发布时间 : 星期一 文章第四章 传热（习题及解答2007版）更新完毕开始阅读
的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热系数为104W/(m2·℃)，管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计，而且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为Cp=1 kJ/(kg·℃)，λ=2.85×10-2 W/(m·℃)，μ=1.98×10 -5 Pa.S，Pr=0.7。试求：
（1）空气在管内的对流传热系数；
（2）求换热器的传热系数（以管子外表面为基准）； （3）通过计算说明该换热器能否满足需要； （4）计算说明管壁接近于哪一侧的流体温度。
4.49 某列管换热器用109 ℃的饱和水蒸汽加热管内空气，使它由20 ℃升至80 ℃，现空气流量须增加一倍，问在传热面积和空气进、出口温度不变情况下，加热蒸汽温度应变为多少？ 4.50 有一套管式换热器，内管为Φ180×10 mm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500 kg/h，其平均比热为3.35 kJ/(kg·℃)，要求从90 ℃冷却至40 ℃。已知水侧的对流传热系数为1000 W/(m2·℃)，油侧的对流传热系数为299 W/(m2·℃)（忽略管壁及污垢热阻） 试求： （1）总传热系数（以管子外表面为基准）； （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）在操作中因气温升高，冷却水进口温度变为20 ℃，问此时会出现什么情况？若仍维持原生产任务，应采取什么措施？说明理由，并计算之。（设变化后的总传热系数K=255 W/(m2·℃)）。
热 辐 射
4.51两块相互平行的长方形黑体平板，其尺寸为1×2 m2，间距为1 m，若两平板的表面温度分别为727 ℃及227 ℃，试计算两平板间的辐射传热量。
4.52 在一钢管中心装有热电偶测量管内空气的温度，设热电偶的温度读数为300 ℃，热电偶的黑度为0.8，空气与热电偶之间的对流传热系数为25 W/(m2·℃)，钢管内壁温度为250 ℃，试求由于热电偶与管壁之间的辐射传热而引起的测温误差，并提出减少误差的措施。
4.53 两极大平行平面进行辐射传热，已知ε1=0.3，ε2=0.8，若在两平面间放置一块极大的抛光铝遮热板ε3=0.04，试计算传热量减少的百分数。
对流辐射联合传热计算
4.54 平均温度为150 ℃的机油在Φ108×6 mm钢管中流动，大气温度为10 ℃，设油对管壁的对流传热系数为350 W/(m2·℃)，管壁热阻和污垢热阻可忽略不计，试求此时每米管长的热损失，又若管外包一层厚为20 mm，导热系数λ为0.058 W/(m·℃)的玻璃布，热损失减为多少？
传 热 设 备
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4.55 用175 ℃，流量为360 kg/h的油，将300 kg/h的水由25 ℃加热至90 ℃，已知油、水的比热分别为2.1 kJ/(kg·℃)、4.18 kJ/(kg·℃)。今有两个换热器，传热面积均为0.8 m2： 换热器1，K1=500 W/ (m2·℃)，单壳程，单管程； 换热器2，K2=652 W/ (m2·℃)，单壳程，双管程。 为了保证所需的传热量应选用那一个换热器？
4.56 在下列三个换热器中，每小时将29400 kg的某种溶液从20 ℃加热到50 ℃。溶液在管内流动。加热介质的进口温度为100 ℃，出口温度为60 ℃；试求下面三种情况下的平均温差。 （1）壳方与管方均为单程换热器，逆流操作； （2）壳方为单程，管方为四程； （3）壳方为二程，管方为四程。
4.57 在一套管换热器中，用冷却水将1.25 kg/s的苯由350 K冷却至300 K，冷却水在Φ 25×2.5 mm的管中流过，其进出口温度分别为290 K和320 K。已知水和苯的对流传热系数分别为0.85 kW/ (m2·K)和1.7 kW/(m2·K)，比热分别为4.18 kJ/(kg·K)和1.9 kJ/(kg·K)，管材的导热系数?=45 W/(m·K)，两侧的污垢热阻可忽略不计，试求所需的管长和冷却水消耗量。
4.58 一套管换热器用饱和水蒸汽将管内作湍流流动的空气加热，设此时总的传热系数近似等于空气的对流传热系数。今要求空气量增加一倍，而空气进出口温度仍然不变，问该换热器长度应增加百分之几？
4.59 在逆流换热器中用水冷却油，水进出口温度分别为15 ℃和40 ℃，油的进出口温度分别为150 ℃和100 ℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80 ℃，设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1 m，试求将此换热器的管长增至多少米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。
4.60 在单程列管换热器中，每小时将4000 kg的空气从20 ℃加热到80 ℃，空气在钢质列管内做湍流流动，管外用100 ℃的饱和蒸汽加热，冷凝液在饱和温度下排出，列管总数为100根，规格为Φ50×2 mm，管长为3 m，已知空气的比热容为1 kJ/(kg·℃)。 （1）求总传热系数； （2）现因空气流量增大一倍，要设计一台新的列管换热器，管数比原来增加一倍，管径缩小一倍，其它条件不变，试求新设计的换热器每根管的长度（管壁、污垢和蒸气冷凝热阻可忽略不计）。
4.61 用一单程列管式换热器将46 ℃的CS 2饱和蒸汽冷凝后再冷却至10 ℃。CS2走壳程，流量为250 kg/h，又其冷凝潜热为355 kJ/kg。液相CS2 比热为1.05 kJ/(kg·℃)，冷却水走管程，与CS2呈逆流流动，其进、出口温度分别为5 ℃和30 ℃。换热器中有Φ25×2.5 mm 管30根，管长3 m，设此换热器中，CS2蒸汽冷凝和液体冷却时的总传热系数分别为200 W/(m2·℃)和100 W/(m2·℃)（均以管外表面为基准），问此换热器的传热面积能否满足要求？
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思考题
4.62 填空、选择、判断与简答 （1）红砖的黑度为0.93，当其表面温度为300 ℃时，红砖的发射能力为 。 （A）5683.4 W/ m2 （B）916.7 W/ m2 （2）有一套管换热器环隙有119.6 ℃蒸汽冷凝，管内空气从20 ℃被加热到50 ℃， 管壁温度应接近 。 （A）35 ℃ （B）119.6 ℃ （C）77.3 ℃ （3）已知在温度T时耐火砖的发射能力（辐射能力）大于铜的发射能力，则铜的黑度为 ，耐火砖的黑度为 。 （A）0.6 （B）0.9 （C）1 （4）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：换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 （5）已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度 耐 火砖的黑度。
（A）大于 （B）等于 （C）不能确定是否大于（D）小于 （6）在一列管式加热器中，壳程为饱和水蒸汽以加热管程中的空气。若空气流量增大10 %，为保证空气出口温度不变，可采用的办法是 。 （A）壳程加折流挡板，增大壳程α值； （B）将原先的并流改为逆流流动以增大△tm ； （C）开大蒸汽进口阀门以便增大水蒸汽流量； （D）开大蒸汽进口阀门以便提高加热蒸汽压力。 （7）某列管换热器，管间为饱和水蒸汽冷凝，若饱和蒸汽温度与壁温之差增加一倍时，传热速率将增加为原来的 。
（A） 2-1/4 倍 （B） 23/4倍 （C） 21/4倍 （D） 21/3 倍 （8）列管换热器中用水使46℃的CS2饱和蒸汽冷凝，则CS2饱和蒸汽应通过 。 （A）管程 （B）壳程 （C）管程或壳程均可 （9）在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度相差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辐射传热量相比，应该 。 （A）增大 （B）变小 （C）不变 （10）利用水在逆流操作的套管换热器中冷却某物料。要求热流体的温度T1、T2及流量Wh不变。今因冷却水进口温度t1增高，为保证完成任务，提高冷却水流量WC，其结果： （A）K增大，△tm不变； （B）Q不变，△tm 下降，K增大；
（C）Q不变，K增大，△tm不确定； （D）Q增大，△tm下降。 （11）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。 （12）两固体间的辐射传热速率公式为 。 （13）液体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 三个阶段，实际操作应78
控制在 阶段。 （14）将单程逆流列管式换热器改为双程的作用是 ，但这将使____减小， 增大。 （15）影响两固体表面间辐射传热量大小的因素主要有 、 、 。 （16）列管换热器中，壳内折流挡板主要采用 型和 型；提高间壁式换热器传热系数的主要方法是： 、 、 。 （17）举出五种间壁式换热器 、 、 、 、 。 （18）判断下面的说法中哪一种是错误的 ： （A）在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大； （B）在同一温度下，物体的吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此，吸收率A与黑度ε的物理意义相同； （C）黑度越大的物体吸收辐射的能力越强； （D）黑度反映了实际物体接近黑体的程度。 （19）判断下面的说法中哪一种是错误的 ：
当换热器中冷热流体的进出口温度一定时， （A）逆流时的△tm一定大于并流、错流或折流时的△tm； （B）采用逆流操作时可以节省热流体（或冷流体）的用量； （C）采用逆流操作时可以减少所需的传热面积； （D）温度差校正系数Ψ△t的大小反映了流体传热过程接近逆流的程度。 （20）有一单层平壁如图所示。已知材料的导热系数λ为常数，从左等温面t1至右等温面t2的稳定导热热流量为q，则平壁内的温度分布表达式为： 。 题4.62 (20)附图 （21）蒸汽冷凝时的对流传热系数α较大其原因是： 。 （22）两流体通过间壁换热器逆流换热，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100 ℃被冷却到70 ℃；则改为并流换热时，冷热流体的初始温度不变，冷流体的出口温度 t2= ；热流体的出口温度T2= 。 （23）饱和蒸汽在单根水平管外膜状冷凝时的对流传热系数公式： α = 。 （24）浮头式或带膨胀节式的换热器适用于 和 的温差很大的场合；翅片管换热器安装翅片的目的是： 、 。 （25）哪些对流传热系数与壁温有关？请任举出其中四种不必写出其α计算公式）。 （26）换热器中，热流体由200℃冷却到140℃，冷流体由20℃升高到35℃，则换热器的传热效率为 。 （27）计算冷凝对流传热系数时，关联式中的△t项表示 ，蒸汽冷凝潜热按 温度取，其余物性数据按 取。 （28）估计列管式换热器中金属管壁的温度tw。
壳程为0.1 MP的饱和水蒸气冷凝，（A）管程是平均温度为40 ℃的空气，tw=约为 ；（B）管程是平均温度为40 ℃的水，水的对流传热系数为2000 W/m2℃，换热器
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