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1、传热复习题1(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？答：首先，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。举例说，如夹层内壁温度为98支，外壁温度为28 黑度为0.95的玻璃表面镀上黑度为 0.02的银层后，其辐射散热量可由原来的 550W42降至6.15 %2。 第三，在使用保温瓶时，瓶盖选用导热系数很小的软木制作，而且在灌水时还要在瓶颈处留出一段空气的导热系数比水在 小得多，从而有效地降低了瓶口的导热热损失。(2)计算蒸气在水平管外冷凝的凯恩(Kern
2、)公式为：a =0.725( 瑞修)。试定性说明各种因素对冷凝给热系数a的影响。答：应当指出，冷凝给热的热阻是凝液造成的，因此式中各物性常数都是凝液的物性，而非蒸气的物性。当人大时，液膜导热性能良好，a自然就大；p大，液膜容易从壁面上往下滑，同样使 a增大，潜热r大，a也大。相反，若蒸气温度和壁温之间的温差 At大，则意味着单位时间内凝液量增多，凝液膜增厚，这反而不利于传热，因此a会变小；当粘度口增大时，因流动阻力增大，液膜增厚，a必然减小；至于水平管的直径 d0大了，会使管子下部液膜加厚，同样不利于传热， a也要变小。将上面定性分析结果与凯恩公式对照后可以发现：二者是完全一致的.(3)换热器
3、的热负荷与传热速率有何不同？答：冷、热流体在单位时间内在换器中所交换的热量，称为换热器的热负荷.它是针对换热任务的需要提出的，是生 产上要求换热器应具有的换热能力，热负荷可根据生产中物流量、进出口温度及状态变化求化求出。而传热速率则是指换热器本身在一定操作条件下所具有的传递热量的能力，是换热器本身的特性，二者是不相同的。容易混淆的是，实际生产中设计或标定换热器时，常把传热速率与热负荷视为相等，一般都是通过热负荷的计算，求得换热器应具有的传热速率，再依据传热基本方程求出所需换热器的传热面积，尽管二者在数值上常视为相等，但就其本 质讲，含义是完全不同的。(4)何谓换热器的控制热阻？答：换热器的总热
4、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，1K 二 i 二 0 一 一 111若忽略管壁及污垢热阻，则有K : i ： 0如果Oti和Ct0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， 一般要考虑把口0(0都增大。11、一11但往往有这种情况，两者的u 值相差很大，例如ct i o( 0则 。这时 上 K %a 0：0K : 0即总传热系数K值接近对流传热系数小的一侧流体的a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/ 1a0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
5、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a o(5)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)之间的热递属对流一传导一对流过程。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
6、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。（ 6） 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
7、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。（ 7） “为了节省冷却介质的用量，在设计换热器的过程中，应尽量提高冷却介质的出口温度。 ”这种说法是否正确？答：不正确。冷却介质的出口温度越高，其用量越小，回收热能的品位也越高，动力消耗也随之减小。但出口温度升高的结果，导致传热推动力即对数平均温差降低，所需传热面积增大，设备费用增大。因此必须从综合角度考虑，全面加以权衡，确定一个适宜的出口温度。对于常用的冷却介质工业水，出口温度不宜过高。还
8、因为工业水中含有许多盐类。如CaCO3、 MgCO3、 CaS04、 、 MgSO4等。若出口温度过高，上述盐类就会因溶解度减小而析出，附在器壁表面上形成热阻很大的垢层，使传热过程恶化。尽管可以采取在冷却水中添加阻垢剂等化学方法，但至少从目前看，效果很有限。所以无节制了提高冷却介质出口温度的方法是行不通的。设计时常取冷却水进、出口的温度差为5-10 四、选择题（一 ） 单项选择题3-53对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（）。A.， ；B.，；C.3 ；D. ；冷流体热流体水气体水沸腾水蒸气冷凝水水水轻油答案： D3-54 关于传热系数K 下述说法中错误的是
9、（）A.传热过程中总/专热系数 K实际是个平均值；B.总传热系数K随着所取的传热面不同而异；C.总传热系数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；答案： C3-55 为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法： 加热器应置于该空间的上部； 冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（） 。A. 这两种说法都对；C. 第一种说法对，第二种说法错；B. 这两种说法都不对；D. 第二种说法对，第一种说法错答案： B3-56 下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（） 。A. ，；B. %句；C.D.3；3;空气流速为30m/S时的
10、a;水的流速为1.5m/s时的a;蒸汽滴状冷凝时的a;水沸腾时的a;答案：C3-57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.C.管内对流传热热阻;答案：B污垢热阻；D.管外对流传热热阻3-58在冷凝器中用水冷凝苯蒸汽，水走管程，其雷若数4Re =1.2x10，此时对流传热系数为若将水的流量减半，其对流传热系数A. (1/2)0.8 ：B. 10 ）公式计算，a,.一、0.8,（1/2） 0但本例中流型 已变成渡流3= 5X10 ),6 105,此时 a =90(。又108- 1,二口 46 c30 167.4c38.6 ：tm138.6-16=16.4
11、 c 38.6ln16冷却段的平均温差46T 46c7.4 38.6m238.6-5 =16.438.6 In所需传热面积冷凝段QiKi .小24.9 103200 25.7=4.84 m2冷却段A2 =Q2K2 tm22.65 103100 16.42=1.61m2. . . .AA ,即已有传热面积大于所需传热面积，所以此换热器合用。将流量为2200kg/h的空气在蒸汽预热器内从 20 C加热到80Co空气在管内作湍流流动，116c的饱和蒸汽在管外冷 凝。现因工况变动需将空气的流量增加20%而空气的进、出口温度不变。问采用什么方法才能完成新的生产任务？请作出定量计算（要求：换热器的根数不作
12、变化）。分析：由传热基本方程 Q =KAAtm着眼考虑：空气流量增加 20%而进出口温度不变，即 Q增加20%因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数 ，所以总传热系数 K接近空气的对流传热系数。空气流量增加后，总传热系数增大，但其增大的幅度不能满足热负荷增大的要求，故可以改变的只有m及A。解：10 a蒸汽口空气，又管壁较薄可忽略其热阻在物性不变的前提下口六气=C1WA-（a）工d由题意，n为常数W08 t二 将（a）式代入：Q =C2 0-8（b）d .（a）、（b）二式中CC2均为比例系数。设“1”，“2”分别代表工况改变前后的情况，由（b）式:已知：Q2 = 1.2Q1t2 -11(b
13、)In100 之100 .L 2比较（a）、（b）二式得将已知数据代入增加冷凝量为即蒸气冷凝量增加了 64%。止匕例可以帮助我们加深对控制热阻的理解。由于原来的冷却水出口温度已经很低，冷却水流量加倍后， 平均温差即传热推动力增加很少，这可由t2与t2的比较看出。但因蒸气冷凝给热系数远大于冷却水的对流传热系数，所以管内对流传热热阻就成为整个冷凝过程的控制热阻。冷却水流量加倍后，管内对流传热系数增大到原来的20.8 =1.74倍，控制热阻相应降低，导致总传热系数几乎以与管内对流传热系数相同的幅度增大，结果使冷凝液大量增加，由此可见，降低控制热阻，是增大传热速率的一个重要途径。某废热锅炉由425mm
14、2。5mm的锅炉钢管组成。管外为水沸腾，绝对压强为2。8Mpa ,管内走合成转化气，温度由22550c降至450Co已知转化气一侧，0tl =250W/（m2 C）水侧。0 =10000W/（m2 c）o若忽略污垢热阻，求换热管的壁温Tw及tw。解：方法一(1) 先求总传热系数(以管子内表面为基准)(2) 平均温度差 1 1bdidi-Ki- i dm 二 odo2.8Mp .下水的饱和温度为23.0025 20120a-2504525 10000 25热通量 =0.004 0.0000495 0.00008(4)管壁温度 4,喏K3& = 242 270 : 65.3kW/m 21)先着眼于
15、管内的对流传热。由牛顿冷却定律：qi = ：. i(T -Tw)又3Tw =T %=500=239 c：i250再眼于管外的对流传热tw =t+% =230 十52303 = 235C：010000方法(1) 先求传热过程的总热阻及分热阻(基于内表面)2 =0.00413( m C)/W(2)再求管壁温度在连续传热过程中，温降与热阻成正比。故.0550 450已知：t = 230 0c T = 500 CR 、Tw = T-(T -1)R0.004=500 (500 - 230) = 239 c0.00413tw = t +(T -t)R0.0008=230 +父(500 -230) = 23
16、5 c0.00413两种解法结果相同分析：由于管外水沸腾传热系数较大，管内合成转化气对流传热系数相对要小得多，所以壁温接近水的温度。又因为管壁的热阻较小，所以温降也小，也就是说管壁两侧温度比较接近。两种方法略作比较可以发现，第二种方法更简捷、直 观。壁温的估算对工程技术人员十分重要。无论选择换热器类型还是选定换热器都需要知道壁温，一些对流传热系数的计算也需要知道壁温。质量流率相同的两种液体通过某套换热器的管程并被加热，其对流传热系数都可以用下式表示：dU :0.8 / cP 、0.4 =0.023-()(一)d 口若定性温度下两流体的物性Cp1 = 4.2Cp2 , 99= 3.25的了简化计
17、算，其它物性可认为相同，问二者的对流传热plp2系数有多大差别?解：由给热系数的计算公式知:0.40.6二 Cp :-cp/l0.4(乜，-2)06 =4.20.43.20.63.57即二者的对流传热系数之比为 3.57倍。分析：在相同的质量流率下，由于两种液体的物性不同，其对流传热系数相差是很大的。换言之，流体的物性对对流传热系数的影响是甚大，这点我们应予以充分注意。至于气体与液体之间，这种区别就更大。例如定性温度为500时,在相同的流动状态下，水和空气的对流传热系数相差700倍以上。因此在一般操作情况下，空气的流速往往比水的流速要大几倍甚至十几倍。空气走管程且作湍流流动，若其它条件不变，仅将:(1)空气的压强加倍;在列管换热器中用蒸汽加热空气，蒸汽走完程, (2)传热管的数目加倍试估算Q /?t m将如何变化？不变。解：(1)Q/Re=由上可知,际詈 N ? &气Q =KAA t mtm =K，A.G空气du dG当压强加倍后，管内空气的,不变,Q/ t rn不变化(2)传热管数目加倍。传热管数目加倍，则传热面积A加倍;0.508 =0.574 倍。dG?, u将有所改变，具体说,赠大u减少，但质量流速G= u并变。即Re=- 9但流通面积增大 1倍后，流速相应减少 1倍，管内对流传热系数减至原来