化工规范标准答案第六章传热
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第六章传热一、填空题1. 冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90 ℃,出口温度为50 ℃,冷水进口温度为15 ℃,出口温度为53 ℃,冷热水的流量相同,且假定冷热水的物性相同,则热损失占传热量的 ________。
2. 100℃的热水在一钢管内流过,钢管暴露在大气中,大气温度为20℃,则钢管壁的温度大约是℃,产生上述答案的理由说明如下:。
3. 圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1,α2以及间壁导热系数λ的关系为_________。
当间壁管规格为φ108×4,导热系数为45W·m-1·K-1时,管内外两侧的对流传热系数分别为8 000 W·m-2·K-1和1200 W·m-2·K-1时,总传热系数K1=_____ W·m-2·K-1,总传热系数K2=_______ W·m-2·K-1。
4.用常压蒸馏塔的塔底重油加热原油。
重油的初始温度为300℃,最终温度为220℃;原油的初始温度为25℃,最终温度为180℃;若采用并流操作,其平均温差为____,若采用逆流操作,其平均温差为_____。
由上述结果可知:当热交换双方流体无相变,且进出口温度不变时,采用___操作的传热平均温差比___操作的传热平均温差大,对热交换有利。
二、选择题1. 有一套管换热器,在内管中空气从20℃被加热到50℃,环隙内有120℃的水蒸气冷凝,则内管壁的温度接近℃。
(A) 35 (B) 77.5 (C) 120 (D) 1002. 冷热流体在换热器中进行无相变逆流传热,换热器用久后形成垢层,在同样的操作条件下,与无垢层相比,结垢后的换热器的K ,t 。
mA. 变大B. 变小C. 不变D. 不确定3. 在蒸气—空气间壁换热过程中,为强化传热,下列方案中的_____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,增加冷凝面积三、计算题1. 某列管式冷凝器的列管规格为Φ25 mm×2.5 mm。
传热学第六章答案解析第六章复习题1、什么叫做两个现象相似,它们有什么共性?答:指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象,如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例,则称为两个现象相似。
凡相似的现象,都有一个十分重要的特性,即描述该现象的同名特征数(准则)对应相等。
(1)初始条件。
指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。
(2)边界条件。
所研究系统边界上的温度(或热六密度)、速度分布等条件。
(3)几何条件。
换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。
(4)物理条件。
物体的种类与物性。
2.试举出工程技术中应用相似原理的两个例子.3.当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后,这个试验数据的性质起了什么变化?4.外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同?5、对于外接管束的换热,整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关,试分析原因。
答:因后排管受到前排管尾流的影响(扰动)作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。
6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。
答:由于流体由大空间进入管内时,管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置,这种影响才不发生变法,同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。
7、什么叫大空间自然对流换热?什么叫有限自然对流换热?这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同?答:大空间作自然对流时,流体的冷却过程与加热过程互不影响,当其流动时形成的边界层相互干扰时,称为有限空间自然对流。
这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方,但流动的动因不同,一个由外在因素引起的流动,一个是由流体的温度不同而引起的流动。
8.简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律.9.简述数数,数,Gr Nu Pr 的物理意义.Bi Nu 数与数有什么区别? 10.对于新遇到的一种对流传热现象,在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么?相似原理与量纲分析6-1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中,用200C 的空气来模拟实物中平均温度为2000C 空气的加热过程。
第六章换热器1.试从表6—2查出F—600—95—16—4型浮头管壳式换热器的壳程数、管长、B管子总数、每程管子数、管程流通面积、流体通过每一对折流板之间管束外的流通面积,折流板总数、折流板缺口拱高、缺口内管子根数及壳中心管排的管子根数(折流板间距:200mm)。
2.在下列各种列管换热器中,每小时将29.4t的有机溶剂从20℃加热至50℃,溶剂在管内流动。
热介质的进出口温度分别为110℃及60℃。
试求下面各种情况下的平均温差:(1)单壳程单管程,逆流流动;(2)单壳程四管程;(3)双壳程四管程。
3.在一流化床反应器内装有一根冷却水管以取走反应器内放出的反应热,使床层温度维持在85℃。
冷却水入口温度10℃,出口温度50℃:若由于反应器处理量加倍,需取走的热量翻番,试问:(1)如果将床层内的冷却水管长度增加一倍,而水流量、进口温度、床层温度与总传热系数均保持不变,是否能完成冷却任务?(2)管长加倍后,冷却水出口温度为多少?此时实际取走的热量为原来的多少倍?型四管程列管换热器中用饱和水表气预热某油品,蒸汽在壳程中冷4.在一FLB凝为同温度的饱和水;油品走管内,不发生相变化。
已知水蒸气:温度120℃,冷凝潜热2236kJ/kg,冷凝给热系数l0000W/(m2·℃)流量45t/h,入口温度42℃,出口温度82℃,平均温度下的比热2.2kJ/(kg·℃)运动粘度1.2×10-6m2/s,密度800kg/m3换热器:以管外表面积为基淮的传热面积65m2,管子总数120低管子规格为Ф25×2.5mm材料为钢,壳体没有保温,外壳表面积12m2,壳壁热阻可忽赂;=环境温度:15℃,换热器外壳至周围环境的对流辐射综合给热系数T 14.5W/(m2·℃)。
(1)试估计水蒸气的冷凝量;(2)试求开工初期(管子两侧无垢)管内油品的给热系数;(3)由于油品管网压降过大,拟将上述四管程换热器改为二管程(管子总根数不变),试求油品的出口温度(假定水蒸气温度、管外给热系数、油品流量与入口温度均不变,溶剂物性变化可忽略)。
1 第6章传热一、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律。
间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻大大、小一侧的值。
间壁换热器管壁温度tW接近于值大(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。
6 厚度不同的三种材料构成三层平壁各层接触良好已知b1>b2>b3导热系数λ1<λ2<λ3在稳定传热过程中各层的热阻R1 >R2 >R3各层导热速率Q1= Q2 =Q3。
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傅立叶定律。
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 2 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·℃对流传热系数的单位为W/m2·℃总传热系数的单位为W/m2·℃。
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。
化工原理传热复习题答案一、选择题1. 热传导的基本原理是()。
A. 热对流B. 热辐射C. 热传导D. 热交换答案:C2. 在稳态条件下,一维热传导的傅里叶定律表达式为()。
A. \( q = -k \frac{dT}{dx} \)B. \( q = k \frac{dT}{dx} \)C. \( q = -k \frac{dT}{dy} \)D. \( q = k \frac{dT}{dy} \)答案:A3. 热对流的换热系数h与流体的()有关。
A. 密度B. 粘度C. 速度D. 以上都是答案:D4. 热辐射的强度与物体表面的()成正比。
A. 温度B. 表面积C. 颜色D. 材料答案:A二、填空题1. 热传导的三种基本方式是导热、______和辐射。
答案:对流2. 根据牛顿冷却定律,物体表面与周围环境的温差越大,冷却速率______。
答案:越大3. 换热器的两种基本类型是______和壳管式。
答案:管壳式4. 热交换效率是指实际换热量与理论换热量之比,通常用希腊字母______表示。
答案:ε三、简答题1. 简述热传导的基本原理。
答案:热传导是热量通过物质内部分子或原子的振动和碰撞传递的过程,不需要物质的宏观运动。
2. 描述热对流换热系数h的影响因素。
答案:热对流换热系数h受流体的物理性质(如密度、比热容、粘度等)、流动状态(层流或湍流)、流体速度、温度差以及换热面的特性等因素的影响。
3. 说明热辐射的特点。
答案:热辐射是一种不需要介质的热传递方式,其传递速度等于光速,且辐射强度与物体表面的温度的四次方成正比。
四、计算题1. 已知一物体在室温25°C的条件下,通过热传导的方式每小时损失的热量为500W,求该物体的热传导系数k。
答案:根据傅里叶定律,\( q = -k \frac{dT}{dx} \),其中q为热流密度,dT为温差,dx为物体的厚度。
由于题目未给出物体的厚度和温差,无法直接计算k值,需要更多信息。
第六章复习题1、什么叫做两个现象相似,它们有什么共性?答:指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象,如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例,则称为两个现象相似。
凡相似的现象,都有一个十分重要的特性,即描述该现象的同名特征数(准则)对应相等。
(1) 初始条件。
指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。
(2) 边界条件。
所研究系统边界上的温度(或热六密度)、速度分布等条件。
(3) 几何条件。
换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。
(4) 物理条件。
物体的种类与物性。
2.试举出工程技术中应用相似原理的两个例子.3.当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后,这个试验数据的性质起了什么变化?4.外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同?5、对于外接管束的换热,整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关,试分析原因。
答:因后排管受到前排管尾流的影响(扰动)作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。
6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。
答:由于流体由大空间进入管内时,管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置,这种影响才不发生变法,同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。
7、什么叫大空间自然对流换热?什么叫有限自然对流换热?这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同?答:大空间作自然对流时,流体的冷却过程与加热过程互不影响,当其流动时形成的边界层相互干扰时,称为有限空间自然对流。
这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方,但流动的动因不同,一个由外在因素引起的流动,一个是由流体的温度不同而引起的流动。
8.简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律.9.简述数数,数,Gr Nu Pr 的物理意义.Bi Nu 数与数有什么区别? 10.对于新遇到的一种对流传热现象,在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么? 相似原理与量纲分析6-1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中,用200C 的空气来模拟实物中平均温度为2000C 空气的加热过程。
化工原理传热答案传热是化工过程中非常重要的一个环节,它直接影响着生产效率和产品质量。
在化工原理中,传热的基本方式有三种,传导、对流和辐射。
在实际生产中,我们需要根据不同的情况选择合适的传热方式来实现最佳的传热效果。
本文将针对化工原理传热答案进行详细介绍。
首先,我们来谈谈传热的基本方式——传导。
传导是指热量通过物质内部的传递,其传热速度取决于物质的导热系数和温度梯度。
在化工生产中,我们常常会用到传导传热,比如在加热反应釜时,通过加热外壁来传导热量到反应液中,从而提高反应速率。
其次,对流传热是指热量通过流体的对流传递。
对流传热的速度受到流体的流动速度、流体性质和传热面积的影响。
在化工生产中,我们经常会利用对流传热来实现快速的热量传递,比如在换热器中,通过流体的对流传热来实现冷热介质之间的热量交换。
最后,辐射传热是指热量通过辐射波的传递。
辐射传热的速度受到表面温度、表面发射率和传热面积的影响。
在化工生产中,我们通常会利用辐射传热来实现高温热源和被加热物体之间的热量传递,比如在炉膛中,通过燃烧产生的高温辐射来加热物料。
在实际生产中,我们需要根据具体的情况选择合适的传热方式。
比如在需要快速加热的情况下,我们可以选择对流传热;而在需要长时间稳定加热的情况下,我们可以选择传导传热。
当然,在一些特殊情况下,我们也可以结合多种传热方式来实现最佳的传热效果。
总的来说,化工原理传热答案涉及到传导、对流和辐射三种基本传热方式。
在实际生产中,我们需要根据具体情况选择合适的传热方式来实现最佳的传热效果。
通过对传热方式的深入了解和灵活运用,我们可以提高生产效率,降低能源消耗,从而实现经济效益和环保效益的双赢。
化工原理传热习题答案化工原理传热习题答案传热是化工过程中非常重要的一环,它涉及到物质的能量交换和传递。
在化工工程中,我们常常需要计算传热过程中的各种参数,以便优化工艺和提高生产效率。
下面,我们将针对一些典型的传热习题进行解答,帮助读者更好地理解传热原理。
1. 一个半径为0.2 m的球形反应器,内部填充有固体颗粒,其表面温度为200 ℃,环境温度为25 ℃。
假设传热系数为10 W/(m2·℃),求反应器表面每秒钟散失的热量。
解答:根据传热原理,传热的功率可以表示为Q=U×A×ΔT,其中Q为传热功率,U为传热系数,A为传热面积,ΔT为温差。
传热面积A可以通过计算球的表面积得到,即A=4πr^2。
代入半径r=0.2 m,可以求得A=0.502 m^2。
温差ΔT可以通过环境温度和表面温度的差值得到,即ΔT=200-25=175 ℃。
将U、A和ΔT代入传热功率的公式,可以得到Q=10×0.502×175=876.75 W。
所以,反应器表面每秒钟散失的热量为876.75 W。
2. 一根长度为1 m、直径为0.05 m的圆柱形管道,内部流体温度为150 ℃,外部环境温度为30 ℃。
假设传热系数为50 W/(m2·℃),求管道内部每秒钟传递的热量。
解答:根据传热原理,传热的功率可以表示为Q=U×A×ΔT,其中Q为传热功率,U为传热系数,A为传热面积,ΔT为温差。
传热面积A可以通过计算圆柱形管道的表面积得到,即A=2πrh+πr^2,其中h为管道的长度,r为管道的半径。
代入长度h=1 m,半径r=0.05 m,可以求得A=0.471 m^2。
温差ΔT可以通过内部流体温度和外部环境温度的差值得到,即ΔT=150-30=120 ℃。
将U、A和ΔT代入传热功率的公式,可以得到Q=50×0.471×120=2826 W。
所以,管道内部每秒钟传递的热量为2826 W。
实验四1.实验中冷流体和蒸汽的流向,对传热效果有何影响?无影响。
因为Q=αA△t m,不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动,由于蒸汽的温度不变,故△t m不变,而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响,所以传热效果不变。
2.蒸汽冷凝过程中,若存在不冷凝气体,对传热有何影响、应采取什么措施?不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻,降低了传热速率。
冷凝器必须设置排气口,以排除不冷凝气体。
3.实验过程中,冷凝水不及时排走,会产生什么影响?如何及时排走冷凝水?冷凝水不及时排走,附着在管外壁上,增加了一项热阻,降低了传热速率。
在外管最低处设置排水口,及时排走冷凝水。
4.实验中,所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度?为什么?传热系数k 接近于哪种流体的壁温是靠近蒸汽侧温度。
因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系数,而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度,所以壁温是靠近蒸汽侧温度。
而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验,对α关联式有何影响?基本无影响。
因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4,当蒸汽压强增加时,r 和△t均增加,其它参数不变,故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大,所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。
实验五固体流态化实验1.从观察到的现象,判断属于何种流化?2.实际流化时,p为什么会波动?3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合,为什么?4流体分布板的作用是什么?实验六精馏1.精馏塔操作中,塔釜压力为什么是一个重要操作参数,塔釜压力与哪些因素有关?答(1)因为塔釜压力与塔板压力降有关。
塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起,因而塔板压力降与气体流量(即塔内蒸汽量)有很大关系。
气体流量过大时,会造成过量液沫夹带以致产生液泛,这时塔板压力降会急剧加大,塔釜压力随之升高,因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。
传热习题及答案一、选择题:1、关于传热系数K 下述说法中错误的是( )CA 、传热过程中总传热系数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;2、在确定换热介质的流程时,通常走管程的有( ),走壳程的有( )。
A、C、D;B、E、FA、高压流体; B、蒸汽; C、易结垢的流体;D、腐蚀性流体; E、粘度大的流体; F、被冷却的流体;3、影响对流传热系数的因素有( )。
A 、B 、C 、D 、EA 、产生对流的原因;B 、流体的流动状况;C 、流体的物性;D 、流体有无相变;E 、壁面的几何因素;4、某套管换热器,管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度,若需进一步提高空气出口温度,拟将加热管管径增加一倍(管长、流动状态及其他条件均不变),你认为此措施是:AA 、不可行的;B 、可行的;C 、可能行,也可能不行;D 、视具体情况而定;解:原因是:流量不变 2d u =常数当管径增大时,a. 2/u l d ∝,0.80.2 1.8/1/u d d α∝= b. d 增大时,α增大,d α∝综合以上结果, 1.81/A dα∝,管径增加,A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-∆≈-- 即121ln p mc AT t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓⇒ 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式:0.80.023Re Pr n u N =,即物性一定时,0.80.2/u d α∝。
根据连续性方程,流量不变时,24V d u π==常数,所以管径变化,管内流速也发生变化。
管间用饱和水蒸气加热,热阻小,可以忽略不计,总热阻近似等于管内传热热阻,即K α≈5、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( )。
第五章 习题解答1)1)总压100,温度25℃的空气与水长时间接触,水中的的浓度为多少?分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。
空气中 的体积百分率为0.79。
解:将空气看作理想气体:y=0.79 p*=yp=79kPa查表得 E=8.76×510kPa610/*-==E p xH=)./(10342.6)181076.8/(1000)/(65m kN kmoL EMS -⨯=⨯⨯=ρ C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m 32)2)已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律,亨利系数E 为大气压,溶质A 的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触:①溶质A 浓度为 的水溶液;②溶质A 浓度为的水溶液;③溶质A 浓度为 的水溶液。
试求上述三种情况下溶质A 在二相间的转移方向。
解: E=0.15×104atm ,p=0.054atm ,P=1atm ,y=p/P=0.054① m EP ==⨯015104. x 135002110183610=⨯=⨯-..∴y mx 110054*.== ∴∆y y y =-=10* ∴平衡 ② x 2350001110181810=⨯=⨯-.. ∴y mx 220027*.== ∴∆y y y =-20* ∴气相转移至液相 ③x 3350003110185410=⨯=⨯-..∴y mx 330081*.== ∴∆y y y =-30*∴液相转移至气相 ④ P=3atm y=0.054 E=0.15×104atm ∴m=E/P=0.05×104 x 4=x 3=5.4×10-5∴y mx 440027*.== ∴∆y y y =-40* ∴气相转移至液相3)3)某气、液逆流的吸收塔,以清水吸收空气~硫化氢混合气中的硫化氢。
总压为1大气压。
已知塔底气相中含1.5%(摩尔分率),水中含的浓度为 (摩尔分率)。
化工原理下册课后思考题答案第六章传热问题1.传热过程有哪三种基本方式? 答1.直接接触式、间壁式、蓄热式。
问题2.传热按机理分为哪几种? 答2.传导、对流、热辐射。
问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关? 答3.与物态、温度有关。
问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿? 答4.流动流体的载热。
问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热? 答5.加热面在下,制冷面在上。
问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个? 答6.过热度、汽化核心。
问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作?为什么? 答7.核状沸腾状态。
以免设备烧毁。
问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手? 答8.改善加热表面,提供更多的汽化核心;沸腾液体加添加剂,降低表面张力。
问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体? 答9.避免其积累,提高α。
问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式?答10.因Q与温度四次方成正比,它对温度很敏感。
问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些? 答11.温度、黑度、角系数(几何位置)、面积大小、中间介质。
问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数?答12.①相变热远大于显热;②沸腾时汽泡搅动;蒸汽冷凝时液膜很薄。
问题13.有两把外形相同的茶壶,一把为陶瓷的,一把为银制的。
将刚烧开的水同时充满两壶。
实测发现,陶壶内的水温下降比银壶中的快,这是为什么?答13.陶瓷壶的黑度大,辐射散热快;银壶的黑度小,辐射散热慢。
问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么?答14.该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和,传热速率由该步骤所决定。
问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些?答15.K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变;管、壳程均为单程。
问题16.一列管换热器,油走管程并达到充分湍流。
用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。
化工原理-第六章-传热一、填空题:1. 工业上冷热流体间的传热方式有______________、_____________、____________。
答案:间壁式蓄热式直接混合式2. 热量传递的方式主要有三种: ___________、_____________、_____________。
答案:热传导热对流热辐射3. 传导传热的傅立叶定律表达式为____________,其符号各代表__________________,__________________ 和____________________。
答案:dQ/dτ=-λAdt/dδ,dQ/dτ表示单位时间传递的热量,-表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,λ表示导然系数和dt/dδ表示温度梯度。
4. 影响给热系数α的因素有_____________________________________。
答案:流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸5. 由多层等厚度平壁构成的传热壁面, 若某层所用材料的导热系数越大,则该壁面的热阻就越_______,其两侧的温度差越______。
答案:小小6. 定态导热是指______________________________不随时间而改变。
答案:传热系统中各点的温度仅随位置变7. 影响传导传热系数的因素有___________________________________。
答案:物质种类和组成,物质的内部结构和物理状态、温度、湿度、压强等8. 牛顿冷却定律公式为________________, 其符号各代表__________________、_________________和__________________。
答案:Q=αA(T-t w), Q表示传热速度、α表示传热系数、A表示对流传热面积、T表示热流体主体平均温度和t w表示为低温流体壁面温度。
9. 在包有二层相同厚度但导热系数不同的保温材料的圆形管道上,应该将______________材料放在内层,道理是______________,______________。
第一章流体流动问题1.什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?答1.假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
质点是含有大量分子的流体微团,其尺寸远小于设备尺寸,但比起分子自由程却要大得多。
问题2.描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点?答2.前者描述同一质点在不同时刻的状态;后者描述空间任意定点的状态。
问题3.粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,气体粘度上升,而液体粘度下降?答3.分子间的引力和分子的热运动。
通常气体的粘度随温度上升而增大,因为气体分子间距离较大,以分子的热运动为主;温度上升,热运动加剧,粘度上升。
液体的粘度随温度增加而减小,因为液体分子间距离较小,以分子间的引力为主,温度上升,分子间的引力下降,粘度下降。
问题4.静压强有什么特性?答4.静压强的特性:①静止流体中任意界面上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力;②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等;③压强各向传递。
问题5.图示一玻璃容器内装有水,容器底面积为8×10-3m 2,水和容器总重10N。
(1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向);(2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少?哪一侧的压力大?为什么?题5附图题6附图答5.1)图略,受力箭头垂直于壁面、上小下大。
2)内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa;外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa。
因为容器内壁给了流体向下的力,使内部压强大于外部压强。
问题6.图示两密闭容器内盛有同种液体,各接一U 形压差计,读数分别为R 1、R 2,两压差计间用一橡皮管相连接,现将容器A 连同U 形压差计一起向下移动一段距离,试问读数R 1与R 2有何变化?(说明理由)答6.容器A 的液体势能下降,使它与容器B 的液体势能差减小,从而R 2减小。
第六章传热习题热传导6-1. 如图所示,某工业炉的炉壁由耐火砖λ1= 1.3W/(m ·K)、绝热层λ2 = 0.18W/(m ·K)及普通砖λ3= 0.93W/(m ·K)三层组成。
炉膛壁内壁温度1100℃,普通砖层厚12cm, 其外表面温度为50℃。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2, 绝热材料的耐热温度为900℃。
求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好,接触热阻可以忽略。
解:()()()433332222111t t t t t t q -=-=-=δλδλδλ ()5012.093.012003-=t 1553=t ℃ ()90011003.112001-=δ m 22.01=δ()15590018.012002-=δ m 11.02=δ6-2. 如图所示,为测量炉壁内壁的温度,在炉外壁及距外壁 1/3 厚度处设置热电偶,测得 t 2=300℃, t 3 =50℃。
求内壁温度 t 1 。
设炉壁由单层均质材料组成。
解:()()322211t t t t q -=-=δλδλ()()δλδλ3150300323001-=-t8001=t ℃6-3. 某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发,单位面积的蒸发速率为0.048kg/(m 2·s ),与液体交界的金属壁的温度为110℃。
时间久后,液体一侧的壁面上形成一层2mm 厚的污垢,污垢导热系数λ=0.65W/(m ·K)。
设垢层与液面交界处的温度仍为110℃,且蒸发速率需维持不变,求与垢层交界处的金属壁面的温度。
液体的汽化热r =2000kJ/kg 。
解:2kW/m 962000048.0=⨯=q()21t t q -=δλ()11010265.09600013-⨯=-t 38.4051=t ℃6-4. 为减少热损失,在外径Φ150mm 的饱和蒸汽管道外复盖保温层。
已知保温材料的导热系数λ=0.103+0.000198t (式中t 为℃),蒸汽管外壁温度为 180℃,要求保温层外壁温度不超过 50℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在 1×10-4kg/(m ·s)以下,问保温层厚度应为多少?解:查180℃水蒸汽kJ/kg 3.2019=rW/m 93.20110003.20191014=⨯⨯⨯=-q126.0250180000198.0103.0=⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+=λW/(m ﹒℃)()()11211221ln 2ln 2r r t t l r r t t l Q δπλπλ+-=-=()lQ t t r r 21112ln -=+πλδ ()93.20150180126.014.327575ln-⨯⨯⨯=+δ mm 82.49=δ *6-5. 如图所示,用定态平壁导热以测定材料的导热系数。
将待测材料制成厚δ、直径120mm 的圆形平板,置于冷、热两表面之间。
热侧表面用电热器维持表面温度t 1=200℃。
冷侧表面用水夹套冷却,使表面温度维持在t 2 =80℃。
电加热器的功率为40.0W 。
由于安装不当,待测材料的两边各有一层0.1mm 的静止气2层λ气= 0.030W/(m ·K),使测得的材料热导率λ′与真实值λ不同。
不计热损失,求测量的相对误差,即(λ′-λ)/ λ。
解:()21t t AQ -'=δλ ()Q t t A 21-='λδ()K/W m 0339.0408020012.0422⋅=-⨯='πλδ()λδλδ+-=气气221t t A Q ()Q t t A 212-=+λδλδ气气 λδλδλδ+='气气2 %67.190339.003.0101.02212113-=⨯⨯-='-=-'-'=-'=-'=-'-λδλδλδλδλδλδλδλδδλλλλ气气气气*6-6. 通过中空球壁导热的热流量Q 可写成()mA tQ λδ∆=形式。
试证:21A A A m =(式中A 1、A 2 分别为球壁的内、外表面积。
)解:dr dt A Q q λ-==dt r Qdrλπ-=24 定态传热Q 为恒值⎰⎰=212124t t r r dt r drQλπ()t t t r r Q ∆=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-λλπ1221114 ()212122211221444A A tt A A t r r t r r r r Q λδλδλδππλπ∆=∆=∆=∆-=21A A A m =*6-7. 有一蒸汽管外径25mm ,管外包以两层保温材料,每层厚均为25mm 。
外层与内层保温材料的热导率之比为512=λλ,此时的热损失为Q 。
今将内、外两层材料互换位置,且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变,则热损失为Q ′。
求Q ′/Q ,说明何种材料放在里层为好。
解:互换前:232121ln 1ln 12r r r r tl Q λλπ+∆=Q t l r r r r ∆=+πλλ2ln 1ln 1232121互换后:Q t l r r r r '∆=+πλλ2ln 1ln123112264.15.375.62ln 55.125.37ln 5.375.62ln 5.125.37ln 5ln ln ln ln ln 1ln 1ln 1ln1231212231212231122232121=⨯++⨯=++=++='r r r r r r r r r r r r r r r r Q Q λλλλλλλλ 依据计算可知热导率小的材料在里层热损失小。
对流给热6-8. 在长为3m ,内径为53mm 的管内加热苯溶液。
苯的质量流速为172kg/(s ·m 2)。
苯在定性温度下的物性数据如下:μ=0.49mPa ·s ;λ=0.14W/(m ·K);C p =1.8kJ/(kg ·℃)。
试求苯对管壁的给热系数。
解:431086.11049.0053.0172⨯=⨯⨯==-μρud R e 3.614.01049.018003=⨯⨯==-λμp r c P406.56533000>==d l b r e u P R N 8.0023.0=加热苯溶液,b =0.4()31.3303.61086.1053.014.0023.0023.04.08.044.08.0=⨯⨯⨯⨯==r e P R d λα W/(m 2·K)6-9. 在常压下用列管换热器将空气由200℃冷却至120℃,空气以3kg/s 的流量在管外壳体中平行于管束流动。
换热器外壳的内径为260mm ,内有Φ25×2.5mm 钢管38根。
求空气对管壁的给热系数。
解:空气定性温度为:1602120200221=+=+=T T T m ℃,查常压下160℃物性数据, ρ=0.815 kg/m 3;μ=2.45×10-5Pa ·s ;λ=3.637×10-2W/(m ·K);c p =1.017kJ/(kg ·K);P r =0.682()m 0362.038025.026.038025.026.0444222222=⨯+⨯-=+-=+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=dn D n d D dn D n d D d e πππ ()15.8738025.026.04322=⨯-⨯==πA q G m kg/(s ·m 2) 551029.11045.20362.015.87⨯=⨯⨯==-μρe e ud R空气由200℃冷却至120℃,b =0.3()56.252682.01029.10362.010637.3023.0023.03.08.0523.08.0=⨯⨯⨯⨯⨯==-re ePR d λαW/(m 2·K)6-10. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油,重油的平均温度t m =20℃,蒸汽管外壁温度t w =120℃,管外径为60mm 。
已知在定性温度70℃下重油的物性数据如下:ρ=900kg/m 3;c p =1.88kJ/(kg ·℃);λ=0.174W/(m ·℃)。
运动粘度ν=2×10-3 m 2 /s, β=3×10-4 K -1。
试问蒸汽对重油的热传递速率W/m 2为多少?解:大容积自然对流:()br r u P G A N =()()89.1510206.02012081.9103233423223=⨯⨯-⨯⨯⨯=∆=∆=--νβμρβtl g tl g G r 431094.1174.09001021880⨯=⨯⨯⨯===-λνρλμp p r c c P541008.31094.189.15⨯=⨯⨯=r r P G查表得:A =0.54;b =0.25()()89.361008.306.0174.054.025.05=⨯⨯⨯==b r r P G lAλα W/(m 2·℃)()()36892012089.36=-⨯=-=m w t t q α W/m 26-11. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管,由于自然对流两管都向周围空气散失热量。
已知大管的直径为小管直径的10倍,小管的(Gr ·Pr )=109。
试问两管道单位时间、单位面积的热损失比值为多少?解:大容积自然对流:()br r u P G A N =两管直径不同,与特征尺寸管径有关,3d G r ∝()()1231010=⨯=小大r r r r P G P G依据大管和小管Gr ·Pr 查表:A =0.135;b =1/3()b r r P G d A大大大λα=()br r P G d A 小小小λα=()()110101013191231=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==小大大小小大小大r r r r P G P G d d q q αα 冷凝给热6-12. 饱和温度为100℃的水蒸气在长3m 、外径为0.03m 的单根黄铜管表面上冷凝。
铜管竖直放置,管外壁的温度维持96℃,试求:(1)每小时冷凝的蒸汽量;(2)又若将管子水平放,冷凝的蒸汽量又为多少?解:(1)饱和温度为100℃的水蒸气,r =2258.4kJ/kg ,定性温度为98℃,查水:ρ=960kg/m 3;μ=0.290mPa ·s ;λ=0.682W/(m ·℃)。
()07.742296100300029.0682.022*******.996013.113.141324132=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=t L gr μλρα W/(m 2·K)()200096.54300029.0225840096100307.742244<=⨯-⨯⨯⨯=∆=μαr t L R eM ,为层流。