化工基础--第四章习题课概要

1、第四章 传热过程及换热器,习 题 课,1.重点内容 （1）热传导速率方程及其应用（单层、多层平壁热传导速率方程，单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用）； （2）对流传热系数的影响因素 （3）传热过程的计算 （4）总传热速率方程和总传热系数的计算；,小 结,2.难点内容 （1）总传热速率方程； （2）因次分析法在建立对流传热系数关联式的应用；影响对流传热系数的因素及不同情况下的几种准数关联式； （3）传热单元数法的概念及工程的应用（操作型的传热计算） （4）换热器的结构型式和强化途径。,一、传热的基本方式 1、传导传热 2、对流传热 3、辐射传热,二、传热计算 （一）传导传热 1、傅立叶定律,金属 液体 气体,2、平壁热传导,单层 多层,3、圆筒壁热传导,单层 多层,T=T1Tn+1,（二）对流传热,1、牛顿冷却定律,2、表面传热系数h的计算,直管内强制对流,湍流 层流 过渡流,液体的沸腾,（三）间壁式热交换的计算,1.传热总方程,2.传热系数K,单层平面壁,单层圆筒壁面,（四）、对数平均温差tm的计算,对数平均温差,（五）、传热面积A的计算,一、填空 (1) 用饱和水蒸汽加热空气，总

2、传热系数K接近于 侧的对流传热系数，而壁温接近于 侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是 。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻 （大、小）一侧的h值。间壁换热器管壁温度tW接近于h值 （大、小）一侧的流体温度。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 ，其两侧的温差愈 。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 ，减少热阻的最有效措施是 。,习 题,一、填空 (1) 用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻大（大、小）一侧的值。间壁换热器管壁温度tW接近于值大（大、小）一侧的流体温度。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈小，其两侧的温差愈小。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞离层内（或热边界层内），减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度。,，,（6) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括 、 和 三个阶段。实际操作应控制在 。在这

3、一阶段内，传热系数随着温度差的增加而 。 (7) 传热的基本方式有 、 和 三种。热传导的基本定律是其表达式为dQ= 。 (8) 导热系数的单位为 ，对流传热系数的单位为 ，总传热系数的单位为 。,(6) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流 、 泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。实际操作应控制在泡核沸腾。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而增加。 (7) 传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。热传导的基本定律是傅立叶定律其表达式为dQ=-dAdt/d 。 (8) 导热系数的单位为W/（m） ，对流传热系数的单位为W/（m2），总传热系数的单位为W/（m2）。,1热传递的基本方式是：传导、（ ）、辐射。 A 对流；B 流动；C 传递；D 透热 2物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（ ）。 A 热传导；B 热传递；C 热放射；D 热流动。 3物质导热系数的顺序是：（ ）。 A金属一般固体液体气体；B金属液体一般固体气体； C金属气体液体一般固体；D金属液体气体一般固体。,A、 A、 A、,二、选择,4在管壳式换热器中，不洁净和易结

4、垢的流体宜走管内，因为管内（ ）。 A 清洗比较方便；B 流速较快；C 流通面积小；D 易于传热。 5在管壳式换热器中，被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，（ ）。 A 以增强冷却效果； B 以免流速过快； C 以免流通面积过小； D 以免传热过多。 6有一套管换热器，环隙中有119.6的蒸气冷凝，管内的空气从20被加热到50，管壁温度应接近（ ）。 A 20；B 50；C 77.3；D 119.6。,A、 A、D,三、简答 1热传递有哪几种基本方式？ 热传导、对流、辐射。 2各种传热方式相比较，热传导的主要特点是什么？ 在热传导中，物体各部分之间不发生相对位移。 3各种传热方式相比较，对流的主要特点是什么？ 对流仅发生在流体中，流体各部分之间发生相对位移。 4流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在何处？ 热阻主要集中在紧挨固体壁面处的层流底层内。 5强化对流传热的主要途径是什么？ 提高流体的湍动程度，减小层流底层的厚度。,6在一套管换热器中，若两流体的进、出口温度不变，应选择并流换热还是逆流换热？为什么？ 应选择逆流换热，因为此时的对数平均温差较大，可以节省换热面积。

5、7在设计换热器时，如何安排不洁净和易结垢的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。 走管内，因为管内清洗比较方便。,四计算： 1.在一间壁式换热器中，用裂化渣油来加热原油。裂化渣油的初温为300, 终温为200，原油的初温为25，终温为150, 分别求出并流与逆流操作时的对数平均温度差。 解：（1）并流 t1 = 300-25 = 275, t2 = 200-150 = 50 tm = (275-50) /ln (275/50) = 131.98 （2）逆流 t1 = 300-150 = 150, t2 = 200-25 = 175 tm = (175-150) /ln (175/150) = 162.8,2一套管式换热器管内流体的对流传热系数i = 20 W/（m2），管间流体的对流传热系数0 = 350 W/（m2）。若将管内和管间两种流体的对流传热系数分别提高一倍，总传热系数K分别相应增加多少？（管壁热阻及污垢热阻可忽略不计，管壁厚度按薄壁管处理） 解：原流动情况 m2/W K=18.92 W/ m2 （1）管内对流传热系数增加一倍 = 220= 40 W/ m2 K=35.9 W

6、/ m2 （35.9-18.92）/18.92 = 89.75% （2）管外对流传热系数增加一倍 = 2350 = 700 W/ m2 K = 19.44 W/ m2 （19.44-18.92）/18.92 = 2.75%,3.在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20和110。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45和40，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38，试求： （1）空气出口温度为多少？ （2）总传热系数为原来的多少倍？ （3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（水空气） （4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？,解： 使用初期 使用一年后 110 40 110 45 20 38 20,（1）空气出口温度 题意可得：使用初期,使用一年后,两式相比得：,则： = 59.6,（2）总传热系数,（3）冷热流体的出口温度,一年后：,两式相比得：,又因,（4）冷却水流量加大后：,4.有一换热器，管内通90的热流体，膜系数为1100，管外有某种液体沸腾，沸点为50，膜系数为5800。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005 解：忽略管壁热阻，当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：,由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。,

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