化工原理传热部分模拟试题及答案一填空(1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。

(2) 热传导的基本定律是傅立叶定厂。

间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻小(大、小)一侧的：•值。

间壁换热器管壁温度t w接近于:値大(大、小)一侧的流体温度。

由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大(大、小)，其两侧的温差愈大(大、小)。

(3) 由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈小_，其两侧的温差愈小。

(4) 在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内(或热边界层内) ________ ，减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。

(5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构；翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数。

⑹厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b i>b2>b3，导热系数在稳定传热过程中，各层的热阻R > R 2 > R 3,各层导热速率Q = Q 2 = Q 3。

(7) 物体辐射能力的大小与黑度成正比，还与温度的四次方成正比。

(8) 写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。

(9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。

实际操作应控制在泡核沸腾。

在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而增加。

(10) 传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。

热传导的基本定律是一傅立叶定律-a其表达式为___dQ= - ds 一 ___。

cn(11) 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1.74 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 3.48倍。

(设条件改变后仍在湍流范围)(12) 导热系数的单位为W/ ( m「C) _____ ，对流传热系数的单位为W/ ( m「C) ，总传热系数的单位为w/ ( m・C)___________ 。

二、选择1已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度—D—耐火砖的黑度。

A 大于B 等于C不能确定 D 小于2某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气(空气在管内作湍流流动)，使空气温度由20C升至80C，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的A倍。

A 1.149B 1.74C 2D 不定3 一定流量的液体在一25 x 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数:i=1000W/m i - C；如流量与物性都不变，改用一19x 2mm的直管，则其：•将变为 D 。

A 1259B 1496C 1585D 16784对流传热系数关联式中普兰特准数是表示_C ____ 的准数。

A对流传热B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响3'。

) o (T -T o )q o2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m 直径为©25x 2mm 水以0.7m/s 的流速在管内流过，并从17C 被加热到37C 。

流量为1.25kg/s 、温度为72C 烃的饱和蒸气在管外冷凝成 同温度的液体。

烃蒸气的冷凝潜热为 315kJ/kg 。

已测得：蒸气冷凝传热系数:0=800W/(m 2-°C ), 管内侧热阻为外侧的 40%污垢热阻又为管内侧热阻的 的传热面积(外表面为基准)；(2)换热管的总根数； 管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg -C )]解： (1)换热器每程提供的传热面积(外表面为基准)由题意知，水以 0.7m/s 的流速在管内流过，欲求5在蒸气一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的— B —在工程上可行。

A 提高蒸气流速B 提高空气流速C 采用过热蒸气以提高蒸气温度D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积6在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为 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 减小B 增大C 不变7在单效蒸发器中，将某水溶液从 14%连续浓缩至30% , 度为96.2C,有效传热温差为 11.2C,二次蒸气的温度为 D C 。

11.2原料液沸点进料，加热蒸汽的温75.4 C,则溶液的沸点升高为 B 20.8 A8为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用— A 并流加料 、计算B 逆流加料C 85C 平流加料9.6 B —流程。

D 双效三体并流加料1试推导出表示具有内部热源的实心球体的温度分布公式。

已知：R o ______ 球体半径，m ； T o球体表面的恒定温度，C ； q o3每单位球体体积在单位时间内所产生热量，J/(m h)；球体材料的导热系数， J /(m h C)。

解:球体积V 二r 3,球表面积3根据傅立叶热传导公式:4 r 33q o「A 生一o 4十史drdr所以rdrSt q o积分上式得:rrdr- 3 ^"o T o-—T dt q 。

1(R o 22-r70%试核算：(1 )换热器每程提供(3)换热器的管程数。

[计算时可忽略 ,S ；S,需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。

两流体交换的热量为：Q =Whh =1.25 315 = 394kw又Q =W c C pc (t 2 -tj ， C pc 二 4.18kJ / kg C ，2S 一 d o ln^i =0.025 20 3 - 4.71m(2)换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。

则任务所需的传热外表面积为:(2)换热器的管程数。

Q C pc (t 2-t l )394 4.18 (37 -17 )^4.713 kg / s单管内水的流量为: W c1d 2u = 0.785 0.0212 0.7 1000 = 0.2423kg / s4每程所需管子数为: nr% =4.713=19.5W c1 0.2423取每程管子数为20，则每程所能提供的传热外表面积为:由题给数据,1 10.40.7 0.4 ) 800800't m"迸2(72一17)一(72 -37)= 44.25 cl4t 2In 72」7 72-37换热管总根数为:S oS o Q Ko£-二d 。

InS o394 218.7m0.4762 44.2518.7 = 79.4■ d o l ■: 0.025 3KQ = K o S o t m 二 476.2W /m 2 C0.410.7 0.4 1 )«o«o由题意管程数为:N t—4 n i3在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为 20 C 和110C 。

在 换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45C 和40C ，使用一年后，由于污垢 热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至 38C ，试 求：（1）空气出口温度为多少？（ 2）总传热系数为原来的多少倍？（ 倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（ 却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 解： 使用初期 3）若使冷却水加大 :•水>>:•空气） ⑷冷 使用一年后 110 C 40 11045 C --------20 38 （1）空气出口温度T 2 题意可得：使用初期 Q =W c C pc (t 2 7) =W h C ph (T 1 -T 2)= KS t m (1) 使用一年后 Q =2W c C pc (t 2 —t 1)=W h C ph (T —T 2)= KSt m (2)两式相比（2）/（ 1），得 (110- = (38-20)/ 10_40厂 (45_20)则：T 2 =59.6 C（2）总传热系数K7K 65 'In20,T 1 _t 2InT 2 7(110 -38) -(59.2 -20)72 - 39.6 ln!^859.6-20 -54.2 C.72 In39.6方程⑵式/（1）式，得: (38 -20) (45 -20)54.2 38.2故-0.50%（3）冷热流体的出口温度 t 2 及 T 2一年后 Q'W c C pc (t 2 7) =W h C ph (T 1-T 2)= K St m(3) Q^2W c C pc (t 2 —t 1)=W h C ph (T 1 —T 2)= K S t m(4)方程（4）式/ （ 3），得:110-丁2 2(t 2 —20) K 1 (110 — t 2)-(T 2-20)110-59.6 一 38-20 _ ~K 542110-t ? InT 2 - 20In 归仝 T/-2054.2热方：为饱和蒸汽冷凝，T=100 C ；冷方：为生垢液体升温，b =20 C ,t 2 = 60 C 。

（1）在测试中，维持以上温度条件不变，发现蒸汽凝液流量，在清洗前后之比为1 : 2。

问:a 那些是控制热阻？管程宜走那一方流体？简述理由；b 清洗前，污垢热阻约为该时总热阻的多少分数？ （2）在操作中，若要求改为维持该加热器的热负荷不变。

问：随着污垢的增加，调节饱和蒸汽的温度和生垢液体的流量，是否都能达到要求？简述理由（定性分析） 。

注：冷方流型为湍流、面积基准和物性变化可不考虑以及清洗后的垢阻为零。

解：（1） a 垢层是主要控制热阻，其次是垢层对液体的给热过程，因传热过程的传热量取 决于热阻大的一方。

管程宜走生垢液体， 便于清洗，便于增大流速，可能减少垢层沉积在管 子表面上，饱和蒸汽宜在管间（壳程）走，因流速对饱和蒸汽冷凝给热系数几乎无影响，而 饱和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗，且在壳程流动易于及时排除冷凝水和不凝性气体。

b 维持A ：tm 不变时：整理前半式的方程 t 2 =39.6 -0.179T 2(5)又因 二水■- 1由等比定理(110—T 2) -(t 2 -20)110-59.6 -9(110_t 2 ) _仃2 - 20)54.2In 归 T 2 -20整理得,t 2 =153-丁2(6)联立（5 ）和（6），可得:t 2 =29.4 C ，T 2 =57.5 C（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少?(110 - 29.4) - (57.5 - 20) ：m 一 110-29.4In 57.5-2080.6 -37.5,80.6 In37.5-56.3 CQQ= 56.354.2 =1.°44有一蒸汽加热器,清洗前传热量Q =W h = KA 心(1)(1)式与(2)式比较得：K J 2K所以-R s 迷=0.5=50%R 总1K(2)在操作中，调节生垢液体流量，企图减少垢层厚度来增加换热量，是不能满足的，因为 生垢液体以为湍流，再增加流量时，所增加的换热量决不能与所需要的热量相当，这时 会使出口温度下降。