传热习题

1第四章传热一、填空题：1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将材料包在内层，其原因是，导热系数小的减少热损失降低壁面温度2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知321bbb；导热系数321。在稳定传热过程中，各层的热阻R1R2R3各层的导热速率Q1Q2Q3在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而——————————。解①R1R2R3，Q1=Q2=Q3②降低3、①物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。②流体沸腾根据温度差大小可分为、、、三个阶段，操作应控制在。因为40100TcEEb∴E∝T4，E∝ε②自然对流泡状沸腾膜状沸腾泡状沸腾段4、①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于，折流挡板的形状有等。②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度。解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高，园缺形（弓形），园盘和环形②最大，最小5、①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管；易结垢的流体走管；高压流体走管；有腐蚀性液体走管；粘度大或流量小的流体走管。①外，内，内，内，外6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在程流动，加热器顶部设置排气阀是为了。②列管换热器的管程设计成多程是为了；在壳程设置折流挡板是为了；解①壳程，排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降②提高管程值α，提高壳程值α7、①间壁换热器管壁wt接近α侧的流体温度；总传热系数K的数值接近一侧的α值。②对于间壁式换热器：mtKAttCpmTTCpm)()(122'2211'1等式成立的条件是、、。解①大，热阻大②稳定传热，无热损失，无相变化8、①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是。②等温面不会相交，因为。解①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支承管子②一个点不可能具有两个不同的温度29、①由多层等厚度平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈，其两侧的温度差愈。②为了减小高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置的措施。③在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减小热阻的最有效的措施是。解①小，小②隔热挡板③传热边界层δ或滞流层内；提高流体湍动程度10、列管换热器中，管子在管板上的排列方式主要有和。前者的特点是后者的特点是。解等边三角形和正方形；等边三角形的特点：排列紧凑，管外湍动程度大，α大；正方形特点：管外清洗方便11、引起自然对流传热的原因是，因此影响自然对流的特性有。解：系统内部存在温度差，使各部分流体密度不同而引起上升，下降的流动ρ,μ,Cp,λ,β12、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应，主要原因是。解：降低因为水的导热系数大于保温材料的导热系数13、举出五种间壁式换热器。提高间壁式换热器传热系数的主要方法是解：夹套式，蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任选五种。提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。14、根据有无热补偿或补偿方法不同，列管式热器的一般结构型式有，、。①固定管板式，浮头式，U形管式15、（1）．消除列管换热器温差应为常用的方法有三种，即在壳体上加，采用结构或采用式结构。（2）翅片管换热器安装翅片的目的是，。(1)膨胀节；浮头式；U形管。(2)增加传热面积；增强流体的湍动程度以提高α通过一换热器，用饱和水蒸汽加热水，可使水的温度由20℃升高至80℃，现发现水的温度降低了，16、经检查水的初温与流量均无变化，引起问题可能的原因是。解：传热速率下降引起。根据Q=KAΔtm分析，可能有几种情况：1.蒸汽压力下降，减小；2.蒸汽侧有不凝气，使传热系数α大幅度地下降，K减小；3.水侧污垢积累，污垢热阻增大，K减小；4.冷凝水排除器不通畅，有积水现象，使K减小。17、金属的导热系数大都随其纯度的增加而，随其温度的升高而。答案：增大；减小3二、选择题：1．（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C100，空气进口温度为C20，出口温度为C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）接近饱和蒸汽温度解：①A)②C2、套管冷凝器，管内走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时（1）传热系数K应A增大B减小C基本不变（2）空气出口温度A增大B减小C基本不变（3）壁温A增大B减小C基本不变解：（1）A（2）B（3）B3、有一套管换热器，长10m，管间用饱和蒸汽作加热剂，空气在一定流量下由内管流过，温度可升至指定温度，现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度应为原来的（A）2倍（B）1.74倍（C）1.15倍（D）1.14倍解：答案：C74.128.08.0uullttAAttttmmmm12121.12222.08.0mmll4、在设计列管式换热器中，设置折流挡板，以提高_____程流速，设置隔板以提高_____流速，以达到强化传热的目的。管程内流体流速的选取，对一般液体取_____，气体取_____，如该换热器用水蒸汽冷凝来加热原油，那么水蒸汽应在______程流动。（A）壳程（B）管程（C）壳程和管程（D）u＝0.5～3m/s（E）u＝5～30m/s（F）u＝30～100m/s解：①A)B)D)E)A)5、（1）在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对α的影响是__________。（A）不凝性气体存在会使α（值）大大降低。（B）不凝性气体存在会使α（值）升高（C）不凝性气体的存在与否，对数据无影响（2）对在蒸汽－空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的______在工程上可行。（A）提高空气流速（B）提高蒸汽流速（C）采用过热蒸汽以提高蒸汽温度（D）在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积导走冷凝液。（E）内管加入填充物或采用螺纹管。（3）蒸汽压强的变化，对冷凝传热的影响是__________。（A）蒸汽压强P，值，对关联式有影响；4（B）蒸汽压强P，值不变，对关联式有影响（C）蒸汽压强P，值，对关联式有影响①A)②A)③B)1．6、穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻1R与第二、三层热阻2R、3R的大小___________。（A）1R(2R+3R)（B）1R(2R+3R)（C）1R=(2R+3R)（D）无法比较2．列管换热器管程常用流速范围为：一般液体________，气体_________。（A）0.5～3m/s（B）3～15m/s（C）5～30m/s参见附图：解：①C)②A)C)3、（1）列管换热器中用水使46C2CS的饱和蒸汽冷凝，则2CS饱和蒸汽应通过_________。（A）管程（B）壳程（2）有一套管换热器，在内管中空气从20C被加热到50C，环隙内有119.6C的水蒸汽冷凝，管壁温度接近______C。（A）35（B）119.6（C）77.3（3）在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度相差50C，现因某种原因，两者的温度各升高100C，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该___________。（A）增大（B）变小（C）不变解：①B)②B)③A)4、（1）在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好_________放置；冷却水应走___________。（A）水平（B）垂直（C）管内（D）管外（2）已知钢质园管（外半径为r1）外两层不等厚（b1b2）保温材料的温度分布曲线如图示，则A层导热系数_____________B层的导热系数。（A）小于（B）不能确定是否大于（C）大于（D）等于解：①A)C)②C5、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。A.管避热阻；B.污垢热阻；C．管内对流传热热阻；D.管外对流传热热阻答案：BR1R2R3温度分布温度分布BA56、三、问答题：1、保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？2、何谓换热器的控制热阻?答:换热器的总热阻1/K主要取决于冷、热流体的对流传热热阻，当然也和管壁的热阻及污垢热阻有关，即，bKi0111若忽略管壁及污垢热阻，则有0111iK如果i和0相接近，也就是两种流体的传热阻力差不多时，在谋求强化传热过程中，一般要考虑把i、0都增大。但往往有这种情况，两者的值相差很大，例如i0,则011i。这时011KK0即总传热系数K值接近对流传热系数小的一侧流体的值，在本例条件下总热阻完全被管外的对流传热热阻所控制。1/0被称为控制热阻。控制热阻的概念对强化传热研究是非常重要的。它可以使我们在寻求强化的过程中紧紧抓住主要矛盾，提醒我们为了增大换热器的总传热系数，减少热阻，关键在于增大控制热阻一侧的。用火炉烧开水，壶底的温度是接近火焰的温度还是接近水的温度？答：为了抓住问题的实质，暂不考虑壶底金属材料的热阻和污垢热阻，即将壶底内、外表面的温度统一用tw来表示。设ti、to分别代表水和火焰的温度。由牛顿冷却定律：)()(00wiwittttAQ由于水的对流传热系数i远大于空气的对流传热系数0,即i0,由上式可知：)()(0iwwtttt即火焰和壶底的温度差远大于壶底和水的温度差。也就是说)(iwtt的数值很小，iwtt。由此可以得出结论，壶底的温度接近水的温度。推广开来，当两种流体通过壁面换热时，若对流传热系数相差较大，也可以说对流传热热阻相差较大时，壁温总是接近大（即对流热阻小）的那一侧流体的温度。两流体的值相差愈大，壁温愈接近大的那一侧流体的温度。这就是为什么在加热炉中，虽然火焰的温度高于炉管材料的溶点，但由于管内有油品流动，管壁接近油品温度，炉管不会烧穿的原因。63、室内暖气片为什么只把外表面制成翅片状？答：室内暖气片内部的热流体（水或水蒸气）与片外的冷流体（空气）之间的热递属对流—传导—对流过程。因为暖气片外壁与空气的对流传热系数远小于片内水或水蒸气与内壁的对流传热系数，即片外对流传热热阻为控制热阻。要增大冷、热介质的换热速率，改变片外的对流传热状况即减小控制热阻至关重要。暖气的外表面制成翅片状后，明显地增大了外表面的传热面积，使总传热系数（按光管传热面积计）较原来增大几倍。加之安装翅片后，加剧了空气的湍动程度，破坏了滞流内层，亦可使总传热系数增大。至于水或蒸汽侧由于不是控制热阻，改善其传热状况对整个冷、热流体的换热影响甚微。这就是室内暖气片只外表面制成翅片状的道理。4、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。5、螺旋扁管换热器强化传热的道理何在？答：螺旋扁管换热器是近期开发出来的一种新型高效传热设备。其制造过程是先将圆管压扁，然后扭曲成螺旋状。穿管时按同一方布