化工原理 第六章 传热

第六章 传热

一、填空题

1. 按冷热流体的接触状况，传热过程有 、 、 。 2. 传热按机理分为 、 、 。

3. 导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。 4. 各种物体的导热系数大小顺序为 。

5. 对流传热速率方程的表达式为 ，其中温度差代表 。 6.对流给热系数的主要影响因素有（1） （2） （3） ____________________（4） （5） 。 7.无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe0.8Prn 公式中，n是为校正 的影响。当流体被加热时，n取 ，被冷却时n取 。

8.努塞尔特准数Nu表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr表示 的准数，其表达式为 。

9.水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 __ 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 倍。（设条件改变后仍在湍流范围）

10.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 ____________________________ 。

11.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 ____ 。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而____________。

12.蒸汽冷凝有 和 两种方式。

二、选择题

1. 对于三层圆筒壁的定态热传导，若 Q1、Q2、Q3为从内向外各层的导热量，则它们之间的关系为____。

A. Q1=Q2=Q3 B.Q3>Q2>Q1 C.Q1>Q2>Q3 D. Q1、Q2、Q3之间无法比较 2. 双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为?1和

?2，其对应的温度差为?t1和?t2，若?t1>?t2，则?1和?2的关系为 。

A ?1?2 C ?1=?2 D 无法确定

3. 沸腾传热过程中，增大过热度，其沸腾对流传热系数 。 A． 增大 B. 减小 C. 不变 D. 可能增大，也可能减小

4. 温度相差100℃的两灰体间进行辐射传热，现因某种原因，两者的温度各下降了10℃，则此时的辐射传热量与原来的相比将 。 A. 不变 B.变大 C. 变小 D.不确定

5. 在200~600℃在时，氧化铜的黑度大于氧化铝的，则氧化铝的发射能力 氧化铜的发射能力。 (A) 大于 (B) 等于 (C) 小于 (D) 不确定

三、简答题

1. 若热流体走管内，冷流体走管外，两流体通过间壁的传热包括那几个过程？ 2. 圆筒壁的定态热传导与平壁的定态热传导有何区别？

3.试说明流体有相变化时的对流传热系数大于无相变时的对流传热系数的理由.

四、计算题

1. 平壁炉的炉壁由三种材料所组成，内层是耐火砖，?1?1.07W/?m.℃?，

b1?200mm；中间是绝缘砖，?2?0.14W/?m.℃?，b2?100mm；最外层是钢板，?3?45W/?m.℃?，b3?6mm。若耐火砖层内表面温度t1?1150℃，钢板外表面温度t4?30℃。求（1）导热的热通量q。（2）实验测得热损失为300W/m2，试分析原因并计算附加热阻R附。

2．在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t的关系为λ=0.1+0.0002t（t的单位为℃，λ的单位为W/（m·℃））。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。

3. 某蒸汽在套管换热器中冷凝，内管为Φ25×2.5mm钢管，管长2m。蒸汽走管外，冷却水走管内，流速为1 m/s，进口温度为20℃，出口温度为50℃。求⑴管壁对水的对流给热系数。⑵若将管内径缩小1/2，且设流速及其它条件都不变，此时对流给热系数有何变化？

4. 温度为10℃、压力为101.3kkPa的空气以0.215kg/s在列管换热器官间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃.列管换热器的外壳内径为190mm,其中装有37根Φ57×3.5mm的钢管，钢管长度为2m，试求钢管外表面对空气的对流给热系数。

练习题练习答案 一、填空题

1. 直接接触式传热、间壁式传热、蓄热式传热

2. 传导、对流、辐射

3. 单位温度梯度下的热传导通量，W/(m﹒℃)

4. 金属λ﹥非金属固体λ﹥液体λ﹥气体λ

5. Q??A?t， 流体与壁面（或反之）间温度差的平均值

6. 流体的种类和相变化的情况，流体的性质，流体流动的状态，流体流动的原因，穿热面的形状、分布和大小

7. 热流方向 0.4 0.3 8. 对流给热系数 Nu?9. 1.74 3.48

10. 层流内层（或热边界层内） 提高流体湍动程度 11.自然对流 核状沸腾 膜状沸腾 核状沸腾 增加 12. 膜状冷凝 滴状冷凝 二、选择题

1．A 2、A 3、D 4、C 5、C

三、简答题

1． 答：包括以下三个过程：

（1） 热流体以对流传热方式将热量传给管内壁 （2） 热量由内壁面以热传导方式传给外壁面 （3） 热量由外壁面以对流传热的方式传给冷流体

2. 圆筒壁热传导与平壁热传导的区别是圆筒壁的传热面积不是常量，是随半径而变的，且温度也是沿半径方向变化的。

3. 相变热大于显热，沸腾时气泡搅动，蒸汽冷凝时液膜很薄

四、计算题

1. 解：1）由三层平壁的定态热传导公式求q

q?t1?t4Q1150?301120???

0.20.10.0060.187?0.714?0.000133Ab1?b2?b3??45?1?2?31.070.14?lC? 物性影响 Pr?P

?? ?1120?1242W/m2 0.901计算结果：q?300W/m2，分析原因是：说明平壁层间接触不良，有空气

层存在，产生了附加热阻R附。 即q??1t1?t4?300

b1b2b3???R附?2?3代入数据得：

11201120q?＝300 解出R附＝－0.901＝2.83m2?℃?W-1

3000.901?R附

2．解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：r2=0.07m t2=390℃ t3=40℃ 先求保温层在平均温度下的导热系数，即

390?40? ??0.1?0.0002?℃） ???0.143W/（m·

?2? （1）保温层温度 将式（4-15）改写为 lnr3?2???t2?t3?

r2Q/L lnr3?2??0.143?390?40??ln0.07

450得 r3=0.141m 故保温层厚度为

b=r3－r2=0.141－0.07=0.071m=71mm

（2）保温层中温度分布 设保温层半径r处的温度为t，代入式（4-15）可得

2??0.143?390?t??450

lnr0.07解上式并整理得t=－501lnr－942

3. 解：⑴求?i ①

定性温度tm?20?50?35℃，查出水在35℃下的物性。2??994Kg/m3

CP?4.174KJ/?Kg?℃?，??0.7225?10?3Pa?S，??0.626W/?m?℃?

②Re,Pr,LRe?du?di?，特征尺寸di?25?2.5?2?20mm?0.02m

0.02?1?994?2.75?104＞10000 ?30.7225?10??Cp0.7225?10?3?4.174?103Pr???4.82

?0.626L2??100＞60，且水被加热，取n=0.4 di0.02②

求?i

?i?0.023??diRe0.8Pr0.4?0.023?0.80.6260.4??2.75?104???4.82?0.02

?4806W/?m2?℃?⑵管内径减少1/2，其它条件不变，则di'?化。

Re'?di?，引起Re变化及值变2didiu?Re27500???13760＞10000 湍流。 2?22Pr不变，

LL??200＞60，求?i公式仍适用，此时用?i'(或?') di?di????2?此时，??1d0.2?'d0.20.2'0.2，即，得????2????1.149? ??2??d?0.2???2?

4. 定性温度tm?10?30?20℃，查出空气在20℃下的物性：??1.205kg/m3, 2cP?1.005kJ/?kg?℃?，??18.1?Pa?s，??0.0259W/?m?℃?

4?de?u?(0.192-37?0.0192）4=0.0255m ?（0.19+37?0.019）?qm/?0.215/1.205?=10m/s

?(D2?nd2)/4?(0.192-37?0.0192）4deu?Re???0.0255?10?1.205?1.70?104＞104 ?618.1?10?cp18.1?10?6?1.005?103Pr???0.702

?0.02590.8?0.02590.4??0.023?Re0.8Pr0.4?0.023???1.7?104???0.702?

de0.0255?49.1W/?m2?℃?

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