第四章 传热自测题
一、填空或选择
1. 多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 。
2. 一定质量的流体在φ25×2.5mm的直管内，作强制的湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m2·℃，如果流量和物性不变，改在φ19×2mm的直管内流动，其αi为 W/m2·℃。
A．1259； B．1496； C．1585； D．1678。
3. 水与苯通过间壁换热器进行换热。水从20℃升至30℃，苯由80℃降至40℃，则热容流量小的流体为 ，此换热器的传热效率ε=____ 。 4. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_________ 。
5. 有一套管换热器，在内管中空气从46℃被加热到50℃，环隙内有119.6℃的水蒸气冷凝，管壁温度接近___ ℃。 A．35； B．119.6℃ ； C．77.3 。
6. 对膜状冷凝传热，冷凝液膜两侧温差愈大，冷凝传热系数愈____ 。
7. 在列管换热器中饱和蒸气加热空气，有：甲）传热管的壁温接近加热蒸气温度； 乙）换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。则：
A．甲乙均合理； B．甲乙均无理； C．甲合理，乙无理； D．甲无理，乙合理。 8. 在蒸气冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是______ 。
A．不凝气体的存在会使α大大降低； B．不凝气体的存在会使α升高； C．不凝气体的存在对α无影响。 9. 对在蒸气-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上可行的是____ 。
A．提高空气流速； B．提高蒸气流速； C．采用过热蒸气以提高蒸气流速； D．在蒸气一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。
10. 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的相比，应该____ 。 A．增大； B．变小； C．不变； D．不确定。
11. 在卧式列管换热器中用饱和水蒸气冷凝加热原油，则原油宜在___流动，总传热系数接近 的对流传热系数值，传热壁面的温度接近于___温度。
12．进出口温度分别为85℃和40℃的热流体对进口温度为20℃的冷流体进行加热，规定冷流体出口温度不超过40℃，则必须采用 操作。
13．冷热两流体的对流传热系数相差较大时，提高总传热系数K值的措施是 A. 提高小的h值； B. 提高大的h值；
C. 两个都同等程度提高； D. 提高大的h值，同时降低小的h值。 14．蒸汽冷凝时的热阻 。
A. 决定于汽膜厚度； B. 决定于液膜厚度；
C. 决定于汽膜和液膜厚度； D. 主要决定于液膜厚度，但汽膜厚度也有影响。 15、在一列管式换热器中用水来冷却某有机溶液。现希望有机溶液的出口温度降低一些（溶液的流量、进口温度不变），可采取的措施有 。 16、一台新换热器正常运转半年后，若冷热流体的流量和进口温度不变，但冷流体的出口温度下降了，你认为是下列 原因。
(A) 运行时间长后，换热器内产生了污垢； (B) 换热器内压力升高；
(C) 换热器内压力降低； (D) 换热器所在环境温度降低。 17、为了减少室外设备的热损失，保温层外包的一层金属皮应采用 。 (A)表面光滑，色泽较浅； (B)表面粗糙，色泽较深； (C) 表面粗糙，色泽较浅； (D) 表面光滑，色泽较深 18、某一套管换热器，用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为100℃，空气进口温度20℃，出口温度为80℃，此时套管换热器内壁温度应是 。 (A) 接近空气的平均温度；
(B) 接近饱和蒸汽与空气的平均温度； (C) 接近饱和蒸汽的温度。 19、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______________，______________。 20、热传递的三种基本方式是： 。 二、讨论题：
1、如何强化换热器中传热过程？
2、为什么翅片式暖气片的翅片总是安在外侧？ 三、计算题
1、 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C p烃=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水 =4.17kj/kg·℃,基于传热管外表面积的总传热系数Ko =2000W/ m2 ·℃ ,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.
2、 在一列管换热器内,用110℃的饱和水蒸汽加热管内的湍流流动的空气,使其从30℃ 升至45℃,若将空气的流量增加一倍而入口温度不变?,试求加热蒸汽量为原用量的倍数. 忽略管壁热阻、垢层热阻和热损失,并忽略因空气出口温度变化所引起的物性变化.
3、 用120℃的饱和水蒸汽将流量为36m3 /h的某稀溶液在双程列管换热器中从80℃ 加热至95℃.若每程有直径为φ25×2.5mm的管子30根,且以管外表面积为基准的传热系数 K=2800w/m2℃.蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求: (1)换热器所需的管长;
(2)当操作一年后,由于污垢累积,溶液侧的污垢系数为0.00009 m2 ℃/W,?若维持溶 液的原流量及进口温度不变,其出口温度为多少?又若必须保证溶液原出口温度,?可以采 取什么措施?
注:溶液的密度及比热与水近似:ρ=1000kg/m3 ;Cp=4.2KJ/kg ℃
4、用一传热面积为3 m2 由φ25×2.5mm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分1000 kg/h和1200 kg/h,其比热分别为4.187 kj/kg k和2.0 kj/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。 (1)计算说明该换热器是否合用?
(2)夏天当水的初温达到30℃,而油的流量及冷却程度不变时?,该换热器是否合用?如何解决?(假设传热系数不变)
第四章 传热
一、填空或选择
1. 多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 最大。
2. 一定质量的流体在φ25×2.5mm的直管内，作强制的湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m2·℃，如果流量和物性不变，改在φ19×2mm的直管内流动，其αi为 D W/m2·℃。
A．1259； B．1496； C．1585； D．1678。
3. 水与苯通过间壁换热器进行换热。水从20℃升至30℃，苯由80℃降至40℃，则热容流量小的流体为 苯 ，此换热器的传热效率ε=__0.667__ 。
4. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_提高壳程流体对流传热系数_ 。
5. 有一套管换热器，在内管中空气从46℃被加热到50℃，环隙内有119.6℃的水蒸气冷凝，管壁温度接近_ B _ ℃。 A．35； B．119.6℃ ； C．77.3 。
6. 对膜状冷凝传热，冷凝液膜两侧温差愈大，冷凝传热系数愈_愈小。
7. 在列管换热器中饱和蒸气加热空气，有：甲）传热管的壁温接近加热蒸气温度； 乙）换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。则：A
A．甲乙均合理； B．甲乙均无理； C．甲合理，乙无理； D．甲无理，乙合理。 8. 在蒸气冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是__ A ____ 。 A．不凝气体的存在会使α大大降低； B．不凝气体的存在会使α升高； C．不凝气体的存在对α无影响。 9. 对在蒸气-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上可行的是__A__ 。
A．提高空气流速； B．提高蒸气流速； C．采用过热蒸气以提高蒸气流速； D．在蒸气一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。
10. 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的相比，应该_A__ 。 A．增大； B．变小； C．不变； D．不确定。
11. 在卧式列管换热器中用饱和水蒸气冷凝加热原油，则原油宜在_管程__流动，总传热系数接近 原油 的对流传热系数值，传热壁面的温度接近于__水蒸气_温度。
12．进出口温度分别为85℃和40℃的热流体对进口温度为20℃的冷流体进行加热，规定冷流体出口温度不超过40℃，则必须采用 并流 操作。
13．冷热两流体的对流传热系数相差较大时，提高总传热系数K值的措施是 A A. 提高小的h值； B. 提高大的h值；
C. 两个都同等程度提高； D. 提高大的h值，同时降低小的h值。 14．蒸汽冷凝时的热阻 B 。
A. 决定于汽膜厚度； B. 决定于液膜厚度；
C. 决定于汽膜和液膜厚度； D. 主要决定于液膜厚度，但汽膜厚度也有影响。 15、在一列管式换热器中用水来冷却某有机溶液。现希望有机溶液的出口温度降低一些（溶液的流量、进口温度不变），可采取的措施有 增加冷却水的流量或降低冷却水的进口温度 。
16、一台新换热器正常运转半年后，若冷热流体的流量和进口温度不变，但冷流体的出口温度下降了，你认为是下列 A 原因。
(A) 运行时间长后，换热器内产生了污垢； (B) 换热器内压力升高；
(C) 换热器内压力降低； (D) 换热器所在环境温度降低。 17、为了减少室外设备的热损失，保温层外包的一层金属皮应采用 A 。 (A)表面光滑，色泽较浅； (B)表面粗糙，色泽较深； (C) 表面粗糙，色泽较浅； (D) 表面光滑，色泽较深 18、某一套管换热器，用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为100℃，空气进口温度20℃，出口温度为80℃，此时套管换热器内壁温度应是 C 。 (A) 接近空气的平均温度；
(B) 接近饱和蒸汽与空气的平均温度； (C) 接近饱和蒸汽的温度。
19、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将__导热系数小的_材料包在内层，其原因是___减少热损失__，___降低壁面温度__。 20、热传递的三种基本方式是： 传导、对流与热辐射 。
二、讨论题：
1、如何强化换热器中传热过程？
答：强化换热器中传热过程即增大传热速率，Q=KsΔtm，途径：
（1）增大传热面积：增大传热面积，可以提高换热器的传热速率。但增大传热面积不能靠增大换热器的尺寸来实现，而是要从设备的结构入手，提高单位体积的传热面积。
（2）增大平均温度差：增大平均温度差，可以提高换热器的传热效率。平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动型式。一般来说，物料的温度由生产工艺来决定，不能随意变动，而加热介质或冷却介质的温度由于所选介质不同，可以有很大的差异，但提高介质的温度或降低冷却介质的温度必须考虑到技术上的可行性和经济上的合理性。采用逆流操作或增加管壳式换热器的壳程数使φΔt增大，均可得到较大的平均温度差。
（3）增大总传热系数:增大总传热系数，可以提高换热器的传热效率。由总传热系数的计算公式可见，要提高K值，就必须减少各项热阻。但因各项热阻所占比例不同，故应设法减少对K值影响较大的热阻。随着使用时间的加长，污垢逐渐增加。主要方法有：提高流体的速度；增强流体的扰动；采用短管换热器；防止结垢和及时清除垢层。
传热过程强化但单纯追求S、Δtm及K 的提高是不行的。因为所采取的强化措施往往使流动阻力增大，其他方面的消耗或要求增高。因此，在采取强化措施的时候，要对设备结构、制造费用、动力消耗、运行维修等予以全面考虑，采取经济而合理的强化方法。
2、为什么翅片式暖气片的翅片总是安在外侧？
11b1??? Kso?oso?sm?isi气体的对流传热系数?o远小于液体的对流传热系数?i，因而热阻
1远大于?oso1，为减小管外热阻，将翅片安在暖气片外以提高传热面积减小管外热阻。 ?isi
三、计算题
1、 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C p烃=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水 =4.17kj/kg·℃,基于传热管外表面积的总传热系数Ko =2000W/ m2 ·℃ ,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. 解: 解：
(1)冷却水用量
WhCph(T1-T2)=WcCpc(t2-t1)
3500?2.38?(100-60)=Wc?4.17?(50-40) Wc=7990kg/h (2) 逆流：
?t2?100?50?50；?t1?60?40?20
?tm??t2??t150?20??32.74
ln(?t2/?t1)ln(50/20)Q(3500/3600)?2.38?103?(100?60)S???1.413m2
K?tm2000?32.74L?S1.413??2.381m ?d03.14?0.189并流
?tm??t2??t160?10??27.93
ln(?t2/?t1)ln(60/10)Q(3500/3600)?2.38?103?(100?60)S???1.66m2
K?tm2000?27.93L?S1.66??2.93m ?d03.14?0.189
2、 在一列管换热器内,用110℃的饱和水蒸汽加热管内的湍流流动的空气,使其从30℃ 升至45℃,若将空气的流量增加一倍而入口温度不变?,试求加热蒸汽量为原用量的倍数. 忽略管壁热阻、垢层热阻和热损失,并忽略因空气出口温度变化所引起的物性变化.
解:原条件下:Q1?rD1?K1S?tm1?WcCpc(t2?t1) （1）