第四章 传热
一、填空题：
1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度 2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知
b1?b2?b3；导热系数?1??2??3。在稳定传热过程中，
各层的热阻R1 R2 R3 各层的导热速率Q1 Q2 Q3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。 解①R1>R2>R3 ， Q1=Q2=Q3 ②降低 3、
①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。 ②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。
?T?E??Eb??c0???100? ∴E∝T4 ，E∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 因为
44、
①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。
②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。
解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、
①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。 ①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、
①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。
②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、
①间壁换热器管壁
tw接近α 侧的流体温度；总传热系数K的数值接近 一侧的α值。
②对于间壁式换热器：
m1Cp1(T1?T2)?m2Cp2(t2?t1)?KA?tm''等式成立的条件
是 、 、 。 解①大 ， 热阻大 ②稳定传热 ， 无热损失 ， 无相变化 8、
①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是 。 ②等温面不会相交，因为 。 解①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高α值，支承管子 ②一个点不可能具有两个不同的温度
1
9、
①由多层等厚度平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ，其两侧的温度差愈 。
②为了减小高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置 的措施。
③在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 ，减小热阻的最有效的措施是 。
解①小 ， 小 ②隔热挡板 ③传热边界层δ 或滞流层内；提高流体湍动程度 10、
列管换热器中，管子在管板上的排列方式主要有 和 。前者的特点 是 后者的特点是 。
解等边三角形和正方形； 等边三角形的特点：排列紧凑，管外湍动程度大，α大；正方形特点：管外清洗方便 11、
引起自然对流传热的原因是 ，因此影响自然对流的特性有 。
解：系统内部存在温度差，使各部分流体密度不同而引起上升，下降的流动 ρ, μ , Cp, λ, β
12、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应 ，主要原因是 。
解：降低因为水的导热系数大于保温材料的导热系数 13、
举出五种间壁式换热器 。提高间壁式换热器传热系数的主要方法是
解：夹套式，蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任选五种。
提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。 14、
根据有无热补偿或补偿方法不同，列管式热器的一般结构型式有
， 、 。①固定管板式 ， 浮头式 ， U形管式 15、 （1）．消除列管换热器温差应为常用的方法有三种，即在壳体上加 ，采用 结构或采用 式结构。
（2）翅片管换热器安装翅片的目的是 ， 。 (1)膨胀节；浮头式； U形管。(2)增加传热面积；增强流体的湍动程度以提高α
通过一换热器，用饱和水蒸汽加热水，可使水的温度由20℃升高至80℃，现发现水的温度降低了， 16、
经检查水的初温与流量均无变化，引起问题可能的原因是 。 解：传热速率下降引起。根据Q=KAΔtm 分析，可能有几种情况：1.蒸汽压力下降，减小；2.蒸汽侧有不凝气，使传热系数α大幅度地下降，K减小；3.水侧污垢积累，污垢热阻增大，K减小；4.冷凝水排除器不通畅，有积水现象，使K减小。 17、
金属的导热系数大都随其纯度的增加而 ，随其温度的升高而 。 答案：增大；减小
2
二、选择题：
1．（1）为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是
（A）表面光滑，颜色较浅； （B）表面粗糙，颜色较深 （C）表面粗糙，颜色较浅
（2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气，设饱和蒸汽温度为100?C，空气进口温度为20?C，出口温度为80?C，问此套管换热器内管壁温应是_________。
（A）接近空气平均温度 （B）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C）接近饱和蒸汽温度 解：①A) ②C
2、套管冷凝器，管内走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时
（1）传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变 （2）空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变 （3）壁温 A 增大 B 减小 C 基本不变 解：（1）A （2）B （3）B
3、有一套管换热器，长10m，管间用饱和蒸汽作加热剂，空气在一定流量下由内管流过，温度可升至指定温度，现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，要使空气出口温度仍保持原指定温度，则套管换热器的长度应为原来的
（A）2倍 （B）1.74倍 （C）1.15倍 （D）1.14倍
解：答案：C
???u???????u?0.8?20.8?1.74
m?t2?t1??A??tm??l? ??mt2?t1?A?tm?ll?m??2??0.8?20.2?1.1 lm??24、在设计列管式换热器中，设置折流挡板，以提高_____程流速，设置隔板以提高_____流速，以达到强化传热的目的。管程内流体流速的选取，对一般液体取_____，气体取_____，如该换热器用水蒸汽冷凝来加热原油，那么水蒸汽应在______程流动。
（A）壳程 （B）管程 （C）壳程和管程
（D）u＝0.5～3m/s （E）u＝5～30m/s （F）u＝30～100m/s
解：①A) B) D) E) A)
5、（1）在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对α的影响是__________。
（A）不凝性气体存在会使α（值）大大降低。
（B）不凝性气体存在会使α（值）升高
（C）不凝性气体的存在与否，对数据无影响
（2）对在蒸汽－空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的___ ___在工程上可行。
（A）提高空气流速 （B）提高蒸汽流速
（C）采用过热蒸汽以提高蒸汽温度
（D）在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积导走冷凝液。 （E）内管加入填充物或采用螺纹管。
（3）蒸汽压强的变化，对冷凝传热的影响是__________。
（A）蒸汽压强P?，?值?，对?关联式有影响；
3
（B）蒸汽压强P?，?值不变，对?关联式有影响 （C）蒸汽压强P?，?值?，对?关联式有影响
①A) ②A) ③B)
1．6、穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小___________。
（A）R1 >(R2+R3) （C）R1=(R2+R3)
（B）R1<(R2+R3) （D）无法比较
R2 R1 R3 温度分布 2．列管换热器管程常用流速范围为：一般液体________，气体_________。 （A）0.5～3m/s （B）3～15m/s （C）5～30m/s 参见附图：
解：①C) ②A) C)
3、（1）列管换热器中用水使46?CCS2的饱和蒸汽冷凝，则CS2饱和蒸汽应通过_________。
（A）管程 （B）壳程
（2）有一套管换热器，在内管中空气从20?C被加热到50?C，环隙内有119.6?C的水蒸汽冷凝，管壁温度接近______?C。
（A）35 （B）119.6 （C）77.3
（3）在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度相差50?C，现因某种原因，两者的温度各升高100?C，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该___________。
（A）增大 （B）变小 （C）不变
解：①B) ②B) ③A) 4、（1）在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，A 换热器最好_________放置；冷却水应走___________。
（A）水平 （B）垂直 （C）管内 （D）管外 B （2）已知钢质园管（外半径为r1）外两层不等厚（b1>b2）保温材料的温度分布曲线如图示，则A层导热系数_____________B层的导热系数。
（A）小于 （B）不能确定是否大于 （C）大
温度分布 于 （D）等于
解：①A) C) ②C
5、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. 污垢热阻；
C．管内对流传热热阻； D.管外对流传热热阻 答案：B
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6、
三、问答题：
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？
2、何谓换热器的控制热阻?
答:换热器的总热阻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，
111b????K?i?0?
若忽略管壁及污垢热阻，则有
111 ??K?i?0 如果?i和?0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?i、
?0都增大。但往往有这种情况，两者的? 值相差很大，例如?i>>?0,则
11 K??0 ?K?01?i??1?0。 这时
即总传热系数K 值接近对流传热系数小的一侧流体的? 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/?0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?。 用火炉烧开水，壶底的温度是接近火焰的温度还是接近水的温度？
答：为了抓住问题的实质，暂不考虑壶底金属材料的热阻和污垢热阻，即将壶底内、外表面的温度统一用tw 来表示。
设ti 、to 分别代表水和火焰的温度。 由牛顿冷却定律：
Q??i(tw?ti)??0(t0?tw) A 由于水的对流传热系数?i远大于空气的对流传热系数?0 , 即?i >>?0, 由上式可知： (t0?tw)??(tw?ti)
即火焰和壶底的温度差远大于壶底和水的温度差。也就是说(tw?ti)的数值很小，tw?ti。由此可以得出结论，壶底的温度接近水的温度。推广开来，当两种流体通过壁面换热时，若对流传热系数相差较大，也可以说对流传热热阻相差较大时，壁温总是接近? 大（即对流热阻小）的那一侧流体的温度。两流体的?值相差愈大，壁温愈接近? 大的那一侧流体的温度。这就是为什么在加热炉中，虽然火焰的温度高于炉管材料的溶点，但由于管内有油品流动，管壁接近油品温度，炉管不会烧穿的原因。
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