化工原理传热题库

第四章《传热》练习题

一、选择题

1、关于传热系数K,下述说法中错误得就是( )

A、传热过程中总传热系数K实际就是个平均值;

B、总传热系数K随着所取得传热面不同而异;

C、总传热系数K可用来表示传热过程得强弱,与冷、热流体得物性无关;

D、要提高K值,应从降低最大热阻着手;

答案:C

2、揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系得定律就是( )。

A、斯蒂芬-波尔兹曼定律; C、折射定律;

B、克希霍夫定律; D、普郎克定律;

答案:B

3、在确定换热介质得流程时,通常走管程得有( ),走壳程得有( )。

A、高压流体;

B、蒸汽;

C、易结垢得流体;

D、腐蚀性流体;

E、粘度大得流体;

F、被冷却得流体;

答案:A、C、D;B、E、F

4、影响对流传热系数得因素有( )。

A、产生对流得原因;

B、流体得流动状况;

C、流体得物性;

D、流体有无相变;

E、壁面得几何因素;

答案:A、B、C、D、E

5、某套管换热器,管间用饱与水蒸气将湍流流动得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、流动状态及其她条件均不变),您认为此措施就是( )。

A、不可行得;

B、可行得;

C、可能行,也可能不行;

D、视具体情况而定;

答案:A

解:原因就是:流量不变

当管径增大时,a、,

b、d增大时,α增大,

综合以上结果,,管径增加,下降

根据

对于该系统∴

即

∵则∴

本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式:,即物性一定时,。

根据连续性方程,流量不变时,,所以管径变化,管内流速也发生变化。管间用饱与水蒸气加热,热阻小,可以忽略不计,总热阻近似等于管内传热热阻,即

6、对下述几组换热介质,通常在列管式换热器中K值从大到小正确得排列顺序应就是( )。

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:D

7、为了在某固定空间造成充分得自然对流,有下面两种说法:

①加热器应置于该空间得上部;②冷凝器应置于该空间得下部;

正确得结论应该就是( )。

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:B

8、下述各种情况下对流传热系数由大到小得正确顺序应该就是( )。

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时得a; ②水得流速为1、5m/s时得a;③蒸汽滴状冷凝时得a; ④水沸腾时得a;

答案:C

9、传热过程中当两侧流体得对流传热系数都较大时,影响传热过程得将就是( )。

A、管壁热阻;

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:B

10、热油与水在一套管换热器中换热,水由20℃升至75℃。若冷流体为最小值流体,传热效率0、65,则油得入口温度为( )。

A、104℃;

B、130℃;

C、95℃;

D、85℃;

答案:A

分析:ε==0、65 =104℃

11、关于辐射传热,下述几种说法中错误得就是( )。

A、除真空与大多数固体外,热射线可完全透过;

B、热辐射与光辐射得本质完全相同,不同得仅仅就是波长得范围;

C、热射线与可见光一样,都服从折射定律;

D、物体得温度不变,其发射得辐射能也不变;

答案:A

12、关于下面两种说法得正确结论应就是( )。

1)物体得相应位置确定后,系统得黑度只与表面黑度有关;

2)通过改变表面黑度得方法不能强化或消减辐射过程。

A、这两种说法都对; C、第一种说法对,第二种说法不对;

B、两种说法都不对; D、第二种说法对,第一种说法不对;

答案:C

13、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,冷热水得流量相同,且假定冷热水得物性为相同,则热损失占传热量得( )。

A、5%;

B、6%;

C、7%;

D、8%;答案:A

解:由 ,

得

()()()()

14、某套管换热器由?108×4mm与?55×2、5mm钢管组成,流体在环隙间流动,其当量直径为( )mm。

A、53;

B、45;

C、50;

D、58;

答案:B

15、有两台同样得管壳式换热器,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应采用得流程

为( )

A、气体走管外,气体并联逆流操作;

B、气体走管内,气体并联逆流操作;

C、气体走管内,串联逆流操作;

D、气体走管外,串联逆流操作;

答案:D

16、对在蒸汽-空气间壁换热过程中,为强化传热,下列方案中( )在工程上就是可行得:

A、提高空气流速;

B、提高蒸汽流速;

C、采用过热蒸汽以提高蒸汽温度;

D、在蒸汽一侧管壁上加装翅片,增加冷凝面积并及时导走冷凝液; 答案:A

17、判断下面关于系统进行稳定传热时得说法哪一个就是错误得,错误得就是( )

A、通过一定传热面得传热速率不随时间变化,为一定值;

B、系统中任一点得温度维持恒定;

C、总得传热速率等于通过垂直于热流方向得各层传热面得传热速率之与;

D、系统中任一传热面上得热通量在过程中不变;

答案:C

18、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

19、有一套管换热器,长10m,管间用饱与水蒸气作加热剂。一定流量下且做湍流流动得空气由内管流过,温度可升至指定温度。

现将空气流量增加一倍,并近似认为加热面壁温不变,要使空气出口温度仍保持原指定温度,则套管换热器得长度为原来得( )

A、2倍;

B、1、75倍;

C、1、15倍;

D、2、30倍;

答案:Ｃ

20、为了减少室外设备得热损失,保温层外所包得一层金属皮应该就是()

A、表面光滑,颜色较浅;

B、表面粗糙,颜色较深;

C、表面粗糙,颜色较浅;

D、表面光滑,颜色较深。

答案:Ａ

21 气体得导热系数值随温度得变化趋势为( )

A T升高,λ增大

B T升高,λ减小

C T升高,λ可能增大或减小

D T升高,λ不变

答案:A

22、水银、水、软木得导热系数分别为λ1、λ2、λ3其大小顺序为( )

A λ1>λ2>λ3

B λ1<λ2<λ3

C λ1>λ3>λ2

D λ3>λ1>λ2

答案:A

23、多层平壁定态热传导时,各层得温度降与各相应层得热阻( )

A 成正比

B 成反比

C 没关系

D 不确定

答案:A

24、对由多层平壁组成得多层平壁稳定热传导而言,若三层得传热推动力△t1>△t2>△t3,则三层平壁得传热阻力R1、R2、R3之间得关系为( )

A R1>R2>R3

B R1

C R1>R3>R2

D R2>R1>R3

答案:A

25、双层平壁稳定热传导,壁厚相同,各层得导热系数分别为λ1与λ2,其对应得温度差为△t1与△t2,若△t1>△t2,则λ1与λ2得关系为( )

A λ1<λ2

B λ1>λ2

C λ1=λ2 D无法确定

答案:A

26、由厚度都相同得平壁组成得三层平壁而言,若λ1>λ2>λ3,则热阻R1、R2、R3之间得关系为( )

A R1>R2>R3

B R1

C R1>R3>R2

D R3>R1>R2

答案:B

27、由傅立叶定律,可以定义出导热系数λ;由牛顿冷却定律,可以定义出对流传热系数α。对于λ与α得下列认识中正确得就是( )

A λ与α皆为物质得热物理性质

B λ与α具有相同得因次

C α与λ不一样,仅λ为物质得热物理性质

D α与λ不一样,仅α为物质得热物理性质

答案:C

28、传热中得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,大空间内无相变得自然对流传热现象可由其中得( )来描述。

A Re、Pr、Gr

B Pr、Gr、Nu

C Nu、Re、Pr D、Nu、Re

答案:B

29、设水在一圆直管内湍流流动,在稳定段处,其对流传热系数为α1;若将水得质量流量加倍,而保持其她条件不变,此时得对流传热系数α2与α1得关系为( )

A α2=α1

B α2=2α1

C α2=20、8α1

D α2=20、4α1

答案:C

30、下列准数中反映得物体物性对对流传热影响得就是( )

A Nu

B Re

C Pr

D Gr

答案:C

31、下列准数中反映自然对流对对流传热影响得就是( )

A Nu

B Re

C Pr

D Gr

答案:D

32、下列准数中反映流动状态与湍流程度对对流传热影响得就是( )

A Nu

B Re

C Pr

D Gr

答案:B

33、对由外管直径为d1,内管直径为d2组成得套管而言,按润湿周边计算而得得当量直径为( )

A (d1+d2)/2

B d1+d2 Cd1-d2 D d2-d1

答案:C

34、换热器中任意截面上得对流传热速率=系数×推动力,其中推动力就是指( )

A 两流体温度差(T-t)

B 冷流体进、出口温度差(t2-t1)

C 热流体进、出口温度差(T2-T1)

D 液体温度与管壁温度差(T-T W)或(t W-t)答案:D

35、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得n次方成正比,其中n得值为( )

A 0、5

B 0、8

C 1

D 2

答案: B

36、工业生产中,沸腾传热操作应设法保持在( )

A 自然对流区

B 泡核沸腾区

C 膜状沸腾

D 过渡区

答案:B

37、在通常操作条件下得同类换热器中,设空气得对流传热系数为α1,水得对流传热系数为α2,蒸汽冷凝得传热系数为α3,则( )

Aα1>α2>α3 B α2>α3>α1 C α3>α2>α1 Dα2>α1>α3

答案:C

二、填空题

1、对流传热总就是概括地着眼于壁面与流体主体之间得热传递,也就就是将边界层得与边界层外得合并考

虑,并命名为给热。

答案:热传导;热对流

2、给热就是以与得差作为传热推动力来考虑问题得。

答案:流体得平均温度;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得结果要。

答案:大

分析:流体被加热时,自然对流得方向就是自下而上,恰与流体流动方向相反,引起湍动加剧。

4、金属得导热系数大都随其纯度得增加而 ,随其温度得升高而。

答案:增大;减小

5、在工程计算中,对两侧温度分别为t1,t2得固体,通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数得两种表示方法就

是或。

答案;;

6、对流传热得热阻主要集中在 ,因

此, 就是强化对流传热得重要途径。

答案:滞流内层;减薄滞流内层得厚度

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、黑体得表面温度从300℃升至600℃,其辐射能力增大到原来得倍、

答案: 5、39

分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体得辐射能力与绝对温度得4次方成正比, 而非摄氏温度,即=5、39。

9、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倍。

答案:1

10、由核状沸腾转变为膜状沸腾时得温度差称为。这时单位时间、单位面积所传递得热量称为。

答案:临界温度差;临界热负荷

11、处理量为440kg/h得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,则该溶剂得处理量变为。

答案:400kg/h

分析:设Q=

=1、1故 Q==400kg/h

12、苯在内径为20mm得圆形直管中作湍流流动,对流传热系数为1270W/(·℃)。如果流量与物性不变,改用内径为30mm得圆

管,其对流传热系数将变为Ｗ/(·℃)。

答案:612

分析: =0、023

=0、023

∝=

==0、482

=0、482=0、4821270=612W/(·℃)

13、工业上常见得载热体加热剂有、、热水、联苯混合物,熔盐(KNO353%,NaNO240%, NaNO37%)等。

答案:饱与蒸汽;烟道气

14、工业上常见得载热体冷却剂有冷水、、等。

答案:空气;冷冻盐水

15、换热器在使用一段时间后,传热速率会下降很多,这往往就是由于得缘故。

答案:传热管表面有污垢积存

16、根据冷热流体得接触情况,两种流体实现热交换得形式有、混合式换热与三种。

答案:间壁式换热、蓄热式换热

17、对大空间得自然对流,通常取加热(或冷却)表面得为特征尺寸。

答案:垂直高度

18、传热得三种基本方式就是、与热辐射。

答案:热传导;对流传热

19、柴油在圆形直管内作强制滞流流动,给热系数可用下式计算:。若流量与物性不变,将管内径减半后仍为滞流,则管内对流

传热系数变为原来得倍。

答案:2

分析:

故

知

20、在计算换热器得平均传热推动力时,若两端得推动力相差不大于2倍,则其算术平均值与对数平均值相差不大

于。

答案:4%

三、计算题

1、某燃烧炉得平壁由耐火砖、绝热砖与普通砖三种砌成,它们得导热系数分别为1、2W/(m·℃),0、16 W/(m·℃)与0。92

W/(m·℃),耐火砖与绝热转厚度都就是0、5m,普通砖厚度为0、25m。已知炉内壁温为1000℃,外壁温度为55℃,设各层砖间接触良好,求每平方米炉壁散热速率。

21/81.247)]92.0/25.0()16.0/5.0()112/5.0/[)551000()

//(/][m w b t t S Q i i =++-=-=∑（（）解λ

2、在外径100mm 得蒸汽管道外包绝热层。绝热层得导热系数为0、08 W/(m ·℃),已知蒸汽管外壁150℃,要求绝热层外壁温度在50℃以下,且每米管长得热损失不应超过150W/m,试求绝热层厚度。

3、Φ38×2、5mm 得钢管用作蒸汽管。为了减少热损失,在管外保温。第一层就是50mm 厚得氧化锌粉,其平均导热系数为0、07 W/(m ·℃);第二层就是10mm 厚得石棉层,其平均导热系数为0、15 W/(m ·℃)。若管内壁温度为180℃,石棉层外表面温度为35℃,试求每米管长得热损失及两保温层界面处得温度？

解:①r 0 = 16、5mm = 0、0165m ,

r 1 =19mm = 0、019 m

r 2 = r 1＋δ1 = 0、019＋0、05 = 0、069 m

r 3 = r 2＋δ2 = 0、069＋0、01 = 0、079 m

λ0 = 45 W/(m ·℃)

Q L t t r r r r r r =-?+?+?=??-++=211123141803514519165100769191015796947103010121232

πλλλ()ln ln ln .()ln ..ln .ln .W/m ② 即

∴ t 2 = 41、8 ℃

4、有一外径为150mm 得钢管,为减少热损失,今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料导热系数之比,两层绝热层厚度相等皆为30mm 。试问应把哪一种材料包在里层时管壁热损失小。设两种情况下两绝热层得总温差不变。

420

.0/)/(/)/(462

.0/)/(/)/(2

,1135,1053075,75}

/)/(/)/(/{212321222311221321223112失小。小的包在里层时，热损若大的包在里层是：

设包在里层时：

解：若小的∴=+=+====+==+?=λλλλλλλλπλr r Ln r r Ln r r Ln r r Ln mm

r mm r mm r r r Ln r r Ln t L Q

5、冷冻盐水(25%得氯化钙溶液)从φ25×2、5mm 、长度为3m 得管内流过,流速为0、3m/s,温度自-5℃升至15℃。假设管壁平均温度为20℃,试计算管壁与流体之间得平均对流给热系数。已知定性温度下冷冻盐水得物性数据如下:密度为1230kg/m 3,粘度为4×10-3Pa ·s,导热系数为0、57 W/(m ·℃),比热为2、85kJ/(kg ·℃)。壁温下得粘度为2、5×10-3Pa ·s 。解:d = 0、025－0、0025×2 = 0、02 m

∴ > 50

∵ u = 0、3m/s ∴ ＜ 2000 ∴层流

＞100

()()()

αμμλ=?? ????? ???=?????18618618452000203425057002131

31301413131

3014.Re Pr .......d L d i w = 354、7 W/(m 2?℃) 6、油罐中装有水平蒸汽管以加热管内重油,重油温度为20℃,蒸汽管外壁温为120℃,在定性温度下重油物性数据如下:密度为900kg/m 3,比热1、88×103

J/(kg ·℃),导热系数为0、175W/(m ·℃),运动粘度为2×10-6m 2/s,体积膨胀系数为3×10-4 l/℃,

管外径为68mm,试计算蒸汽对重油得传热速度W/m 2。

7、有一双程列管换热器,煤油走壳程,其温度由230℃降至120℃,流量为25000kg/h,内有φ25×2、5mm 得钢管70根,每根管长6m,管中心距为32mm,正方形排列。用圆缺型挡板(切去高度为直径得25%),试求煤油得给热系数。已知定性温度下煤油得物性数据为:比热为2、6×103J/(kg ·℃),密度为710 kg/m 3,粘度为3、2×10-4Pa ·s,导热系数为0、131 W/(m ·℃)。挡板间距,壳体内径。 )

/(3.218027

.0/95.035.62325131.036.0/95.036.095.035.6/2325

/027.0/)4/(4/0388.0/0252.0)32/251(48.024.0)/1(:03/155.03/155.0222

0C m w d P R C P u d R m

d d t d s

m A V u m t d hD A e

r e P r e e e s ?=????=?=======-====-?=-=λα?λμμρππμ解

8、为保证原油管道得输送,在管外设置蒸汽夹。对一段管路来说,设原油得给热系数为420 W/(m ·℃),水蒸气冷凝给热系数为104

W/(m ·℃)。管子规格为φ35×2mm 钢管。试分别计算K i 与K 0,并计算各项热阻占总热阻得分率。

40020204

044

041/1///31/(3510)0.00231/(4533)1/420

0.002511/[/()]

398.3/()

0.859810/ 1.71971035/31 1.9410(0.8598 1.94)10/[0.002835(0.85951i i i m i i e ei i K bd d d d l w m C K W m C R d R d αλα----=++=?+??+=?=?=?=??=?+?++计入污垢热阻污垢热阻占：400

.94)10]8.90.035/(4200.031)/0.00283594.81/10000/0.002835 3.50.0020.035/(450.033)/0.002835 1.7-?=?==??=原油侧热阻占：蒸汽侧热组占：管壁导热热阻占：

9、某列管换热器,用饱与水蒸汽加热某溶液,溶液在管内呈湍流。已知蒸汽冷凝给热系数为104 W/(m ·℃),单管程溶液给热系数为400W/(m ·℃),管壁导热及污垢热阻忽略不计,试求传热系数。若把单管程改为双管程,其它条件不变,此时总传热系数又为多少？ 4200200.840.8002011/1/1/1/101/4000.0026/[()]

384.6()

2)1/1/(2)1/1/101/(4002)

651.1/()

i i K l w m C K w m C K K w m C αααα=+=+=??=??=?+=+?=??解：）单管程

改为双管层

管内流速提高一倍，则：

10、一列管换热器,管子规格为φ25×2、5mm,管内流体得对流给热系数为100 W/(m ·℃),管外流体得对流给热系数为2000 W/(m ·℃),已知两流体均为湍流流动,管内外两侧污垢热阻均为0、0018 m ·℃/W 。试求:①传热系数K 及各部分热阻得分配;②若管内流体流量提高一倍,传热系数有何变化？③若管外流体流量提高一倍,传热系数有何变化？

解:①R i = R 0 = 0、00118m 2?℃/W 钢管λ = 45W/(m ?℃)

= 0、01542 1/(W/m 2℃)

K 0 = 64、84 W/(m 2?℃)

热阻分配:

污垢:

管外:

管内:

管壁:

② , ,

∴

= 0、01010 m 2℃/W

W/( m 2℃)

③ ,

∴

= 0、01521 m 2℃/W

W/( m 2

℃)

11、一套管换热器,用热柴油加热原油,热柴油与原油进口温度分别为155℃与20℃。已知逆流操作时,柴油出口温度50℃,原油出口60℃,若采用并流操作,两种油得流量、物性数据、初温与传热系数皆与逆流时相同,试问并流时柴油可冷却到多少温度？

12、一套管换热器,冷、热流体得进口温度分别为55℃与115℃。并流操作时,冷、热流体得出口温度分别为75℃与95℃。试问逆流操作时,冷、热流体得出口温度分别为多少？假定流体物性数据与传热系数均为常量。 C t C T t T t T T t T t t t t t T t T t t T t C W T C W C W KS t KS Q C

t C W C W C W C W t

C W T C W Q Q m pC C ph h ph

h m

m pC

C ph h pC C ph h pC C ph h c

h 0'

20'

2'2'2'2'2'2'2'221'21'

22'21'2'2'2'203.767.9355

115]

2/)(30[55.01152

/)(302/)(11555

1155511555.041.3620/60ln /)2060(557595115==-=--+=--+=?+?=?∴?=?∴-=?-=?-=-∴-=-=∴?==-=?=∴-=-?=?=解得）

（）（逆流时：）

（）（则解：并流时：Θ

13、在一单管程列管式换热器中,将2000kg/h 得空气从20℃加热到80℃,空气在钢质列管内作湍流流动,管外用饱与水蒸汽加热。列管总数为200根,长度为6m,管子规格为φ38×3mm 。现因生产要求需要设计一台新换热器,其空气处理量保持不变,但管数改为400根,管子规格改为φ19×1、5mm,操作条件不变,试求此新换热器得管子长度为多少米？

L d d n n L t d nL K t S K Q t d L n K t S K Q d L n S d nL S K K d d u u d u nd nd u u K t KS Q Q Q i i m

i i m i m i i m i i i i

i i i i i i i i i i i i i i i i i i i

i i m

3)/()/(2/1222/2

)16/32()16400/(32200(/)/()/(/)

/(/'''''''''''''2.08.022'2

.0'8.0''2

.08.02'2'0'

=???=?=?=?=?====∴==???=?=∴?∝==∴>>?==ππππαααααααααα总‘总‘总

总总据题意解：ΘΘΘ

14、某平壁燃烧炉就是由一层耐火砖与一层普通砖砌成,两层得厚度均为100mm,其导热系数分别为0、9W/(m ·℃)及0、7W/(m ·℃)。待操作稳定后,测得炉膛得内表面温度为700℃,外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉得热损失,在普通砖外表面增加一层厚度为40mm 、导热系数为0、06W/(m ·℃)得保温材料。操作稳定后,又测得炉内表面温度为740℃,外表面温度为90℃。设两层砖得导热系数不变,试计算加保温层后炉壁得热损失比原来得减少百分之几？

解:加保温层前单位面积炉壁得热损失为

此时为双层平壁得热传导,其导热速率方程为:

W/m 2

加保温层后单位面积炉壁得热损失为

此时为三层平壁得热传导,其导热速率方程为:

故加保温层后热损失比原来减少得百分数为:

15、在外径为140mm 得蒸气管道外包扎保温材料,以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃,保温层外表面温度不大于40℃。保温材料得λ与t 得关系为λ=0、1+0、0002t (t 得单位为℃,λ得单位为W/(m ·℃))。若要求每米管长得热损失Q/L 不大于450W/m,试求保温层得厚度以及保温层中温度分布。

解:此题为圆筒壁热传导问题,已知:r 2=0、07m t 2=390℃ t 3=40℃

先求保温层在平均温度下得导热系数,即

W/(m·℃)

(1)保温层温度将式(4-15)改写为

得r3=0、141m

故保温层厚度为b=r3－r2=0、141－0、07=0、071m=71mm

(2)保温层中温度分布设保温层半径r处得温度为t,代入式(4-15)可得

解上式并整理得t=－501ln r－942

计算结果表明,即使导热系数为常数,圆筒壁内得温度分布也不就是直线而就是曲线。

16、热空气在冷却管外流过,α2=90W/(m2·℃),冷却水在管内流过,α1=1000W/(m2·℃)。冷却管外径d o=16mm,壁厚b=1、5mm,管壁得λ=40W/(m·℃)。试求:①总传热系数K o;

②管外对流传热系数α2增加一倍,总传热系数有何变化？

③管内对流传热系数α1增加一倍,总传热系数有何变化？

解: ①由式4-70可知

W/(m2·℃)

可见管壁热阻很小,通常可以忽略不计。

②

传热系数增加了82、4%。

③

传热系数只增加了6%,说明要提高K值,应提高较小得α2值。

17、某流体通过内径为100mm圆管时得流传热系数为120W/(m2·℃),流体流动得雷诺数Re=1、2×105,此时得对流传热系数关联式为。今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1:3得矩形扁管,而保持流速不变,试问对流传热系数有何变化？

解:由对流传热系数得计算公式:

当物性不变时

∵u不变, ∴

求扁管得当量直径de:

设a、b,分别为矩形截面得宽与长

由题意

得

∴ 3243388 3.140.0050.02952()

16162d d ab de d m d a b ππππ??

====??=+ 设分别为圆管与扁管得对流传热系数,则

∴ =1、11=1、11100=111W/(℃)

对流传热系数由原来得100W/(m 2·℃),增至现在得111 W/(m 2

·℃)。

分析:由以上得计算可以瞧出,由于矩形扁管得当量直径小于同周长圆得直径,其对流传热系数大于后者。因此用非圆形管道制成得换热器(如最近开发得螺旋扁管换热器),一般都具有高效得特点。

18、有一套管换热器,内管为,套管为得钢管,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℃得饱与水蒸气冷凝,其汽化热为,冷凝传热膜系数为。苯在50~80℃之间得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:

(1)加热蒸汽消耗量;

(2)所需得传热面积(以内管外表面计)。

(3)当苯流量增加50%,要求苯得进出口温度不变,加热蒸汽得温度应为多少？

解:(1)加热蒸汽消耗量:

(2)内管中苯得流速:

湍流

则以内管外表面计得传热系数为: 000265.050545093754116301112212211?+?+=?++=s R d d d d k αα

℃

(3)苯得流量增加50%,而进出口温度不变,

则

℃

5093754501296546561)'1('1221221?-?+=-+=∴d d d d K K αα

℃(以内管外表面计)

即:

解得:℃

即苯得流量增加50%而温度不变时,加热蒸汽得温度应为145、2℃。

19、有一套管换热器,内管为,外管为得钢管。现用120℃得饱与水蒸气加热苯,使苯由50℃加热至80℃,苯在内管中以得流量流动,试求:

(1)加热蒸汽消耗量;

(2)所需套管得有效长度;

(3)由于某种原因,加热蒸汽得温度降为110℃,苯得出口温度将变为多少？(假设苯不变,在50～80℃范围内,苯得物性为℃,℃,,钢得导热系数为℃,120℃时水蒸气冷凝潜热,蒸汽侧对流传热系数℃,壁两侧垢层热阻及换热器损失均可忽略,加热蒸汽冷凝液在饱与温度下排出。)

解:(1)加热蒸汽消耗量:

(2)套管得有效长度:

湍流

24.08.044.08.022/982)0.5()10254.7(05.0145.0023.0023.0m w P R d r e =?==∴λ

α℃

则以内管外表面计得传热系数:

℃

(3)当℃时,不变,也可视为不变。℃

则

即:

解得:℃

20、在列管式换热器中,用饱与水蒸气将空气由10℃加热到90℃,该换热器由38根,长1、5m 得铜管构成,空气在管内作湍流流动,其流量为740Kg/h,比热为1、005℃,饱与水蒸气在管间冷凝。已知操作条件下得空气对流给热系数(或称对流传热膜系数)为70W/、℃,水蒸气得冷凝给热系数为8000W ℃,管壁及垢层热阻可忽略不计。试求:

(1)试确定所需饱与水蒸气得温度;

(2)若将空气量增大25%通过原换热器,在饱与水蒸气温度及空气进口温度均不变得情况下,空气能加热到多少度？(设在本题条件下空气出口温度有所改变时,其物性参数可视为不变)

解:(1)饱与水蒸气得温度T:

其中:

℃(以外表面计)

T=124℃

(2) 若空气量增大25%,则

℃

由式(１)可知:

477.46.6612410124ln 10005.1)3600740(25.1ln 25.12'3'2'1

22?=--???=--t A K t T t T

C w p 解得:,即空气加热到。