传热习题

传热习题

一. 填空与选择

1. ① 一列管换热器，列管规格为φ38×3,管长4m, 管数127根，则外表面积Ｆ1=_____

____________,而以内表面积计的传热面积F2 =_____________________。 ② 两流体

的间壁换热过程中 Q= m Cp△t计算式中, △t 表示_________________。

答：①F1=127×4π×0.038 ，F2=127×4π×0.032； ②T1-T2 或t2 – t1 。 2. ① 稳定热传导是指______________________________不随时间而改变。

② 套管换热器，内管外径d 1、外管内径d 则环隙的当量直径de=______________。 2，

答：①传热系统中各点的温度仅随位置变； ②d2 – d1 。

3. ① 物体黑度是指在__________温度下，物体的__________与__________之比，在数值

上 它与同一温度下物体的__________相等。 ② 两固体间辐射传热速率公式为____________________________________________。 t04a05030

答：①同一，辐射能力，黑体辐射能力， 吸收率；

②Q1——2=C1——2φA[(T1/100)4 - (T2/100)4 ] 。 4. ① 将单程列管式换热器改为双程的作用是__________，但这将使________减小，______ 增大。 ② 对流过程是__________和__________之间的传热过程。

答：①提高管内α，△tm ，阻力； ②流体，壁面

5. ① 为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是________

Ａ．表面光滑，颜色较浅 Ｂ．表面粗糙，颜色较深 Ｃ．表面粗糙，颜色较浅 ② 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 温度为20℃，出口温度为80℃，问此套管换热器内管壁温应是___________ Ａ.接近空气平均温度 Ｂ.接近饱和蒸汽和空气的平均温度 Ｃ.接近饱和蒸汽温度 答： ① A； ② C 。 6. ① 红砖的黑度ε为0.93，当其表面温度均为300℃ 时，红砖的发射能力为________。

Ａ．5683.4W/m2 Ｂ．916.7W/m2 Ｃ．7132.4W/m2 Ｄ．504.7W/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℃ Ｄ．50℃ 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 Ｄ．1.2

答：① A ； ② B ；③ A ， B 。 7． ① 强制对流（无相变）流体的对流传热系数关联式来自____________。 Ａ．理论方法 Ｂ．因次分析法 Ｃ．数学模型法 Ｄ．因次分析和实验相结合的方法 ② 钢的导热系数为______，不锈钢的导热系数为______，20℃水的导热系数为______，20℃空气的导热系数为______。

Ａ．45W/m℃ Ｂ．0.6W/m℃ Ｃ．0.026W/m℃ Ｄ．15W/m℃

答：① D ；② A ，D ，B ，C 。 8． ① 两灰体间进行辐射换热，两者间温度差为１００℃，如两灰体的温度各升高１００℃，

则此时的辐射传热量与原来的传热量对比，将______________。 Ａ. 增大 Ｂ. 减小 Ｃ. 不变 Ｄ. 不一定

② 一定流量的液体在一Φ２５×２.５ｍｍ的直管内作湍流流动，其对流传热系数 α1 =１０００ｗ／ｍ2.℃。如流量与物性都不变，改用一Φ１９×２ｍｍ的直管，则其α值

将变为________________ｗ／ｍ.℃。

2

Ａ. １２５９ Ｂ. １４９６ Ｃ. １５８５ Ｄ. １６７８

答：① Ａ ；②Ｄ 。

二. 计算题 1． 有一壁厚为10mm的钢制平壁容器，内盛80℃的恒温热水。水对内壁面的对流传热系数为240W/m2·℃。现在容器外表面复盖一层导热系数为0.16W/m·℃ 、厚度为 50mm 的保温材料。保温层为10℃的空气所包围, 外壁对空气的联合传热系数为10W/m·℃。 试求：

22

A) 每小时从每m面积所损失的热量KJ/h.m； B) 容器内表面的温度TW。

钢材的导热系数为45W/m℃。

解：1.q=K△tm △tm=80-10=70℃ q=2.399×70=167.9W/m

K=1/(1/α0+1/αi+b1/λ1+b2/λ2)

=1/(1/10+1/240+0.01/45+0.05/0.16)=2.399W/m2·℃ 

每小时散热量 qh=3600×168/1000=604.4KJ/m2.h

2.q=αi(80-Tw) 80-Tw=167.9/240=0.7 ∴Tw=79.3℃

2． 如图２所示，有一稳定导热的平壁炉墙，墙厚240mm ，导热系数λ＝0.2W/m℃，若炉墙外壁温度ｔ3＝45℃，为测得炉墙内壁温度ｔ1，在墙深 100mm处插入温度计，测得该处温度ｔ2＝ 100℃，试求炉墙内壁温度ｔ1。

2

2

解： Q=(λ/δ)A△t=(λ/δ)A(t1-t3) Q'=(λ/δ1)A△t1=(λ/δ1)A(t2-t3) Q=Q' ∴(λ/δ)A(t1-t3)=(λ/δ1)A(t2-t3)

t1=(δ/δ1)(t2-t3)+t3=(240/100)(100-45)+45=2.4×55+45=177℃

3. 水在一圆形直管内呈强制湍流时，若流量及物性均不变。现将管内径减半，则管内对流传热系数为原来的多少倍？

解： α'/α=(u' d)/ (ud')=(4u)(2d')/(ud')=(4) ×(2)=3.483,

根据:Nu=0.023Re0.8 Pr0.2

u'=4u

d'=1/2d 答: 管内对流传热系数为原来的3.482倍。

4. 平壁炉的炉壁由三种材料所组成，其厚度和导热系数列于附表中。

0.8

0.2

0.8

0.2

0.8

0.2

0.8

0.2

0.8

0.2

序 号 1（内层） 材 料 耐火砖 厚度b mm 200 导热系数? 2W/m·℃ 1.07 绝缘砖 2 100 0.14 钢 3 6 45 若耐火砖层内表面的温度t1为1150℃，钢板外表面温度t4为30℃，计算导热的热通量。实际测得通过炉壁的热损失为300 W/m2，分析原因并计算附加热阻。

解：由多层平壁导热速率方程求导热的热通量，即 q?QS?t1?t4b1?1?b2?2?b3?3?1150?300.21.07?0.1.0.14?0.00645?11200.901?1242.6W/m2

计算结果的热通量大于实测的热损失，表明平壁间接触不良，有空气层存在，产生附加热阻，即

q?11200.901?R?300，

∴

R?1120300?0.901?2.83m2·℃/W

5．直径为?60×3 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/（m·℃），求每米管长的冷量损失量。

解：由圆筒壁的导热速率方程知

Ql?2??t1?t3?1?lnr2r1?1?lnr3r2

其中 r1 = 30 mm，r2 = 60 mm，r3 = 160 mm ∴

Ql?2???110?10?10.043ln6030?10.07ln16060??25W/m

负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。 6. 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 CP烃=2.38kJ/kg.℃， 环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃，

2

平均比热Ｃp水＝4.17kJ/kg.℃，基于传热外面积的总传热系数K0=2000W/m·℃, 设其值恒定, 忽略热损失。试求： A)冷却水用量；B)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：冷却水用量

Ｗh ＣP h (Ｔ1 -Ｔ2 )＝Ｗc ＣP c (ｔ2 -ｔ1 ) 3500×2.38×(100-60)＝Ｗc× 4.17×(50-40) Ｗc ＝7990Kg/h Δｔ逆＝(50-20)／ｌｎ(50/20)＝32.75℃ Δｔ并＝(60-10)／ｌｎ(60/10)＝27.93℃ Ｑ＝ＫＡΔｔm Ｑ＝7990×4.17×(50-40)=3.332×１０KJ/h ∴ Ａ逆＝3.332×１０5/[(2000/1000)×32.75×3600]＝1.41 (m2) πｄ0 L＝1.41 3.14×0.18×L＝1.41 ∴ L逆＝2.5 (m ) Ａ并＝3.332×１０5/[(2000/1000)×27.93×3600]＝1.66 (m2) 3.14×0.18×L并＝1.66 ∴ L并＝2.93 (m )

7. 一套管换热器,由φ48×3mm和φ25×2.5mm的钢管组成,两种流体在内管和环隙流过，

5

分别测得对流传热系数为α1和α2，若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。求:将内管改为Φ32×2.5mm后,管内对流传热系数有何变化?(假设流动状态皆为湍流)

解: 原内管外径 ｄ1 ＝２５ｍｍ 内径 ｄ2 ＝２５－２.５×２＝２０ｍｍ 新内管外径 ｄ1' ＝３２ｍｍ 内径 ｄ2' ＝３２－２.５×２＝２７ｍｍ

设 改用φ３２×２.５钢管后，内管对流传热系数α1' α1' /α ＝（Ｕ'/Ｕ）0.8／（ｄ2 /ｄ1' ）0.2 ＝（ｄ2 /ｄ2' ）×（ｄ2 /ｄ2' ）

1。81。8

＝（ｄ2 /ｄ2' ）＝（２０／２７）＝0.583 ＝（ｄ2 /ｄ2' ）＝（２０／２７）＝0.583 ∴ α1' ＝0.583α

8．在并流换热器中, 用水冷却油。水的进、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1m, 求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求。换热器的热损失可忽略。

解：原平均温度差 Δt1 = 150-15 = 135℃, Δt2 = 100-40 = 60℃ Δtm =（135-60）/ln（135/60）= 92.5℃ 由热量衡算 Q = WhCph（T1 - T2）= WcCpc（t2 - t1）

WhCph/WcCpc =（t2 - t1）/（T1 - T2）=（40-15）/（150-100）= 0.5 当油的温度降至80℃时, 由热量衡算得

Q = WhCph（150-80）= WcCpc（t2' -15）

或 WhCph/WcCpc =（t2'-15）/（150-80）= 0.5 解得 t2' = 50℃ 新的平均温度差，Δt1 = 150-15 = 135℃, Δt2 = 80-50 = 30℃， Δtm' =（135-30）/ln（135/30）= 69.8℃ 由传热速率方程可分别得

原换热器 WhCph（150-100）= KSΔtm = KnπdL（92.5） 新换热器 WhCph（150-80）= KS'Δtm = KnπdL'（69.8）

∴ L' =（70/50）×（92.5/69.8）×1 = 1.855 m

ΔL = 1.855 – 1 = 0.855 m

9. 一单程列管式换热器, 由直径为Φ25×2.5 mm的钢管束组成。苯在换热器的管内流动, 流量为1.25 kg/s，由80℃冷却到30℃，冷却水在管间和苯呈逆流流动, 进口水温为20℃, 出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为1.70和0.85 kW／(ｍ2·℃)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为1.9 kJ/(kg·℃), 管壁材料的导热系数为45 W/(m·℃)。

解：由总传热速率方程式 Q = KOSOΔtm

式中 Q = WhCph（T1 – T2）= 1.25×1.9×103×（80 - 30）= 118.8 kW Ko?1do?idi?bdo220。80。2

?dm??1?o?10.0250.85?0.02?0.0025?0.0250.045?0.0225?11.7?0.472 kW／(ｍ2·℃)

?tm??t2??t1ln?t2?t1Q?80?50???30?20?ln80?5030?20?18.2℃

∴

So?Ko?tm?118.80.472?18.2?13.8m

2

10． 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/（m2·℃），管外油侧对流传热系数?为258 W/（m2·℃）。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 （m2·℃）/W，油侧的污垢

2

热阻Rso 为0.000176 （m·℃）/W。若此换热器可按薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。求：

（1）产生污垢后热阻增加的百分数； （2）总传热系数K。 解：（1）产生污垢前的热阻

1K?1?I?1?0?1349?1258?0.0067（4m·℃）/W

2

产生污垢后的热阻

1K?1?i?Rsi?1?0?Rso?1349?0.00026?1258?0.00017?60.00717（7m·℃）/W

2

（0.007177-0.00674）/0.00674 = 6.48% （2）总传热系数

K?10.007177?139.332

W/（m·℃）

11. 在管长为１ｍ的冷却器中，用水冷却油。已知两流体作并流流动，油由４２０Ｋ冷 却到３７０Ｋ，冷却水由２８５Ｋ加热到３１０Ｋ。欲用加长冷却管子的办法，使油出 口温度降至３５０Ｋ。若在两种情况下油、水的流量，物性常数，进口温度均不变，冷 却器除管长外，其他尺寸也均不变。试求管长。

解： ｗ1ｃｐ1（４２０－３７０）＝ｗ2ｃｐ2（３１０－２８５） ｗ1ｃｐ1（４２０－３５０）＝ｗ2ｃｐ2（ｔ2’－２８５）

两式相比得 ｔ2’＝３２０Ｋ Δｔm＝((420-285)-(370-310))/ln(420-285)/(370-310) ＝７５／０.８１＝９２.５Ｋ Δｔm’＝((420-285)-(350-320))/ln(420-285)/(350-320) ＝１０５／１.５＝６９.８Ｋ Ｑ＝ｗ1ｃp1４２０－３７０）＝Ｋoπｄ0 LΔｔm Ｑ’＝ｗ1ｃp1（４２０－３５０）＝Ｋo’πｄ0 L’Δｔm’

油、水的流量,物性常数及管径均不变,故Ko=Ko' 两式相比得 ：

（４２０－３７０）／（４２０－３５０）＝（L／L’）×（Δｔ／Δｔm’） L’＝７０／５０×９２.５／６９.８×１＝１.８５５ｍ

12. 在逆流换热器中，将油从２５℃加热到５０℃，热水的进口温度为８０℃，出口温度为３５℃，求该换热器的效率。

解：ｍ1ｃ1Ｔ1－Ｔ2）＝ｍ2ｃ2（ｔ2－ｔ1） ｍ1ｃ1（８０－３５）＝ｍ2ｃ2（５０－２５） ｍ1ｃ1×４５＝ｍ2ｃ2×２５

ｍ1ｃ1＜ｍ2ｃ2

故换热器的效率为

ε＝（Ｔ1－Ｔ2）／（Ｔ1－ｔ1）＝（８０－３５）／（８０－２５）＝８１.８％

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/25gh.html