石工10级8班复习资料
传热与传质复习
考试时间：100分钟
考试题型：判断题（10题20分）、填空题（10空20分）、简答分析题
（1题10分）、计算题（4题50分）
判断填空题：基本概念、小计算
简答分析题：基本定义的理解、公式的简单推导、证明、对实际现象的分析 计算题：
1、稳态导热的计算（平壁、圆筒壁）
2、非稳态导热的计算（集总参数分析法，先算Bi）
3、简单的对流换热计算（不试算，注意公式选择，修正项，选对定5选2
性温度和定型尺寸）
4、热辐射的简单计算（斯蒂芬—波尔兹曼定理，维恩位移定理） 5、传热过程的计算（传热系数、热阻计算）
6、换热器的热计算（对数平均温差法、有效度—传热单元数法） 必考
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7、单向扩散与等摩尔逆向扩散的通量计算
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传热与传质模拟题一
一、判断题
1、等温线一定垂直于绝热边界（√）
2、在圆筒壁外敷设保温层都可以削弱传热（×） 3、强迫对流换热系数一般大于自然对流换热系数（√） 4、温度梯度的方向指向温度降落的方向（×）
5、集总参数分析法认为温度分布和空间位置无关（√）
6、无论紊流流动还是层流流动的对流换热过程，热阻主要位于边界层内属于层流流动的部分（√）
7、单向扩散的?A?yBm（√）
8、在化学反应中一般通量是计算JA和NA（√） 9、扩散通量为零的组分称为呆滞组分（×） 10、在Sc=1时普朗特类比可转化为雷诺类比（√）
二、填空题
1、厚度δ，导热系数λ为常数的大平壁的单位面积导热热阻是_δ/λ 。 2、保温材料是指导热系数小于_0.12 W/(m·K)_的材料。 3、金属含有较多的杂质，则其导热系数将 减小 。
4、在传热学中热量传递的基本方式有三种，分别是 热传导 、 热对流 、 热辐射 ；在传质学中质量传递的两种基本方式是 分子扩散 和 对流扩散 。
5、对于许多工程材料，在一定的温度范围内，导热系数可以认为是温度的线性函数，即 λ=λ0(1+bt) 。
6、导温系数a称作 热扩散系数 ，它的单位是 ｍ2/ｓ ；导温系数大的材料，物体各部分温度趋于一致性的能力 强 。
7、无限长圆筒壁的单位管长导热热阻是
d1ln22??d1 8、气体在多孔介质中的扩散主要有 斐克扩散 、 努森扩散 、 表面扩散 。 9、温度为288K，压力为1bar时，一氧化碳在氮气中的扩散系数为1.945×10-5 m2/s，则温度为303K，压力为2bar时，一氧化碳在氮气中的扩散系数为 1.05×10-5 m2/s 。
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10、一维稳态无化学反应常物性时，通过呆滞组分扩散的浓度分布曲线是 指数曲线 ，等摩尔逆向扩散的浓度分布曲线是 直线 ；一维稳态无内热源常物性时，圆筒壁的温度分布曲线是 对数曲线 。
三、简答分析题
简述传热学在石油工程中的应用：
1、在钻井工业中，随井眼的加深地温升高，无论是钻井液中使用的化学处理剂还是粘土颗粒，其化学性能都将受到不良影响，从而使钻井液失去稳定性，因此，预测深井中的井温分布对钻井液的研制起着指导性作用，对快速、优质、安全钻井有重要意义；同时，井内温度分布对固井水泥浆性能、井壁稳定性、岩石破碎及钻头工作性能都有一定影响。
2、对稠油和高凝油的开采，加热降粘或维持温度能有效减小流动阻力，提高采收率；水力压裂的压裂液性能也受温度分布的影响。
3、石油运输行业中，依据原油受热粘度降低，可减小管输阻力，降低运输难度和运输成本，为后续工艺要求打下基础。
四、计算题
1、热处理工艺中，常用银球来测定淬火介质的冷却能力。今有直径为20mm的银球，加热到650℃后置于20℃的静止水容器中。当银球中心温度均由650℃变化到450℃时，用热电偶分别测得的降温速率为180℃／s。在上述温度范围内银的物性参数ρ＝10500 kg／m3，c＝2.62×102J/(kg?K)，??360W/(m?K)。试求银球与水之间的表面传热系数。
解：本题表面传热系数未知，即Bi数为未知参数，所以无法判断是否满足集总参数法条件。为此，先假定满足集总参数法条件，然后验算。
?4C3?，0?'?650?20?630?C ??450?20VR10?10?3200???0.0033(m)， ???1.11(s）
180A33??A=exp（-?）'?cV，得： 由??cV?10500?2.62?102430???ln(')???0.0033?ln?3123.71W/(m2??C)
?A?1.11630验算Bi数：
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Bi??V3123.71?0.0033??0.029?0.1M?0.033 ?A360满足集总参数条件，上述分析和计算是合理的。
2、采用测定铂丝电阻的方法可间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝d=0.1mm，长10mm，电阻0.2?，通过电流1.2A，表面温度为200℃，空气温度为20℃。已知
Num?0.911R10.3853emrmP，空气物性参数见下表。求气流速度。
T，℃ 20 110 200 ?,W/(m?K) 2.59×10-2 3.27×10-2 3.93×10-2 ?,m2/s 15.06×10-6 24.29×10-6 34.85×10-6 Pr 0.703 0.687 0.680 解：定性温度tm?(tw?tf)?110?C，特征长度d=0.1mm
查表得?m=3.27×10-2W/(m?K)，?m=24.29×10-6m2/s，Prm=0.687 由换热条件得：I 即：1.2 解得
2122R=??dL(tw?tf）
?0.2=????0.1?10-3?10?10-3?（200-20）
??509.3W/(m2?K)
?d509.3?0.1?10?3??1.56 ?Num??2?m3.27?10又因 得
Num?0.911Rem0.385Prm
?m13Rem?5.57，而 Rem?vd
?mRemd5.57?24.29?10?6?=1.35m/s
0.1?10-3故，v?3、一台逆流套管式换热器在下列条件下运行，传热系数保持不变，冷流体质流量0.125kg/s，定压比热为4200J/(kg?K)，入口温度40℃，出口温度95℃。热流体质流量0.125kg/s，定压比热为2100J/(kg?K)，入口温度210℃， (1)该换热器最大可能的传热量是多少？(2)若冷、热流体侧的对流换热系数及污垢热阻分别为2000 W/(m2·K)、0.0004
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(m2·K)/W、120 W/(m2·K)、0.0001(m2·K)/W，且可忽略管壁的导热热阻，试利用对数平均温差法确定该套管式换热器的换热面积；并说明为增强换热，应提高哪个换热系数。
解：（1）确定换热器最大可能的传热量：
Q?(mcp)min(th1?tc1)?0.125?2100?(210?40)?44625(W)(2)确定换热器的面积：
???
根据热平衡方程式(mhcph)(th1?th2)?(mccpc)(tc1?tc2) 确定热流体出口温度，即：
th2?th1?对数平均温差：
(mccpc)(tc1?tc2)mhcph???210?0.125?4200?(95?40)?110?C0.125?2100
?tm??t1??t2(210?95)?(110?40)??90.65?C?t1210?95lnln110?40?t2
换热量：
Q?(mhcph)(th1?th2)?0.125?2100?(210?110)?26250(W)
换热系数：
?k?11?1?r1?1??r2111?0.0004??0.00012000120?107.14W/(m2?K)
?2换热器的面积为：
A?Q26250??2.7(m2)k?tm107.14?90.65
为增强换热，应提高小的换热系数，即120 W/(m2·K)。
4、压力为1atm、温度为0℃的氧+氮二元扩散系，在扩散路径上相距2mm的两点氧气浓度分别为10%和20%的容积百分数，已知0℃和1atm条件下DN2—O2?0.181cm2/s。试分别计算以下两种扩散条件下的氧的通量：
（1）氮为呆滞气体； （2）等摩尔逆向扩散。 解：（1）
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