第五章 传热.docx

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1、第五章 传热第五章 传热 一填空 1. 传热的三种基本方式为_ 、_、_。 2. 工业上两种流体热交换的基本方式有_、_、_。 3. 热流体将热量通过壁面传给冷流体的过程是_、_、_。 4. 对流传热又分_对流和_对流。 5. 不需要任何介质的传热称为_传热。 6. 傅立叶定律表达式为_，负号表示_。 7. 一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为_。 8. 金属的导热系数大多随其纯度的增加而_，随其温度的升高_。 9. 对流传热的热阻主要集中在_，因此_ 是强化对流传热的重要途径。 10. 蒸汽冷凝有二种方式，即_和_。 11. 吸收率等于1的物体称为_。 12. 反射率等于1的物

2、体称为_。 13. 透过率等于1的物体称为_。 14. 能以相同的吸收率且部分地吸收由零到的所有波长范围的辐射能的物体称为_。 15. 灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的_。 16. 用二种厚度相同的材料保温时，往往把_ 的材料包在内层，以达到好的保温效果。 17. a=0.023.ld内(Re)0.8.(Pr)n式中两个准数Re=_，Pr=_. 若液体被冷却时n=_。 二选择题 1. 对双层平壁的稳态导热过程，壁厚相同，各层的导热系数分别为l1和l2，其对应的温差分别为Dt1和Dt2，若Dt1 Dt2，则l1和l2的关系为_。 A. l1l2 D. 不确定 2. 物质导热

3、系数的顺序为。 A. 金属一般固体液体气体 B. 一般固体金属液体气体 C. 液体一般固体 金属气体 D. 气体液体一般固体金属 3. 14、冷热两流体的对流给热系数相差较大时，提高总传热系数K值的措施是 。 A. 提高小的值 B. 提高大的值 C. 两个都同等程度提高； D. 提高大的值，同时降低小的值 4. 关于传热糸数K下述说法中错误的是。 A. 传热过程中总传热糸数K实际上是个平均值； B. 总传热糸数K随着所取的传热面不同而异； C. 总传热糸数K可用来表示传热过程的强弱，与冷热流体的物性无关； D. 要提高K值，应从降低最大热阻着手； 5. 当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判

4、断下面的说法哪一个是错误的。 A 逆流时，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约热流体的用量 C 采用逆流操作可以减少所需的传热面积 D 温度差校正系数的大小反映了流体流向接近逆流的程度。 6. 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。 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

5、分之间发生相对位移。 4各种传热方式相比较，热辐射的主要特点是什么？ 热辐射不需要任何介质，可以在真空中传播。 5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。 6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。 7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。 8什么是黑体？ 吸收率等于1的物体称为黑体。 9什么是白体？ 反射率等于1的物体称为白体。 10什么是透热体？ 透过率等于1的物体称为透热体。 11什么是灰体？ 能以相

6、同的吸收率且部分地吸收由零到所有波长范围的辐射能的物体称为灰体。 12什么是物体的黑度？ 灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比称为物体的黑度。 13为什么内部孔隙多的材料保温效果好? 因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，对导热不利，从而起到了保温的作用。 14在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度? 由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内，提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度，可以提高传热效果。 15在夏季人们为什么爱穿浅色衣服? 由于在阳光下浅色的衣服反射率较大，吸收的热量少，使人们不至于感觉太热。 16虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是

7、透热体。此话对吗？为什么？ 不对，只有单原子气体和对称双原子气体是透热体，而空气中的二氧化碳和水蒸气都可以部分地吸收太阳发射的辐射能。 17间壁式换热器与混合式换热器的区别是什么？ 间壁式换热器是由固体壁面将冷、热两种流体分开，通过固体壁面传热，而混合式换热器中则是将冷、热两种流体直接接触、混合换热。 四计算题 1. 在由118根f252.5，长为3m的钢管组成的列管式换热器中，用饱和水蒸汽加热空气，空气走管程。已知加热蒸汽的温度为132.9，空气的质量流量为7200kg/h，空气的进、出口温度分别20和60，操作条件下的空气比热为1.005 kJ/(kg)，空气的对流给热系数为50 W/(m

8、2)，蒸汽冷凝给热系数为8000 W/(m2)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求： 加热空气需要的热量Q为多少？ 以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？ 此换热器能否完成生产任务？ 解：Q=w2cp2(t2-t1)=7200/36001.005(60-20)=80.4kJ/s (2) K2=1d1+2h2d1h1=110.025+80000.0250) =39.8W/(m2(3) A2=1183.141590.0253=27.8m2 Dtm=Dt1-Dt1-40 =91.45Dt172.9lnln112.9Dt2Q=K2A2Dtm=39.827.891.45=101184能够完

9、成生产任务。 J/s=101.184kJ/s， 2. 外径为50mm的不锈钢管，外包6mm厚的玻璃纤维保温层，其外再包20mm厚的石棉保温层，管外壁温为300C，保温层外壁温为35C，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/(mK)和0.3 W/(mK)，试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。 解： 2p(t1-t3)Q2p(300-35)=35.19W/m 16211021r21r3Lln+lnln+lnl1r1l2r20.07500.362Q2p(t1-t2)=35.19W/m r1Lln2l1r13.07=128C 2p所以 t2=300-351.9 W/ 3.

10、某单程列管式换热器，其换热管为F252 mm的不锈钢管，管长为3m，管数为32根。在该换热器中，用25的水将壳程的110的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸汽的冷凝传热系数为8.2103 W/(m2)。水的流量为15000 kg/h，平均比热容为4.18 kJ/(kg)；管壁与水的对流传热系数为1000W/(m2)；不锈钢的导热系数为17 W/(m)。试求： 1总传热系数Ko； 2水的出口温度。 解： 1总传热系数Ko Ko=1d1bdo+oaoldmaidiKo=1=694.3 10.0020.0250.025+3170.02310000.0218.210W/(m2) 2水的出口温度t2

11、 Q=WcCpc(t2-t1)=KoSoDtm Dtm=(T-t1)-(T-t2)t-t=21 T-t1T-t1lnlnT-t2T-t2t2-t1 T-t1lnT-t2WcCpc(t2-t1)=KoSolnKST-t1=ooT-t2WcCpcSo=npdoL=323.140.0253=7.536 m2 KoSo694.37.536=0.3 WcCpc15000/36004.18103代入式，得 ln110-25=0.3 110-t2解出 t2=47 4. 直径为 603 mm的钢管用30 mm厚的软木包扎，其外又用100 mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为 110，绝热层

12、外表面温度10。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/，求每米管长的冷量损失量。 解：由圆筒壁的导热速率方程知 其中 r1 = 30 mm，r2 = 60 mm，r3 = 160 mm W/m 负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。 5. 一套管式换热器管内流体的对流传热系数i = 20 W/，管间流体的对流传热系数0 = 350 W/。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？ 解：原流动情况 K=18.92 W/ m2 管内对流传热系数增加一倍 = 2 = 220= 40 W/ m2 m2/W K=35.9 W/ m2 /18

13、.92 = 89.75% 管外对流传热系数增加一倍 = 2350 = 700 W/ m2 K = 19.44 W/ m2 /18.92 = 2.75% 6. 在列管式换热器中用水冷却油，水在管内流动。已知管内水侧对流传热系数 为349 W/，管外油侧对流传热系数 为258 W/。换热器在使用一段时间后，管壁面两侧均有污垢形成，水侧的污垢热阻Rsi 为0.00026 /W，油侧的污垢热阻Rso 为0.000176 /W。若此换热器可按薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。求： 产生污垢后热阻增加的百分数； 总传热系数K。 解：产生污垢前的热阻 /W 产生污垢后的热阻 /0.00674 = 6.48%

14、 总传热系数 W/ /W 7某平壁厚度为0.37 m, 内表面温度t1为1650, 外表面温度t2为300, 平壁材料导热系数= 0.815 + 0.00076t。若导热系数可取平均值计算时，求平壁的导热热通量。 解：平壁的平均温度为 tm =/2 =/2 = 975 = 0.815 + 0.00076t = 0.815 + 0.00076975 = 1.556 W() 导热热通量 W/m2 8某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100 mm，其导热系数分别为0.9 W/及0.7 W/。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为700, 外表面温度为130。为减少燃烧炉的热损失

15、，在普通砖的外表面增加一层厚度为40 mm, 导热系数为0.06 W/的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740, 外表面温度为90。设两层材料的导热系数不变。计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？ 解：设单位面积炉壁的热损失为q，加保温层前，是双层平壁的热传导 W/m2 加保温层后，是三层平壁的热传导 W/m2 热损失减少的百分数 /q1 =/2240 = 68.4% 9外径为426 mm的蒸气管道, 其外包扎一层厚度为426 mm的保温层, 保温材料的导热系数可取为0.615 W()。若蒸汽管道的外表面温度为177, 保温层的外表面温度为38, 求每米管长的热损失。 解：由

16、已知 r2 = 0.426/2 = 0.213 m，r3 = 0.213 + 0.426 = 0.639 m 每米管长的热损失 W/m 10在列管换热器中，水以1.2 m/s的速度流过内径为25 mm，长为5 m的管束。若管内壁平均温度为50，水的进口温度为20, 求水的出口温度。管壁对水的平均对流传热系数为4850 W(2)，热损失可忽略，水的密度取为1000 kg/m3，比热为4.187 kJ/(kg)。 解：设水的出口温度为t2 换热器一根管子的传热面积 S =dl = 3.140.0255 流通截面积 A =d2/4 = 3.140.0252/4 由热量衡算和对流传热速率方程得 Q = WcCpc(t2-t1) =StW- (t1+t2)/2 即 /40.02521.210004.1871000= 1.251.9103= 118.8 kW kW(2) m2 13在一传热外表面积S0为300 m2的单程列管换热器中，300的某气体流过壳方被加热到420。另一种560的气体作为加热介质。两气体逆流流动，流量均为10000 kg/h，平均比热为1.05 kJ。求总传热系数K0。 解：换热器的传热量 Q = msCpc=1050 = 3.5105 W 热气体出口温度 Q = msCph 即 3.5105 =1050 解得 T2 = 440 流体的平均温度差 2 W(2)