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.neRdPr..023.08.0内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1和2，其对应的温差分别为1t和2t，若1t2t，则1和2的关系为____。A.12B.1=2C.12D.不确定2.物质导热系数的顺序为（）。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α相差较大时，提高总传热系数K值的措施是（）。A.提高小的α值B.提高大的α值C.两个都同等程度提高；D.提高大的α值，同时降低小的α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，判断下面的说法哪一个是错误的（）。A．逆流时，Δtm一定大于并流、错流或折流时的ΔtmB．采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）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φ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252.5，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1.005kJ/(kg℃)，空气的对流给热系数为50W/(m2℃)，蒸汽冷凝给热系数为8000W/(m2℃)，假定管壁热阻、垢层热阻及热损失可忽略不计。试求：（1）加热空气需要的热量Q为多少？（2）以管子外表面为基准的总传热系数K为多少？（3）此换热器能否完成生产任务？解：（1）4.802060005.13600/72001222ttcwQpkJ/s（3分）(2)8.395002.0025.08000111111222hddhKW/(m2℃)（4分）(3)8.273025.014159.31182Am2（2分）45.919.1129.72ln40ln2111tttttm℃（3分）184.101J/s10118445.918.278.3922mtAKQkJ/s，（3分）能够完成生产任务。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300C，保温层外壁温为35C，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/(mK)和0.3W/(mK)，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：mWrrrrttLQ/9.35162102ln3.015062ln07.01353002ln1ln1223212131mWrrttLQ/9.351ln1212121所以Ct128207.39.3513002∴W/（ｍ·℃）3.某单程列管式换热器，其换热管为225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3102.8W/(m2·℃)。水的流量为15000kg/h，平均比热容为4.18kJ/(kg·℃)；管壁与水的对流传热系数为1000W/(m2·℃)；不锈钢的导热系数为17W/(m·℃)。试求：1．总传热系数oK；2．水的出口温度。解：1．总传热系数oKiiomoooddddbK113.694021.01000025.0023.017025.0002.0102.8113oKW/(m2·℃)2．水的出口温度2tmoopcctSKttCWQ)(1221122121lnln)()(tTtTtttTtTtTtTtm211212ln)(tTtTttSKttCWoopccpccooCWSKtTtT21ln（1）536.73025.014.332LdnSoom23.01018.43600/15000536.73.6943pccooCWSK代入（1）式，得3.011025110ln2t解出472t℃4.直径为60×3mm的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又用100mm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0.07W/（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其中r1=30mm，r2=60mm，r3=160mm∴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αi=20W/（m2·℃），管间流体的对流传热系数α0=350W/（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·℃/WK=18.92W/m2·℃（1）管内对流传热系数增加一倍=2=2×20=40W/m2·℃K=35.9W/m2·℃（35.9-18.92）/18.92=89.75%（2）管外对流传热系数增加一倍=2×350=700W/m2·℃K=19.44W/m2·℃（19.44-18.92）/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349W/（m2·℃），管外油侧对流传热系数为258W/（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，油侧的污垢热阻Rso为0.000176（m2·℃）/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（m2·℃）/W产生污垢后的热阻（m2·℃）/W（0.007177-0.00674）/0.00674=6.48%（2）总传热系数W/（m2·℃）7．某平壁厚度为0.37m,内表面温度t1为1650℃,外表面温度t2为300℃,平壁材料导热系数λ=0.815+0.00076t（式中ｔ的单位为℃,λ的单位为W／(ｍ·℃）。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=（t1+t2）/2=（1650+300）/2=975℃λ=0.815+0.00076t=0.815+0.00076×975=1.556W／(ｍ·℃)导热热通量W/m28．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100mm，其导热系数分别为0.9W/（ｍ·℃）及0.7W/（ｍ·℃）。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，在普通砖的外表面增加一层厚度为40mm,导热系数为0.06W/（ｍ·℃）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（q=Q/S），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–q2）/q1=（2240-707）/2240=68.4%9．外径为426mm的蒸气管道,其外包扎一层厚度为426mm的保温层,保温材料的导热系数可取为0.615W／(ｍ·℃)。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：由已知r2=0.426/2=0