化工原理试题集（第四章）
一. 填空题
1.凡稳定的筒壁传热，热通量为常数。____________ 2.在稳态传热中，凡热阻大处其温差也大。____________ 3.滴状冷凝的传热系数大于膜状冷凝传热系数。____________
4.一列管换热器，列管规格为φ38×3,管长4m, 管数127根，则外表面积Ｓo
=_____________________，而以内表面积计的传热面积Ｓ1 =________________________。 5.套管换热器，内管外径d1 、外管内径d2 ，则环隙的当量直径de=_________________。 6.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。 7. 平壁稳定传热过程，通过三层厚度相同的不同材料，每层间温度变化如图所示，试判断λ1 、λ2 、λ3 的大小顺序____________, 以及每层热阻的大小顺序__________。
8.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R1 ______R2 ______R3 ；各层导热速率Q1 ______Q2 ______Q3 。
9.多层壁稳定传热，凡导热系数λ大的一层，温差也大。______
10.列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于____________________，折流挡板的形状有____________________，____________________等。
11.多层筒壁稳定导热中，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________________。
12.冷凝现象有__________冷凝和__________冷凝，工业冷凝器的设计都按______________冷凝设计。
13.将单程列管式换热器改为双程的作用是__________，但这将使________减小，________增大。
14.对流过程是__________和__________之间的传热过程。
15.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__________________________________。 16.间壁换热器管壁温度 tw 接近α____________一侧的流体温度；总传热系数Ｋ的数值接近____________________一侧的α值。
17.在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在____________________，减少热阻的最有效的措施是____________________________。
18.列管换热器中，用饱和水蒸汽加热空气。空气走管内，蒸汽走管间，则管壁温度接近＿＿＿＿的温度，总传热系数接近＿＿＿＿＿的对流传热系数。
19.水在管内作湍流流动，若使流速提高至原来的２倍，则其对流传热系数约为原来的____________倍。
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20.如图所示为间壁式换热器中冷热流体稳态传热过程的温度分布曲线，该传热过程是由__________、__________和__________三个串联的热传递环节组成，由图分析可知：α1
______α2 ，控制热阻应在________侧，因此若强化该传热过程，应从________侧着手。
21.两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到50℃, 热流体从100℃ 被冷却到70℃，则逆流时的△tm =__________________℃。
22.用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量Ｗ1 ＿＿＿Ｗ2 。
23.用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则所需传热面积Ａ1 ＿＿＿Ａ2 。 24.判断物性数值大小：
λ金属 λ液 λ气；α空气 α水；α水蒸汽冷凝 α水； α湍流 α过渡(同一物料)；α滴状冷凝 α膜状冷凝(同物, 同压)；
二.选择题
1.间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻____________。 Ａ 成正比 Ｂ 成反比 Ｃ 没关系
2.套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时：传热系数Ｋ应（ ）
Ａ 增大 Ｂ 减小 Ｃ 基本不变
3.在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否合理：____________ 甲．传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；
乙．换热器总传热系数Ｋ将接近空气侧的对流传热系数。
A甲乙均合理 B甲乙均无理 C甲合理， 乙无理 D乙合理， 甲无理
三．计算题
1.某平壁工业炉的耐火砖厚度为0.213m, 炉墙导热系数λ＝１．０３８ｗ／ｍ·ｋ。其外用导热系数为 0.7W/m.℃的绝热材料保温。炉内壁温度为９８０℃，绝热层外壁温度为38℃, 如允许最大热损失量为950W/m2 。求：
（１）绝热层的厚度；
（２）耐火砖与绝热层的分界处温度。
2.在内管为φ１８０×１０ｍｍ的套管换热器中，将流量为３５００ｋｇ／ｈ的某液态烃从１００℃冷却到６０℃，其平均比热Ｃp ＝２．３８ｋＪ／ｋｇ℃，环隙走冷却水，其进出口温度分别为４０℃和５０℃，平均比热Ｃp ＝４．１７４ｋＪ／ｋｇ℃基于传热外面
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积的总传热系数K=2000ｗ/ｍ2 ℃, 且保持不变。设热损失可以忽略。试求： （１）冷却水用量；
（２）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。
3.为了测定套管式甲苯冷却器的传热系数，测得实验数据如下：冷却器传热面积Ａ＝２．８ｍ2 ，甲苯的流量Ｗh ＝２０００ｋｇ／ｈ，由８０℃冷却到４０℃，甲苯的平均比热ＣP h ＝１．８４ｋＪ／ｋｇ·℃。冷却水从２０℃升高到３０℃，两流体呈逆流流动，求所测得的传热系数Ｋ为多少？若水的比热ＣP c ＝４．１８ｋＪ／ｋｇ·℃，问水的流量为多少？
4.在内管为φ189×10mm的套管换热器中，将流量为 3500kg/h的某液态烃从 100℃冷却到60℃，其平均比热Ｃp =2.38kJ/kg.℃， 环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃，平均比热Ｃp ＝4.17kJ/kg.℃，基于传热外面积的总传热系数Ｋo =2000W/m 2 .℃，设其值恒定，忽略热损失。试求： （1）冷却水用量；
（2）分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。
5.某厂一单管程单壳程列管换热器，列管规格为φ25×2.5mm，管长6m，管数501 根，管程走热气体，流量为5000Kg/h，平均比热3.04kJ/Kg.K，进口温度500℃；壳程走冷气体，流量为4000Kg/h，平均比热3.14kJ/Kg.K，进口温度30℃。逆流操作时， 测得热气体的出口温度为200℃，求总传热系数K 为多少(W/m2 .K)；
6.在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液，溶液量为1.4kg/s，比热为2KJ/Kg℃，走内管(规格为φ25×2.5mm)，从150℃ 冷却到100℃。冷却水走套管环隙，从25℃升温至60℃，水的比热为4.18KJ/Kg℃。
（1）已知溶液一侧的对流传热系数为1160W/m2 ℃，冷却水一侧的对流传热系数为930W/m2 ℃，忽略管壁和污垢的热阻及热损失，求以传热外表面积为基准的总传热系数K 和冷却水的用量(kg/h)。
（2）计算内管的外表面积和管长。
7.有一台套管换热器，内管为 φ38×2.5mm钢管，外管为 φ５７×３mm钢管，换热管总长３６ｍ，逆流操作，管内走水，将管间4200ｋｇ／ｈ的苯液从６５℃冷却到３５℃，水温从２５℃升到３５℃，现已知苯侧对流传热系数为２０３０ｗ／ｍ2·ｋ，水侧对流传热系数为６６１０ｗ／ｍ2·ｋ，苯侧垢层热阻为０．１８ｍ2·ｋ／ｋｗ，苯液比热Ｃ p 1 ＝１．８０ｋＪ／ｋｇ·ｋ，钢导热系数λ＝４５ｗ／ｍ·ｋ。试计算： （１）该换热器传热系数Ｋ （２）水侧垢层热阻Ｒs 2 。
8. 用一传热面积为3m2 由φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器, 用初温为 10℃的水将机油由200℃ 冷却至100℃ , 水走管内, 油走管间。 已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h, 其比热分别为4.18kJ/kg.K 和2.0kJ/kg.K; 水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2 .K 和250W/m2 .K, 两流体呈逆流流动, 忽略管壁和污垢热阻。 计算说明该换热器是否合用?
9.某厂用一套管热交换器，每小时冷凝２０００kg甲苯蒸汽，冷凝温度为１１０℃，甲苯的
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汽化潜热为３６３KJ/Kg,其冷凝传热系数为１４０００W/m2 .℃。冷却水于１６℃及5000Kg/h的流量进入套管内管(内径为５０ｍｍ)作湍流流动,其对流传热系数为１７４０W/ｍ2 ℃。水的比热可取为４．１９KJ/Kg℃。忽略壁及垢层的热阻且不计热损失。 试计算冷却水的出口温度及套管管长。
10.有一套管式换热器,内管为φ１８０×１０的钢管. 用水冷却原油,采用逆流操作，水在内管中流动，冷却水的进口温度为１５℃，出口温度为５５℃。原油在环隙中流动，流量为５００kg/h，其平均比热为３．３５kJ/kg.℃，要求从９０℃冷却至４０℃。已知水侧的对流传热系数为1000W/m2 .℃，油侧的对流传热系数为299W/m2 .℃ （管壁热阻及垢阻忽略不计）。 试求：（1）总传热系数；
（2）套管换热器的有效长度；
（3）所需冷却水用量（水的比热取４．１８
kJ/kg.℃，忽略热损失）； 4