜率较大的直线BC ；段以后的一段为曲线 传热 概念： 1、传热的三种基本方式 2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热 计算公式 （1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8） （2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。（3）实验测K (例4－9) （4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10） 二实验题（10） 1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？ 2.蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？ 3.为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的 和S？为什么？ 换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？ 4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。（1分） 当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用逆流操作。（1分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。（1分）采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。（1分） 2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。（3分） 一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。 （3分）5．灰体的定义及特点 6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、 仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？ 三计算题（60分） 3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为 1.5kg/s，由80o C 被冷却至30o C。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温 第四章 传热 一、填空题： 1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度 2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知 321b b b >>；导热系数321λλλ<<。在稳定传热过程中， 各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。 解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、 ①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。 ②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。 因为 4 0100? ?? ??==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、 ①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。 ②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。 解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、 ①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。 ①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。 ②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁 w t 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。 ②对于间壁式换热器： m t KA t t Cp m T T Cp m ?=-=-)()(122' 2211'1等式成立的条件 是 、 、 。 解①大 ， 热阻大 ②稳定传热 ， 无热损失 ， 无相变化 8、①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是 。 ②等温面不会相交，因为 。 解①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支承管子 ②一个点不可能具有两个不同的温度 9、①由多层等厚度平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ，其两侧的温度差愈 。 ②为了减小高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置 的措施。 1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？ 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力.0.1 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)X10.2/Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)X10.2/Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量 为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？ 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义？ 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一 （4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？ 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制（5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？ 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。 2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升 齐河职业中专2015—2016年第一学期月考考试 技能试题 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。满分200分，考试时间120分钟。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 卷一（选择题，共100分） 一、选择题（本大题40个小题，每小题2分，共80分。在每小题列出的四个选项中，只有一项符合题目要求，请将符合题目要求的选项字母代号选出） 1.甲烷在320K和0.5MPa时的密度是（） A．3.0kg/m3 B．3000kg/m3 C．0.03kg/m3 D．0.003kg/m3 2．已知某油品在圆管中稳定的流动，其Re=500，已测得管中心处的点流速为0.5m/s，则此管截面上的平均流速为（）m/s A．0.1 B．0.15 C．0.25 D．0.4 3．当流体在管内稳定流动时，其他条件保持不变，管径为原来的2倍，则其相应的雷诺准数为原来的（）倍 A．2 B．1 C．1/2 D．4 4.离心泵开车时，为了减小启动功率，应将（） A．出口阀关小B．出口阀开大C．入口阀关闭D．出口阀关闭 5. 层流与湍流的区别是（） A、湍流的流速大于层流流速 B、流道截面积大的为湍流，小的为层流 C、层流无径向脉动，湍流有径向脉动 D、层流的雷诺准数小于湍流的雷诺准数 6．运动粘度v=μ/ρ，其单位为（） A．Pa.s B．Pa/s C．m2/s D．m2.s 7．水在管道中稳定流动时任意截面上流量qm1、qm2关系为（） A．qm1=qm2 B．qm1>qm2 C．qm1 传热复习题1 （1）保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？ 答：首先，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。举例说，如夹层内壁温度为98οC ，外壁温度为28ο C ，黑度为0.95的玻璃表面镀上黑度为0.02的银层后,其辐射散热量可由原来的5502m W 降至6.152m W 。第三，在使用保温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作， 大，在数值上常视为相等，但就其本质讲，含义是完全不同的。 （4）何谓换热器的控制热阻? 答:换热器的总热阻1/K 主要取决于冷、热流体的对流传热热阻，当然也和管壁的热阻及污垢热阻有关，即， λ ααb K i ∑++=0111 若忽略管壁及污垢热阻，则有 1 11αα+≈i K 如果i α和0α相接近，也就是两种流体的传热阻力差不多时，在谋求强化传热过程中，一般要考虑把 i α、0α都增大。但往往有这种情况，两者的α 值相差很大，例如i α>>0α,则 1 1 αα<< i 。 这时 11α≈K K ≈0α 即总传热系数K 值接近对流传热系数小的一侧流体的α 值，在本例条件下总热阻完全被管外的对流传热热阻所控制。1/0α被称为控制热阻。 答：不正确。 冷却介质的出口温度越高，其用量越小，回收热能的品位也越高，动力消耗也随之减小。但出口温度升高的结果，导致传热推动力即对数平均温差降低，所需传热面积增大，设备费用增大。因此必须从综合角度考虑，全面加以权衡，确定一个适宜的出口温度。 对于常用的冷却介质工业水，出口温度不宜过高。还因为工业水中含有许多盐类。如CaCO 3、 MgCO 3、CaS04、、MgSO 4等。若出口温度过高，上述盐类就会因溶解度减小而析出，附在器壁表面上形成热阻很大的垢层，使传热过程恶化。尽管可以采取在冷却水中添加阻垢剂等化学方法，但至少从目前看，效果很有限。所以无节制了提高冷却介质出口温度的方法是行不通的。设计时常取冷却水进、出口的温度差为5-10℃ 四`选择题 北京化工大学 化工原理实验报告 传热膜系数测定实验 院（部）：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工1005 姓名：江海洋 2010011136 同组人员：王彬刘玥波方郡 实验名称：传热膜系数测定实验 实验日期： 2012.11.28 传热膜系数测定实验 一、摘要 本实验以套管换热器为研究对象，以冷空气及热蒸汽为介质，冷空气走黄铜管内，即管程，热蒸汽走环隙，即壳程，研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。通过测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α及Nu ，做出lg （Nu/Pr0.4）～lgRe 的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=ARemPr0.4中的A 和m 值。 关键词：对流传热 Nu Pr Re α A 二、实验目的 1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 、n 的方法； 3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。 三、实验原理 黄铜管内走冷空气，管外走100℃的热蒸汽，壁内侧热阻1/α远远大于壁阻、垢阻及外侧热阻，因此研究传热的关键问题是测算α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为： p n m Gr A Nu Pr Re ??= 对于强制湍流有： n m A Nu Pr Re = 用图解法对多变量方程进行关联，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4 .0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即m Nu A Re Pr 4 .0= 其中 λ αλ μ μ ρ d Nu Cp du = = = ,Pr ,Re 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 值。 一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻（大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W接近于α值（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈（大、小），其两侧的温差愈（大、小）。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈，其两侧的温差愈。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效措施是。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加、或；翅片管换热器安装翅片的目的是。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻，各层导热速率。 (7) 物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称、、。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括、和三个阶段。实际操作应控制在。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而。 (10) 传热的基本方式有、和三种。热传导的基本定律是其表达式为??????。 (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的____倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的倍。（设条件改变后仍在湍流范围） (12) 导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总传热系数的单位为。 二、选择 1 已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿＿耐火砖的黑度。 A 大于 B 等于 C 不能确定 D 小于 2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm的直管，则其α将变为。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。 A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 5 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的______在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 化工原理—传热复习题及答案 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； C 2、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； A、C、D； B、E、F 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； A、B、C、D、E 4、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 D 5、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； C 6、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； B 7、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（）。 A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过； B、热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围； C、热射线和可见光一样，都服从折射定律； D、物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； A 8、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%；化工原理实验答案
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