环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答3传热

第三章传热1、传热基本方式有几种，各有什么特点？答：根据传质机理的不同，可将热量传递方式分为三种。(1)热传导热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。特点：没有物质的宏观位移(2)对流传热流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。自然对流:流体中各处的温度不同引起的密度差别，导致轻者上浮，重者下沉，流体质点产生相对位移强制对流：因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动(3)热辐射物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。热辐射不仅有能量的传递，而且还有能量形式的转移，不需要任何物质作媒介。2、圆筒壁与平壁导热速率计算式有什么区别？答：平壁热传导的导热速率公式：圆筒壁的导热速率公式：3、简述对流传热机理。答：对流传热是指流动流体与固体壁面的热量传递过程，故对流传热与流体的流动状况密切相关。对流传热包括强制对流（层流和湍流）、自然对流、蒸汽冷凝和液体沸腾等形式的传热过程。它们的机理各不相同。对强制湍流的情况分析如下。当湍流的流体流经固体壁面时，将形成湍流边界层，边界层由邻近壁面处的层流内层、离开SbttRtQ21热阻推动力12211221ln1)(2ln)(2rrttLrrttLQ壁面一定距离处的缓冲层和湍流核心三部分组成。假定壁面温度高于流体温度，热流便由壁面流向流体中。在层流内层中，由于在传热方向上并不发生流体质点的移动和混合，因此其传热方式是热传导。因流体的导热系数较小，虽然该层很薄，但热阻很大，故通过该层的温度差较大。在缓冲层内，热对流和热传导均起作用，该层内温度发生缓慢的变化。在湍流主体中，由于流体质点在传热方向上移动和混合，传热主要是热对流方式。在湍流主体中温度较为均匀，热阻很小。4、牛顿冷却定律形式，使用中应注意的问题。答：为工程计算的需要，采用平均对流传热系数来表达整个换热器的对流传热速率，牛顿冷却定律是一种推论，假设Q∝t。推动力：阻力：5、试说明热导率、对流传热系数和总传热系数的物理意义、单位和彼此间的区别。答：热导率表征的热传导能力，是物质的热性质，它在数值上等于单位温度梯度下的热传导通量。导热系数愈大，热传导愈大。热导率的单位为W/(m·°C)。对流传热系数表示在单位温度差下由对流传热引起的热通量，对流传热系数愈大，表示对流传热速率愈快。对流传热系数不同于热导率，它不是流体的物性。对流传热系数的单位为W/(m2·°C)。总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是否对换热器进行传热计算的依据。K值主要取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型。总传热系数K和对流传热系数的单位完全一样，但应注意其中温度差所代表的区域不相同。6、试分析对数平均推动力法和传热单元数法间的关系，各应用于那些方面计算？答：对数平均推动力法主要指满足如下假设的传热过程：(1）定态传热、定态流动，Wh、Wc一定(2）cph、cpc为常数，为进出口平均温度下的(3）K沿管长不变化。(4）热损失忽略不计。dSTTdQ)(wtttwSR1公式中的平均温度差可由对数平均温度差来代替。而传热单元数，则反映传热推动力和传热所要求的温度变化，若传热推动力越大，所要求的温度变化就越小。对于各种传热情况，其传热效率和传热单元数均有相应的公式，并绘制成ɛ－NTU关系图，故数据即可以根据关系图直接地读取。故，对数平均温度差法适合于设计型的计算，传热单元数法适合于操作型的计算。7、在管壳式换热器中用饱和蒸汽加热空气，试分析以下问题：(1)管壁的温度接近哪一侧流体的温度？答：蒸汽一侧(2)总传热系数K接近哪侧流体的对流传热系数？答：空气一侧(3)如何能有效地提高总传热系数K值？答：提高热阻大一侧的对流传热系数(4)如何确定两流体在列管式换热器中的流动路径？答：8、在一套管式换热器中，一定流量的热空气从T1冷却到T2，一定流量的冷流体从t1加热到t2，两流体呈逆流流动，且两流体的流动状态为湍流。若换热器的面积不变，污垢热阻和管壁热阻可以忽略：(1)若空气的流量增大10％，要维持冷热流体的进出口温度不变，应采取什么措施，请说明理由？答：需要降低冷流体一侧的传热效率。mtKStTKSQ)(2121lntttttm211tTt122tTttTdTdKncWLttpcc21ioiiosimosoooddddRddbRK111(2)若因气候变化，冷水的进出口温度下降至t’，要求热空气的进出口温度保持不变，则应采取什么措施，说明理由。答：需要降低热流体一侧的传热效率。(3)若将两流体改为并流，是否能维持冷热流体的进出口温度不变？为什么？答：)()(1221ttcWTTcWQpccphh根据热量衡算，将逆流改为并流，不能维持逆流时的冷热流体的进出口温度。9、说明传热过程中各特征数的物理意义，特征数关联式应用中应注意的问题。Nusselt，表示对流传热系数的准数Reynolds，流动型态对对流传热的影响Prandtl，流体物性对对流传热的影响Grashof，自然对流对对流传热的影响特征数关联式应用中应注意如下问题：(1)定性温度，各准数中流体物性应按什么温度确定。(2)特性尺寸，Nu，Re等准数中的特性尺寸l如何选定。(3)准数关联式中的Re,Pr等的数值范围。10、在管壳式换热器的选型计算中，为什么要校核总传热系数K？K的初设值和计算值有一定的差距，计算值/初设值=1.15~1.25时，初选的换热器合适，否则需重新设定初设值，从新计算。lNuduRepcPr223tlgGr