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
的总传热系数为1600 W/m2℃，tw约为 。 （29）在设计时，欲增大一卧式冷凝器的传热面积，从有利于传热的角度看，宜采取的措施为 ，因为 。 （30）液体沸腾传热根据温度差大小可分为 、 和 三个阶段，为了获得较高的传热速率，壁温与溶液沸点之差△t应取 。 （31）通过一换热器用饱和水蒸气加热水，可使水的温度由20℃升高至80℃，现发现水的出口温度降低了，水的初温和水量均无变化，引起问题的可能原因是： 。 （32）管内湍流传热，流体内温度梯度最大的部分是在 ，原因是 ；管内对流传热，短管的对流传热系数比长管 ，原因是 。 （33）在列管式换热器中，蒸汽一般通入 程、压力高的物料则走 程、腐蚀性介质走 程。 （34）在蒸汽冷凝时，其冷凝液为层流流动，若提高蒸汽冷凝的对流传热系数，可考虑采取哪些措施？ （35）下列计算对流传热系数准数关联式各适用于什么情况之下？
（（
（1）Nu=（AReA PrBGrn
（（
（2）Nu=（AReA PrB
（
（3）Nu=（A PrBGrn （36）导热系数λ、对流传热系数α和总传热系数K的SI制单位为 、 和 。 （37）一般来说金属的导热系数 非金属固体的导热系 液体的导热系数 气体的导热系数。（> < = ） （38）稳态一维温度场（温度只沿x方向变化）中的傅立叶定律表达式为 。 （39）热阻（如导热热阻或对流传热热阻）与传热面积 （成正比、成反比、无关）；单位面积热阻的SI制单位为 。 （40）判断下面的说法中哪一种是正确的： （A） 换热管中管内对流传热热阻一定大于管外对流传热热阻； （B） 换热管中管外对流传热系数一定小于总传热系数； （C） 换热管中管外对流传热热阻一定大于总传热热阻； （D） 换热管中管外对流传热系数一定大于总传热系数。 （41）简述换热器管内流体流速大小的利弊。 （42）在准数关联式 Nu=0.023Re0.8Prn中，流体被加热时，n= ；被冷却时，n= 。 （43）准数关联式 Nu=0.023Re0.8Prn的应用范围：Re 、L/di 、定性温度 、定性尺寸 。 （44）简述影响对流传热系数的因素。 （45）简述影响冷凝传热的因素。 （46）设计冷却器选定冷剂之后要确定冷剂出口温度t2，简述出口温度t2高低的利弊。
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四 传热习题解答
4.1 解： （1）q=(λ/b1)(t1-t2)=(0.57/0.5)(200-30)=194 W/m2 换算成工程单位： q=194[J/(s·m2)]×3600(s/h)×2.39×10-4(kcal/J) =194×3600×2.39×10-4 =167 kcal/(m2·h) （2）求距离高温侧350 mm处的温度
q=(λ/b2)(t1-t2)=(0.57/0.35)(200-t)= 194 W/m2 t=200-0.35×194/0.57=81 ℃
（3）λ=0.51+5×10 -4t ∵ q=-λ(dt/dx) ∴
?b10qdx???(0.51?5?10?4t)dt
t1t2 qb1=0.51(t1-t2)+(5/2)×10-4(t12-t22) q=[0.51×(200-30)+2.5×10-4×(2002-302)]/0.5=193 W/m2 4.2 解： （1）求绝热砖层厚度 稳定时通过各层的导热量相等，通过耐火砖层： q=Q/A=(t1-t2)/(b1/λ1)= (1000-940)/(0.23/1.05)=273.9 W/m2 通过绝热砖层： q=Q/A=(t2-t3)/(b2/λ2) ∴ b2=λ2(t2-t3)/q=0.151×(940-138)/273.9=0.442 m （2）求普通砖外侧温度t4 q=Q/A=(t3-t4)/(b3/λ3) t4=t3-qb3/λ3=138-273.9×0.24/0.93=67.3 ℃ 4.3 解： 通过各层的导热量为 q=(t1-t4)/(b1/λ1+b2/λ2+b3/λ3)
=(1150-30)/(0.2/1.07+0.1/0.14+0.006/45)=1120/0.9013=1242.6 W/m2
计算得到的热通量大于实测的热损失，表明平壁层间接触不良，有空气层存在，产生附加热阻，即： q'=1120/(0.9013+R附)=300 W/m2 ∴ R附=1120/300-0.9013=2.83 m2·℃/W 4.4 解： （1）求每米管的热损失 Q/L=2π(t1-t3)/[(1/λ1)ln(r2/r1)+(1/λ2)ln(r3/r2)] =2×3.14×(170-38)/[(1/0.07)ln(100/50)+(1/0.087)ln(125/100)]=66.5 W/m （2）求A，B层界面温度 Q/L=2π(t1-t2)/[(1/λ1)ln(r2/r1)]=66.5 W/m
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t2=t1-66.5/[(2πλ1)ln(r2/r1)] =170-66.5/[(2×3.14×0.07)ln(100/50)]=65.2 ℃ 4.5 解： （1）求每米管的热损失 Q/L=2π(t1-t4)/[(1/λ1)ln(r2/r1)+(1/λ2)ln(r1/r2)+(1/λ3)ln(r4/r3)] =2×3.14×(-110-10)/[(1/45)ln(60/54)+(1/0.16)ln(120/60)+(1/0.04)ln(180/120)] =-52.1 W/m （负号代表热量由外向内传递） （2）两层保温层互换，每米管长损失的冷量 Q/L=2π(t1-t4)/((1/λ1)ln(r2/r1)+(1/λ2)ln(r1/r2)+(1/λ3)ln(r4/r3)) =2×3.14(-110-10)/((1/45)ln(60/54)+(1/0.04)ln(120/60)+(1/0.16)ln(180/120)) =-37.95 W/m
结论：保温效果好的材料包在里边效果好。 4.6 解： （1）设空心球内半径为r1，内表面温度t1，外半径为r2，外表面温度为t2。 首先推导球壁的导热方程式： 如图所示 Q=-λAdt/dr=-λ4πr2dt/dr Q∫dr/r2=-4πλ∫dt 得：Q=4πλ(t1-t2)/(1/r1-1/r2) （2）如球体外包一保温层，则
Q=4π(t1-t3)/[(1/λ1)(1/r1-1/r2)+(1/λ2)(1/r2-1/r3)] Q=4×3.14×(50-20)/[(1/45)(1/1-1/1.01)+(1/0.07)(1/1.01-1/1.03)] 题4.6附图 =13739 W 4.7 解： 以外表面为基准，外径do，外壁对流传热系数为αo；内径di，管内对流传热系数αi： 1/K=1/αo+Rsi(do/di)+(1/αi)(do/di)=1/104+1.5×10-3×(25/20)+(1/103)(25/20)=3.23×10-3 m2·℃/W ∴ K=1/(3.23×10-3)=310 W/(m2·℃) 管外对流传热阻力占总热阻比例为： 1/αo：1/K = 0.0001/(3.23×10-3) = 3.1% 管内对流传热阻力占总热阻比例为：(1/αi)(do/di)：1/K =0.00125/(3.23×10-3) =38.7% 管内污垢热阻占总热阻比例为： Rsi(do/di)：1/K =0.00188/(3.23×10-3) = 58.2% 4.8 解： 以外表面为基准的原K值计算： 1/K =1/αo+(b/λ)(do/dm)+(1/αi)(do/di)=1/10000+(0.0025/45)(38/35.5)+(1/35)(38/33) = 0.0332 m2·℃/ W ∴ K = 30.12 W/(m2·℃) （1）αo增加一倍时 1/K1=1/(2αo)+(b/λ)(do/dm+(1/αi)(do/di)=1/20000+(0.0025/45)(38/35.5)+(1/35)(38/33) = 0.0331 m2·℃/ W
K1= 30.21 W/(m2·℃) （2）αi增加一倍时 1/K2=1/αo+(b/λ)(do/dm+[1/(2αi)](do/di)=1/10000+(0.0025/45)(38/35.5)+(1/70)(38/33)
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= 0.0166 m2·℃/ W K2= 60.2 W/(m2·℃)
（3）钢管换成铜管 1/K3=1/αo+(b/λ铜)(do/dm)+(1/αi)(do/di)=1/10000+(0.0025/383)(38/35.5)+(1/35)(38/33) =0.0331 m2·℃/ W
K3=30.2 W/(m2?℃)
从计算看出：要增加K值，必须从减少最大热阻一项入手，即减少管内对流热阻，其它措施收效甚微，所以增加αi最有效。 4.9 解： 由热量衡算求原油最终温度 WhCph(T1-T2) = WcCpc(t2-t1) 104×(2.2×103)×(180-120) = 1.4×104×(1.9×103)×(t2-30) 得 t2 = 79.6 ℃
传热量 Q= WhCph(T1-T2) = (104/3600)×(2.2×103)×(180-120)=3.67×105 W （1）并流△tm计算：
重油： T1 180 ℃ → 120 ℃ T2 原油： t1 30 ℃ → 79.6 ℃ t2 △t1 = T1- t1 = 180-30=150 ℃；△t2 = T2- t2 = 120-79.6=40.4 ℃ ∴ △tm并 =(△t1-△t2 )/ln(△t1/△t2) =(150-40.4)/ln(150/40.4)=83.7 ℃ 所需传热面积 A并=Q/(K△tm并)=3.67×105/(116×83.7)=37.8 m2 （2）逆流△tm计算：
重油： T1 180 ℃ → 120 ℃ T2 原油： t2 79.6 ℃ ← 30 ℃ t1
△t1= T1- t2 = 180-79.6=100.4 ℃；△t2= T2- t1 = 120-30=90 ℃ ∴ △tm逆 =(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2) =(100.4-90)/ln(100.4/90)=92℃ 所需传热面积A逆=Q/(K△tm逆)=3.67×105/(116×92)=34.4 m2 4.10 解： Q=WcCpc(t2-t1)=KA△tm；
△tm=(△t1-△t2)/ln(△t1/△t2)=[(110-45)-(40-20)]/ln[(110-45)/(40-20)]=38.2 ℃ ∴ K=WcCpc(t2-t1)/(A△tm) =(33000/3600)×4200×(45-20)/(50×38.2)=504 W/(m2·℃) 运行初热量衡算：WhCph(T1-T2)=WcCpc(t2-t1) （1） 半年后热量衡算：WhCph(T1-T'2)=WcCpc(t'2-t1) （2） （1）/（2）有 (T1-T2)/(T1-T'2)= (t2-t1)/ (t'2-t1)
(110-40)/(110-T'2)= (45-20)/(38-20) 解得： T'2=59.6 ℃ 半年后换热器的平均温差为： △t'm=(△t'1-△t'2)/ln(△t'1/△t'2)=[(110-38)-(59.6-20)]/ln[(72)/(39.6)]=54.1 ℃ K'=Q'/(A△t'm)=WcCpc(t2-t1)/(A△t'm)=(33000/3600)×4200×(38-20)/(50×54.1)
=256.2 W/(m2℃)
1/K=1/α1+1/α2
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