09热量传递过程练习.docx

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1、09热量传递过程练习热量传递过程练习题2 一、填空(7小题,共12分) 1 两种流体通过间壁进行换热的过程，包括 间壁的导热 和 间壁两侧的对流传热 的过程。 2 某工厂根据工艺要求，热流体进口温度应为300 ，出口温度应为200 ,冷流体进口温度应为80 ,出口温度应为200 。显然,在此工艺条件下, 不能 采用并流传热操作。 3 在夹套式、套管式和列管式三种热交换器中，单位体积的传热面积最小的是 夹套式 热交换器，最大的是 列管式 热交换器。 4 在间壁换热器中要实现恒温传热，则间壁一侧输入的必定是 高温饱和蒸气 ，另一侧输入的必定是低温饱和液体。 5 热流体和冷流体在列管换热器内换热,若

2、冷流体传热膜系数远大于热流体传热膜系数, 则此时管壁温度接近于 冷 流体温度。 6 为强化传热，人们设计了管外加翅片的换热器。它适用于管内 传热膜系数大 ，而管外 传热膜系数小 的情况. 27 某间壁式换热器传热面积为2.5 m，传热平均温差为45 K，传热速率为9000 W，则该换热器此时的总传热系数K= 80 Wm-2K-1 。 二、判断题(3小题,共6分) 1当选用多种绝热材料时，在耐热性等条件允许时，为提高保温效果，应将导热系数大的包扎在内层。(错） 2 冷热两流体经间壁进行定态换热，若间壁两侧流体温度均沿壁面而变化，且冷热流体进出口温度均保持不变时，则逆流操作的传热平均温度差比并流时

3、的传热平均温差大。 3传热速率是指单位时间内传递的热量，传热速度是指单位时间内，单位传热面积所传递的热量。对热交换器而言，前者是表达该热交换的传热能力，后者是表达该热交换的传热强度。 三、选择(6小题,共12分) 1 在下列换热器中,单位体积的传热面积最大的通常是(C) A、套管式换热器;B、夹套式换热器; C、板式换热器;D、管壳式换器。 2双层平壁的定态导热，壁厚相同，各层的导热系数分别为若11和12，其对应的温度差分别为; C、 11和2，2，则1和2的关系为A、中,12=2; D、无法确定。 3 在对流传热公式的物理意义是(B) A、冷(或热)流体进出口温度差;B、固体壁面与冷(或热)

4、流体的温度差; C、固体壁两侧的壁面温度差;D、冷热两流体间的平均温度差。 4 在一列管式换热器中用水冷却列管内的CO2气体，就整个换热过程而言，热阻主要存在于 A、CO2气体的流动主体中；B、金属管壁中；C、CO2气体与管壁间的层流底层中； D、水流与管壁间的层流底层中。 5 在下列管壳式换热器中,没有降低或消除由温差引起的热应力补偿措施的换热器是( D) A、U形管式换热器; B、浮头式换热器; C、壳体带有膨胀圈的管壳式换热器; D、固定管板式换热器。 6 体现流体流动状态对管内流体强制对流传热过程影响的特征数是 A、 努塞尔数； B、普朗特数； C、雷诺数； D、格拉晓夫数。 四、计算

5、问答(7小题,共70分) 1 在传热面积为28 m2的列管式换热器中逆流换热。热流体进口温度为373 K, 出口温度为323 K。冷流体流量为1.8 kgs-1, 比定压热容为4.18103 Jkg-1K-1, 进口温度为293 K, 出口温度为333 K。试求:(1)传热平均温度差;(2)换热器的总传热系数。 11 解 K W ，K=Wm-2K-1 2 在三层接触良好的固体平壁中，进行定态导热，测得导热速率为，平壁的各壁面温度分别为T1=900 ，T2=800 ，T3=500 ，T4=300 ，试求各平壁热阻之比。 解 ； ；则R1: R2: R3=:=1:3:2。 3 某厂现有一个旧的列管

6、式热交换器, 它由13根25 mm2.5 mm、长为1.5 mm的钢管组成。今拟将它用来使350 kgh-1常压乙醇饱和蒸气冷凝成饱和液体。冷却水的进口和出口温度分别为15 和35 。已算得基于管子外表面积的总传热系数为700 Wm-2K-1, 并查得常压下乙醇的沸点为78.3 , 其冷凝热为8.45105 J kg-1。试计算该热交换器能否满足使用要求。 解(1)350 kgh-1的乙醇饱和蒸气冷凝时放出的热量为：=8.45105=8.22104 W (2)平均温度差: =53.3 (3)所需的传热面积为: A=2.2 m (4)旧的热交换器所能提供的传热面积为:A=3.140.0251.5

7、13=1.53 m2 (5) A A,故该热交换器不能满足使用要求。 4 如附图所示，有一平壁加热炉。为减少热损失，在加热炉外壁包一层保温层，其厚度为350 mm。已知保温层外壁温度T3为30 。在保温层50 mm深处测得温度T2为60 。试求加热炉外壁温度T1。 解已知：1=350 mm=0.35 m，2=50 mm=0.05 m T2=60，T3=30 假设：该保温材料平均导热系数为，根据定态导热过程的导热速度： ，得：，T1=240 5 如图所示, 某无梯度内循环实验反应器主体的外壁温度最高要达500 。为使外壳单位长度的热损失不大于600 kJh-1, 内层采用保温砖, 外层采用玻璃棉

8、, 保温相邻材料之间接触充分。保温砖和玻璃棉的导热系数分别为=0.14 Wm-1K-1和=0.07 Wm-1K-1。玻璃棉的耐热温度为400 ,玻璃棉的外层温度为80 ,试求:保温砖最小厚度以及此时相应的玻璃棉厚度。 解根据多层圆筒壁径向的传热速率为常数，则按保温砖层计算每小时单位长度的热损失：12 故保温砖的最小厚度=1.695, r2=1.695r1=1.69550=85 mm =r2-r1=85-50=35 mm，同理按玻璃棉计算： 则此时相应的玻璃棉厚度. ，r3=2.3385=198 mm 6 在逆流操作的列管式换热器中, 用水冷却液态化学制剂。水的进口和出口温度分别为25 和50

9、。化学制剂的质量流量为1.25 kgs-1, 比热容为1.9 kJkg-1K-1, 密度为 850 kgm-3, 进口和出口温度分别为80 和40 。换热器的列管由25 mm2.5 mm钢管组成, 其导热系数为45 -1-1-2-1-2-1WmK。管程水侧和壳程制剂侧的传热膜系数分别为0.85 kWmK和1.70 kWmK。若忽略不计污垢的热阻, 试求换热器所需的传热面积。 解传热面积: A= ，=21.6 (亦即21.6 K)，K=549 Wm-2K-1，=1.251.9103(80-40)=9.5104 W A=8.0 m。 27 某厂利用反应后产物的余热加热未反应的原料。产物的初温为50

10、0 K, 比热容为1.4 kJkg-1K-1。原料的初温为300 K, 要求预热到400 K, 其比定压热容为1.1 kJkg-1K-1。两种流体的质量流量均为1800 kgh-1。现欲采用列管式换热器进行逆流操作, 若传热总系数为50 Wm-2K-1, 试计算:(1)传热速率;(2)传热过程的平均温度差;(3)热交换器所需的传热面积。 解(1)传热速率:=0.51.1103(400300)=5.5104 W (2)平均温度温差: T2 =T1=500,=110.5K (3)传热面积:=9.9610 m2。 09热量传递练习题3 一、填空(4小题,共6分) 1 两种流体通过间壁进行换热的过程，

11、包括 间壁的导热 和 间壁两侧的对流传热 的过程。 2 为强化传热，人们设计了管外加翅片的换热器。它适用于管内 传热膜系数大 ，而管外 传热膜系数小 的情况。 3 将厚10 mm某种材料平板，置于冷热两个表面之间，热面以100 Wm2的速度加热，维持此平板热侧表面温度573 K，冷侧表面温度373 K。这种材料的导热系数= 0.005 Wm1 K1 13 4管内用水作冷却剂冷凝管外水蒸气,若要强化传热,应设法增大管 内 侧的传热膜系数才比较有效。 二、选择(7小题,共14分) 1 目前我国化工企业中使用得最广泛的换热器是( D ) A、夹套式换热器; B、翅片式换热器;C、螺旋板式换热器;D、

12、列管式换热器。 2 在下列换热器中,单位体积的传热面积最大的通常是( C ) A、套管式换热器;B、夹套式换热器; C、板式换热器; D、管壳式换器。 3 在一个单程列管式换热器中,壳程内通以20 左右的水,用来冷却管程中流经的200 的热空气。经实测,空气对管壁的传热膜系数=5.0 Wm2K1,管壁对水的传热膜系数=400 Wm2K1。管壁为碳钢,壁厚3 mm,碳钢的导热系数=50 Wm1K1。现欲强化该传热过程,最合理的措施是( D ) A、将原换热器换成一个传热面积更大的换热器;B、将内管由钢管改为铜管; C、增大壳程中水的流速；D、增大管程中空气的流速。 4 不同流体的传热膜系数相差很

13、大。假设气体被加热或冷却时的传热膜系数为被加热或冷却的传热膜系数为大小顺序为A、32Wm2K1，液体3 Wm2K1,饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数为2 Wm2K1，则其32； B、3；C、32； D、2。 5 在列管式换热器中，用饱和水蒸气加热空气。下面甲、乙两种说法何者合理？ 甲 传热管的壁温将接近加热水蒸气的温度；乙 换热器总传热系数将接近空气侧的传热膜系数。 A、甲、乙均合理； B、甲、乙均不合理；C、甲合理，乙不合理； 、甲不合理，乙合理. 6 在下列管壳式换热器中,没有降低或消除由温差引起的热应力补偿措施的换热器是( D ) A、U形管式换热器; B、浮头式换热器;C、壳体带有膨胀圈的

14、管壳式换热器; D、固定管板式换热器 7.有一列管式换热器,管程中通过冷却水以冷凝壳程中通入的有机物蒸气。根据实际需要,现准备将该换热器管程由单程改为双程。流经物料的流量和进口温度均不变,下列各种现象中,哪一种不会发生?(B ) A、管程中水的流速增大;B、冷却水的出口温度降低;C、换热器的总传热系数增加; D、壳程中冷凝下来的有机物出口温度降低。 三、计算问答(8小题,共80分) 1 在传热面积为28 m2的列管式换热器中逆流换热。热流体进口温度为373 K, 出口温度为323 K。冷流体流量为1.8 kgs-1, 比定压热容为4.18103 Jkg-1K-1, 进口温度为293 K, 出口

15、温度为333 K。试求:(1)传热平均温度差;(2)换热器的总传热系数。 解 ， K W，K=Wm-2K-1 2在一内管为19 mm2 mm的套管换热器中, 热流体在管外流动, 其进、出口温度分别为85 和45 , 传热膜系数为5000 Wm-2K-1。冷流体在管内流动, 其进、出口温度分别为15 和50 , 传热膜系数为50 Wm-2K-1, 质量流量为20 kgh-1, 比定压热容为1.0 kJkg-1K-1。冷热流体呈逆流流动。若换热器的热损失及管壁及垢层热阻均忽略不计, 试求换热器管长为多少米? 解=1.0103(50-15)=194 W，=KA=K 14 式中：K=49.5 WmK，

16、-2-1=85-50=35 , =45-15=30 =32.5 ,即=32.5 K，由此得：l=2.3 m 3 在合成氨工业中,某工段采用列管式热交换器将质量流量为3.5103 kgh-1的热水从100 冷却到60 。已知:冷却水进口温度为15 ,出口温度为50 ,总传热系数为1.2103 Wm-2K-1,水在1550 时的平均比定压热容为4.15 kJkg-1K-1,在60100 时的平均比定压热容为4.20 kJkg-1K-1,试求:(1)冷却水耗用量;(2)两种流体作逆流时的对数平均温度差和所需的热交换面积;(3)两种流体作并流时的对数平均温度差和所需的热交换面积。 解qm，=qm，1c

17、p12cp2逆流：，qm，1cp1=KA 并流：， 4 位于北方的一个矿区，冬天最低气温可达零下60 ，其水源全部为厚冰所覆盖。为解决供水，在湖边装了一个浮动泵装置。进水管在冰面以下，出水管用外径125 mm，壁厚9 mm的钢管接到5 km外的小镇上的贮水池内，管外包以5 cm厚的聚氨酯泡沫塑料作绝热层。水在管内的平均体积流量为67.5 Lmin-1。若冰面以下湖水温度为2.5 ，泡沫塑料的导热系数为0.03 Wm1K1，钢的导热系数为49 Wm1K1，试问：在输水过程中是否会结冰？。 解管路中单位时间的热损失： 单位时间流出的水在损失上述热量后温度下降量为： 出口时水温为0.37 ,还不致于

18、结冰。 5 在一定态操作的换热器中，用373 K的饱和水蒸气将某溶液从293 K加热到353 K。溶液的流量为1000 kgh-1，平均比定压热容为3.56 kJkg-1K-1。水蒸气冷凝成同温度的饱和水排出，水蒸气冷凝热为2258.4 kJkg-1。换热器向四周的散热速率为10000 kJh-1，计算所需的加热水蒸气用量。 解溶液输入热能速率：=qm,1cp,2(T1-T2)=10003.56(353-293)，15 饱和蒸气输出热能速率：由热能衡算，得：=qm,1r=2258.4qm,1 kJh-1，换热器散热速率： ， 2258.4qm,1=2.136105+10000，由此解得水蒸气用

19、量：qm,1=99 kgh-1。 6 在一传热面积为300 m2的单程列管换热器中, 300 的原料气流过壳方被加热到 430 , 反应后550 的热气体作为加热介质在管方流动。冷热两种气体呈逆流流动, 流量均为1.00104 kgh-1, 平均比定压热容均为1.05 kJkg-1K-1。如果换热器的热损失按壳方气体实际获得热量的10%估算, 试求该传热过程的总传热系数。 解由冷气体一侧计算传热速率: =+ ,=0.1, =+=1.1 =1.11.05103(430-300)=4.17105 W，由热气体一侧计算传热速率: = 4.17105=1.05103(550-T2)，解得: T2=40

20、7 ，=23; B、 231; C、 321; D、 213. 2 对于两层平壁的一维定常态导热过程，若第一层的温差1大于第二层的温差2，则第一层的热阻R1与第二层的热阻R2的关系为A、R1= R2； B、RR2。 3 评价热交换器结构性能的重要指标之一,是单位体积内传热面积的大小。工业上常用的热交换器中,该项指标最差的是(C)A、管壳式热交换器; B.套管式热交换器; C.夹套式热交换器;D、蛇管式热交换器 4目前我国化工企业中使用得最广泛的换热器是(D) A、夹套式换热器; B、翅片式换热器; C、螺旋板式换热器; D、列管式换热器。 5 常温下，钢、不锈钢、水和空气的导热系数分别为 A、

21、45 Wm1K1 ,15 Wm1K1 ,0.6 Wm1K1 和0.026 Wm1K1 ; B、0.6 Wm1K1 ,0.026 Wm1K1 ,45 Wm1K1 和15 Wm1K1 ; C、0.026 Wm1K1 ,0.6 Wm1K1 ,15 Wm1K1 和45 Wm1K1 ； D、15 Wm1K1 ,45 Wm1K1 ,0.6 Wm1K1 和0.026 Wm1K1 . 6 在一列管式换热器中用水冷却列管内的CO2气体，就整个换热过程而言，热阻主要存在于 A、CO2气体的流动主体中；B、金属管壁中；C、CO2气体与管壁间的层流底层中； 17 D、水流与管壁间的层流底层中。 7 在下列管壳式换热器

22、中,没有降低或消除由温差引起的热应力补偿措施的换热器是(D) A、U形管式换热器; B、浮头式换热器;C、壳体带有膨胀圈的管壳式换热器;D、固定管板式换热器。 8 在换热器中，间壁任一侧的对流传热速率=推动力/阻力，其中推动力是指 A、两相流体温度差;B、冷流体进出口温度差; C、热流体进出口温度差;D、流体主体温度和管壁温度差或。 9冷热两流体在逆流换热时,冷流体的出口极限温度可能是(B)。A、等于或接近于热流体的进口温度; B、低于或接近于热流体的进口温度;C、高于或接近于热流体的进口温度;D、远高于热流体的进口温度 10在间壁式换热器中，若冷、热两种流体均无相变，并进、出口温度一定，在相

23、同的传热速率时，逆流时的传热面积A和并流时的传热面积A之间的关系为 A、A =A； B、AA； C、A; B、; C、， 和，通常它们的大小顺序为 。 ; D、4 常温下，钢、不锈钢、水和空气的导热系数分别为 A、45 Wm1K1 ,15 Wm1K1 ,0.6 Wm1K1 和0.026 Wm1K1 ; B、0.6 Wm1K1 ,0.026 Wm1K1 ,45 Wm1K1 和15 Wm1K1 ; C、0.026 Wm1K1 ,0.6 Wm1K1 ,15 Wm1K1 和45 Wm1K1 ； D、15 Wm1K1 ,45 Wm1K1 ,0.6 Wm1K1 和0.026 Wm1K1 . 5 在通常操作

24、条件下的同类换热器中，设空气的传热膜系数为1，水的传热膜系数为2，饱和水蒸气冷凝的传热膜系数为3，则有A、123; B 231; C 321; D 213. 6 热量传递的基本方式为 20 A、蒸气的冷凝；B、液体的沸腾；C、冷、热流体的混合；D、传导、对流和辐射。 7评价热交换器结构性能的重要指标之一,是单位体积内传热面积的大小。工业上常用的热交换器中,该项指标最差的是(C)A、管壳式热交换器; B、套管式热交换器; C、夹套式热交换器;D、蛇管式热交换器 8 对一台正在工作的列管式换热器,已知一侧传热膜系数数 Wm2K1,另一侧传热膜系 Wm2K1,管壁热阻很小,那么要提高传热总系数,最有

25、效的措施是(A) A、设法增大的值;B、设法同时增大和的值;C、设法增大的值;D、改用导热系数大的金属管 9 在下列管壳式换热器中,没有降低或消除由温差引起的热应力补偿措施的换热器是(D) A、U形管式换热器;B、浮头式换热器;C、壳体带有膨胀圈的管壳式换热器;D、固定管板式换热器 10不同流体的传热膜系数相差很大。假设气体被加热或冷却时的传热膜系数为被加热或冷却的传热膜系数为大小顺序为 A、32 Wm2K1，液体3 WmK,饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数为；B、221 WmK，则其32123；C、32；D、2 A,可行。 2 用套管式热交换器以363 K的热水将303 K的油预热到343 K。

26、热水和油的流量分别为每小时1.5 吨和0.9 吨, 热水和油的比定压热容分别为4.2 103 J kg-1K-1和 2.5103 J kg-1K-1。试求:(1)热水的出口温度;(2)当传热系数为300 Wm-2K-1时, 在逆流操作方式下, 热交换器所需的传热面积。 解由热量衡算可得:=，即:2.5103(343-303)= 4.2103(363-T2) 解得: T2=348.7 K 由传热速率基本方程可求得其传热面积:=31.1 K，=2.5103(343-303)=2.5104 W A=2.68 m2。 3 在逆流操作的列管式换热器中, 用水冷却液态化学制剂。水的进口和出口温度分别为25

27、 和50 ; 制剂比定压热容为1.9 kJkg-1K-1, 密度为850 kgm-3, 进口和出口温度分别为80 和40 。换热器的列管由25 mm2.5 mm钢管组成。管程水一侧和壳程制剂一侧的传热膜系数分别为0.85 kWm-2K-1和1.70 kWm-2K-1。污垢热阻可忽略不计。若传热面积为9 m2, 试求化学制剂的质量流量。 21 解=21.6 ；K=549 Wm-2K-1 =，=1.4 kgs-1=5.1103 kgh-1 4 在一列管式换热器中进行冷、热流体的热交换, 并采用逆流操作。热流体的进、出口温度分别为120 和70 ,冷流体的进、出口温度分别为20 和60 。该换热器使

28、用一段时间后,由于污垢热阻的影响,热流体的出口温度上升至80 。设冷、热流体的流量、进出口温度及物性均保持不变,试求:污垢层热阻占原总热阻的百分比? 解由冷、热流体的热量衡算：，得：，则；无污垢时：=55 有污垢时：=64 ，又：，即：， 则，则污垢热阻占原总电阻百分比为：。 5 在一套管换热器中, 用饱和水蒸气将内管内作湍流流动的空气加热, 则此时的总传热系数近似等于空气的传热膜系数。今要求空气质量流量增加三倍, 而保持空气进出口温度不变, 若空气的物性数据和换热器内管直径不变, 试问换热器传热管的长度应增加多少倍? 解空气质量流量为空气质量流量为=4时, 传热速率: =时, 传热速率:=4

29、= 由此可得:=4,=40.8(因为Re0.8)，K =40.8=3.03 K；=1.32 管子需再增长32%。 09热量传递练习题6 一、填空(10小题,共20分) 1 生产中用水蒸气对夹套式反应釜加热时，水蒸气进口应在夹套 上 部，而冷凝水则由其下 部排出；当用冷却水冷却时，冷却水进口应在夹套 下 部，而冷却水出口应在夹套 上 部。 2 列举四种工业上常用的间壁式热交换器： 套管式热交换器、蛇管式热交换器 、 夹套式热交换器 、列管式热交换器； 板式热交换器 。 3 流体需要加热到100180 的温度范围时,最适宜的加热剂是 饱和水蒸气 ; 流体需要冷却到3080 的温度范围时,最适宜的冷却剂是 冷水 。