化工原理课后作业(热量传递与换热器)

一、单选题

1．热传递的基本方式是：（ ）、对流、辐射。 A A 传导；B 传递；C 放射；D 流动。

2．热传递的基本方式是：传导、（ ）、辐射。 A A 对流；B 流动；C 传递；D 透热。

3．热传递的基本方式是：传导、对流、（ ）。 D A 流动；B 传递；C 放射；D 辐射。

4．物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（ ）。 A

A 热传导；B 热传递；C 热放射；D 热流动。

5．流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（ ）。 A A 对流；B 流动；C 传递；D 透热。

6．因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为（ ）。 D A 热传导；B 热传递；C 热放射；D 热辐射。 7．物质导热系数的顺序是：（ ）。 A

A金属＞一般固体＞液体＞气体；B金属＞液体＞一般固体＞气体； C金属＞气体＞液体＞一般固体；D金属＞液体＞气体＞一般固体。 8．（ ）等于1的物体称为黑体。 A A 吸收率；B 反射率；C 透过率；D 折射率。 9．吸收率（ ）1的物体称为黑体。 C A 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。 10．吸收率等于1的物体称为（ ）。 C A 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体。

11．（ ）等于1的物体称为白体。 B A 吸收率；B 反射率；C 透过率；D 折射率。 12．反射率（ ）1的物体称为白体。 C A 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。 13．反射率等于1的物体称为（ ）。 A A 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体。 14．（ ）等于1的物体称为透热体。 C A 吸收率；B 反射率；C 透过率；D 折射率。 15．透过率（ ）1的物体称为透热体。 C A 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。 16．透过率等于1的物体称为（ ）。 D A 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体。

17．单原子气体和对称双原子气体均可视为（ ）。 D A 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体。 18．液体是（ ）。 D

A 白体；B 灰体；C 透热体；D 不透热体。

19．凡能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞所有波长范围的辐射能的物体，定义为（ ）。 A 白体；B 灰体；C 透热体；D 不透热体。 20．灰体是（ ）。 D

A 白体；B 黑体；C 透热体；D 不透热体。

21．在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内（ ）。 A A 清洗比较方便；B 流速较快；C 流通面积小；D 易于传热。

22．在管壳式换热器中，腐蚀性的流体宜走管内，以免（ ），而且管子也便于清洗和检修。 A A 壳体和管子同时受腐蚀；B 流速过快；C 流通面积过小；D 传热过多。

D 23．在管壳式换热器中，压强高的流体宜走管内，以免（ ），可节省壳程金属消耗量。 A A 壳体受压；B 流速过快；C 流通面积过小；D 传热过多。

24．在管壳式换热器中，饱和蒸气宜走管间，以便于（ ），且蒸气较洁净，它对清洗无要求。 A A 及时排除冷凝液；B 流速不太快；C 流通面积不太小；D 传热不过多。 25．在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（ ）。 A A 泄漏机会较少；B 流速很快；C 流通面积变小；D 传热增多。

26．在管壳式换热器中，被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，（ ）。 A

A 以增强冷却效果；B 以免流速过快；C 以免流通面积过小；D 以免传热过多。

27．在管壳式换热器中，粘度大的液体或流量较小的流体宜走（ ），因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。 B A 管内；B 管间；C 管径；D 管轴。

28．对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走（ ），因壁面温度与 大的流体温度相近，可以减少热应力。 B A 管内；B 管间；C 管径；D 管轴。

29．在管壳式换热器中安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的（ ），使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。 C

A 粘度；B 密度；C 速度；D 高度。

30．有一套管换热器，环隙中有119.6℃的蒸气冷凝，管内的空气从20℃被加热到50℃，管壁温度应接近（ ）。 D

A 20℃；B 50℃；C 77.3℃；D 119.6℃。

31．已知在温度T时耐火砖的发射能力（辐射能力）大于铜的发射能力，则铜的黑度为（ ），耐火砖的黑度为（ ）。 A B

A 0.6；B 0.9；C 1.0；D 1.2。

32．两灰体间进行辐射换热，两者间的温度差为100℃。若将两灰体的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的传热量相比，将（ ）。 A

A 增大；B 减小；C 不变；D 不一定。 33．判断下面的说法哪一种是错误的（ ）。 B

A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；

B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同； C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强； D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。

34．当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（A 逆流时，Δtm一定大于并流、错流或折流时的Δtm； B 采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量； C 采用逆流操作可以减少所需的传热面积；

D 温度差校正系数φΔ t 的大小反映了流体流向接近逆流的程度。 二、填空题

1．热传递的基本方式为（ ）、对流和辐射。 导热 2．热传递的基本方式为导热、（ ）和辐射。 对流 3．热传递的基本方式为导热、对流和（ ）。 辐射 4．（ ）传热仅发生在流体中。 对流 5．对流传热又分（ ）对流和强制对流。 自然 6．对流传热又分自然对流和（ ）对流。 强制 7．不需要任何介质的传热称为（ ）传热。 辐射

8．在列管式换热器中，流体在（ ）流动称为流经管程。 管内 9．在列管式换热器中，流体在管内流动称为流经（ ）。 管程 10．列管式换热器中，流体在（ ）流动称为流经壳程。 管间 11．列管式换热器中，流体在管间流动称为流经（ ）。 壳程 12．传热速率Ｑ的单位为（ ）。 W

B ）。

13．热通量q的单位为（ ）。 W/m2

14．一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为（ ）。 固体＞液体＞气体

15．流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在（ ）。 层流底层 16．吸收率等于1的物体称为（ ）。 黑体 17．反射率等于1的物体称为（ ）。 白体 18．透过率等于1的物体称为（ ）。 透热体

19．能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的辐射能的物体称为（ ）。20．在辐射传热中，气体的反射率为（ ）。 0 21．在辐射传热中，黑体的反射率为（ ）。 0 22．在辐射传热中，黑体的透过率为（ ）。 0 23．在辐射传热中，灰体的透过率为（ ）。 0 24．在辐射传热中，白体的透过率为（ ）。 0 25．在辐射传热中，白体的吸收率为（ ）。 0

26．灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的（ ）。 黑度 27．换热器设计中，流体流径的选择：不洁净和易结构的流体宜走（ ）。 管内 28．换热器设计中，流体流径的选择：腐蚀性的流体宜走（ ）。 管内 29．换热器设计中，流体流径的选择：压强高的流体宜走（ ）。 管内 30．换热器设计中，流体流径的选择：饱和蒸气宜走（ ）。 管间 31．换热器设计中，流体流径的选择：有毒流体宜走（ ）。 管内 32．换热器设计中，流体流径的选择：被冷却的流体宜走（ ）。 管间 33．换热器设计中，流体流径的选择：粘度大的液体或流量较小的流体宜走（ ）。 管间

灰体 34．换热器设计中，流体流径的选择：对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大的流体宜走（ ）。 管间

35．在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则传热管的壁温接近（ ）的温度。 饱和蒸气

36．在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则总传热系数Ｋ接近（ ）的对流传热系数。 空气 37．在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则空气应走（ ）。 管内 38．在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则饱和蒸气应走（ ）。 管间 39．污油与汽油在列管换热器中换热，污油应走（ ）。 管内 40．污油与汽油在列管换热器中换热，汽油应走（ ）。 管间

三、简答

1．热传递有哪几种基本方式？ 热传导、对流、辐射。

2．各种传热方式相比较，热传导的主要特点是什么？ 在热传导中，物体各部分之间不发生相对位移。 3．各种传热方式相比较，对流的主要特点是什么？ 对流仅发生在流体中，流体各部分之间发生相对位移。 4．各种传热方式相比较，热辐射的主要特点是什么？ 热辐射不需要任何介质，可以在真空中传播。 5．流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在何处？ 热阻主要集中在紧挨固体壁面处的层流底层内。 6．强化对流传热的主要途径是什么？

提高流体的湍动程度，减小层流底层的厚度。

7．在一套管换热器中，若两流体的进、出口温度不变，应选择并流换热还是逆流换热？为什么？

应选择逆流换热，因为此时的对数平均温差较大，可以节省换热面积。 8．什么是黑体？

吸收率等于1的物体称为黑体。 9．什么是白体？

反射率等于1的物体称为白体。 10．什么是透热体？

透过率等于1的物体称为透热体。 11．什么是灰体？

能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞所有波长范围的辐射能的物体称为灰体。 12．什么是物体的黑度？

灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比称为物体的黑度。

13．在设计换热器时，如何安排不洁净和易结垢的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。 走管内，因为管内清洗比较方便。

14．在设计换热器时，如何安排腐蚀性流体的流径（管内或是管间）？简述理由。 走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 15．在设计换热器时，如何安排压强高的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。 走管内，以免壳体受压，可节省壳程金属消耗量。

16．在设计换热器时，如何安排饱和蒸气的流径（管内或是管间）？简述理由。 走管间，便于及时排出冷凝液。

17．在设计换热器时，如何安排被冷却的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。 走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。

18．在设计换热器时，如何安排粘度大的液体的流径（管内或是管间）？简述理由。

走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

19．在设计换热器时，如何安排流量较小的流体的流径（管内或是管间）？简述理由。

走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

20．在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，传热管的壁温接近哪一种流体的温度？ 壁温接近饱和蒸气的温度。

21．在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，总传热系数Ｋ接近哪一种流体的对流传热系数？ 总传热系数Ｋ接近空气的对流传热系数。

22．在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，如何确定两流体在换热器中的流径？为什么？ 空气走管内，饱和蒸气走管间，以便于冷凝液的排放。 23．污油与汽油换热，如何安排两流体的流径? 为什么? 污油走管内，汽油走管间，便于清洗。 24．为什么内部孔隙多的材料保温效果好?

因为大量的孔隙中包含着导热系数非常小的气体，对导热不利，从而起到了保温的作用。 25．一钢板的黑度为0.78, 其反射率为多少? 反射率为0.22。

26．在强化传热的过程中，为什么要想办法提高流体的湍动程度?

由于对流传热的热阻主要集中在层流底层内，提高流体的湍动程度能减薄层流底层的厚度，可以提高传热效果。

27．在夏季人们为什么爱穿浅色衣服?

由于在阳光下浅色的衣服反射率较大，吸收的热量少，使人们不至于感觉太热。 28．换热器的壳程为什么要安装挡板?

可以提高壳程流体的湍动程度，增强传热效果。

29．虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是透热体。此话对吗？为什么？ 不对，只有单原子气体和对称双原子气体是透热体，而空气中的二氧化碳和水蒸气都可以部分地吸收太阳发射的辐射能。

30．间壁式换热器与混合式换热器的区别是什么？

间壁式换热器是由固体壁面将冷、热两种流体分开，通过固体壁面传热，而混合式换热器中则是将冷、热两种流体直接接触、混合换热。

四、计算题

1．平壁炉的炉壁由三种材料所组成，其厚度和导热系数列于附表中。

厚度b 序 号 1（内层） 2 3 材 料 mm 耐火砖 绝缘砖 钢 200 100 6 导热系数 W/m2·℃ 1.07 0.14 45 若耐火砖层内表面的温度t1为1150℃，钢板外表面温度t4为30℃，计算导热的热通量。实际测得通过炉壁的热损失为300 W/m2，分析原因并计算附加热阻。 解：由多层平壁导热速率方程求导热的热通量，即

W/m2

计算结果的热通量大于实测的热损失，表明平壁间接触不良，有空气层存在，产生附加热阻，即

， ∴

m2·℃/W

2．直径为

60×3 mm的钢管用30 mm厚的软木包扎，其外又用100 mm厚的保温灰包扎，以作为绝

热层。现测得钢管外壁面温度为 —110℃，绝热层外表面温度10℃。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·℃），求每米管长的冷量损失量。

解：由圆筒壁的导热速率方程知

其中 r1 = 30 mm，r2 = 60 mm，r3 = 160 mm

∴

W/m

负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。

3．一套管式换热器管内流体的对流传热系数αi = 20 W/（m2·℃），管间流体的对流传热系数α0 = 350 W/（m2·℃）。若将管内和管间两种流体的对流传热系数分别提高一倍，总传热系数K分别相应增加多少？（管壁热阻及污垢热阻可忽略不计，管壁厚度按薄壁管处理）

解：原流动情况

m2·℃/W

K=18.92 W/ m2·℃

（1）管内对流传热系数增加一倍 = 2

= 2×20= 40 W/ m2·℃

K=35.9 W/ m2·℃

（35.9-18.92）/18.92 = 89.75%

（2）管外对流传热系数增加一倍

= 2×350 = 700 W/ m2·℃

K = 19.44 W/ m2·℃

（19.44-18.92）/18.92 = 2.75%

4．在列管式换热器中用水冷却油，水在管内流动。已知管内水侧对流传热系数（m·℃），管外油侧对流传热系数

2

22

有污垢形成，水侧的污垢热阻Rsi 为0.00026 （m·℃）/W，油侧的污垢热阻Rso 为0.000176 （m·℃）/W。若此换热器可按薄壁管处理，管壁导热热阻忽略不计。求： （1）产生污垢后热阻增加的百分数； （2）总传热系数K。 解：（1）产生污垢前的热阻

为 349 W/

2

为258 W/（m·℃）。换热器在使用一段时间后，管壁面两侧均

（m2·℃）/W

产生污垢后的热阻

（m2·℃）/W

（0.007177-0.00674）/0.00674 = 6.48% （2）总传热系数

W/（m2·℃）

5．在一间壁式换热器中，用裂化渣油来加热原油。裂化渣油的初温为300℃, 终温为200℃，原油的初温为25℃，终温为150℃, 分别求出并流与逆流操作时的对数平均温度差。 解：（1）并流 Δt1 = 300-25 = 275℃, Δt2 = 200-150 = 50℃ Δtm = (275-50) /ln (275/50) = 131.98℃ （2）逆流 Δt1 = 300-150 = 150℃, Δt2 = 200-25 = 175℃ Δtm = (175-150) /ln (175/150) = 162.8℃

6．在列管换热器中将某种液体从20℃加热到50℃。加热介质的进口温度为100℃，出口温度为60℃，分别求出该换热器中两流体呈逆流流动和并流流动时的对数平均温度差。 解：（1）逆流 Δt1 = 100-50 = 50℃, Δt2 = 60-20 = 40℃ Δtm = (50-40) /ln (50/40) = 44.8℃ （2）并流 Δt1 = 100-20 = 80℃, Δt2 = 60-50 = 10℃ Δtm = (80-10) /ln (80/10) = 33.66℃

7．在并流换热器中, 用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃, 油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃, 设油和水的流量、进口温度及物性均不变, 若原换热器的管长为1m, 求将此换热器的管长增加多少米才能满足要求。换热器的热损失可忽略。 解：原平均温度差 Δt1 = 150-15 = 135℃, Δt2 = 100-40 = 60℃ Δtm =（135-60）/ln（135/60）= 92.5℃ 由热量衡算 Q = WhCph（T1 - T2）= WcCpc（t2 - t1）

WhCph/WcCpc =（t2 - t1）/（T1 - T2）=（40-15）/（150-100）= 0.5

当油的温度降至80℃时, 由热量衡算得 Q = WhCph（150-80）= WcCpc（t2' -15）

或 WhCph/WcCpc =（t2'-15）/（150-80）= 0.5 解得 t2' = 50℃ 新的平均温度差，Δt1 = 150-15 = 135℃, Δt2 = 80-50 = 30℃， Δtm' =（135-30）/ln（135/30）= 69.8℃ 由传热速率方程可分别得

原换热器 WhCph（150-100）= KSΔtm = KnπdL（92.5） 新换热器 WhCph（150-80）= KS'Δtm = KnπdL'（69.8） ∴ L' =（70/50）×（92.5/69.8）×1 = 1.855 m ΔL = 1.855 – 1 = 0.855 m

8．两平行的大平板，放置在空气中相距为5 mm。一平板的黑度为0.1，温度为350 K；另一平板的黑度为0.01，温度为300 K。若将第一板加涂层，使其黑度变为0.025，计算由此引起辐射传热变化的百分率。（角系数与总辐射系数的计算式见附表）

解：传热的热通量

， ， ，

∴

W/m2

第一板加涂层后，

W/m2

辐射传热变化的百分率 （3.59 – 2.82）/3.59 = 21.45%

9．用热电偶测量管道中热空气流的温度。热电偶的读数为200℃, 管道内壁温度为100℃, 热电偶热端的黑度为0.8，由空气流至热端的对流传热系数为46.52W/（m2·℃）, 求空气的真实温度和以热电偶读数作为空气温度的测量误差。（角系数与总辐射系数的计算式见附表） 解：设空气的真实温度为t，热电偶的表面积为S

空气向热电偶对流传热 Q1 =αS（t-200）= 46.52S（t-200） 热电偶向管壁辐射传热 Q2 =εC0S[(T1/100)4- (T2/100)4]

= 0.8×5.67S{[（200+273）/100]4-[（100+273）/100]4} = 1392.45S

达到热平衡时 Q1=Q2， 46.52S（t-200）= 1392.45S ∴ t = 229.93 ℃

误差 δ=│200-229.93│/229.93 = 13 %

附表

10．某平壁厚度为0.37 m, 内表面温度t1为1650℃, 外表面温度t2为300℃, 平壁材料导热系数λ= 0.815 + 0.00076t（式中ｔ的单位为℃, λ的单位为W／(ｍ·℃）。若导热系数可取平均值计算时，求平壁的导热热通量。

解：平壁的平均温度为 tm =（t1 + t2）/2 =（1650 + 300）/2 = 975 ℃

λ= 0.815 + 0.00076t = 0.815 + 0.00076×975 = 1.556 W／(ｍ·℃)

导热热通量

W/m2

11．某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100 mm，其导热系数分别为0.9 W/（ｍ·℃）及0.7 W/（ｍ·℃）。待操作稳定后，测得炉壁的内表面温度为700℃, 外表面温度为130℃。为减少燃烧炉的热损失，在普通砖的外表面增加一层厚度为40 mm, 导热系数为0.06 W/（ｍ·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃, 外表面温度为90℃。设两层材料的导热系数不变。计算加保温层后炉壁的热损失比原来减少百分之几？

解：设单位面积炉壁的热损失为q（q = Q/S），加保温层前，是双层平壁的热传导

W/m2

加保温层后，是三层平壁的热传导

W/m2

热损失减少的百分数 （q1 – q2）/q1 =（2240 - 707）/2240 = 68.4%

12．外径为426 mm的蒸气管道, 其外包扎一层厚度为426 mm的保温层, 保温材料的导热系数可取为0.615 W／(ｍ·℃)。若蒸汽管道的外表面温度为177℃, 保温层的外表面温度为38℃, 求每米管长的热损失。 解：由已知 r2 = 0.426/2 = 0.213 m，r3 = 0.213 + 0.426 = 0.639 m

每米管长的热损失

W/m

13．在列管换热器中，水以1.2 m/s的速度流过内径为25 mm，长为5 m的管束。若管内壁平均温度为50℃，水的进口温度为20℃, 求水的出口温度。管壁对水的平均对流传热系数为4850 W／(ｍ2·℃)，热损失可忽略，水的密度取为1000 kg/m3，比热为4.187 kJ/(kg·℃)。 解：设水的出口温度为t2

换热器一根管子的传热面积 S =πdl = 3.14×0.025×5 流通截面积 A =πd2/4 = 3.14×0.0252/4

由热量衡算和对流传热速率方程得 Q = WcCpc(t2-t1) =αS[tW- (t1+t2)/2] 即 π/4×0.0252×1.2×1000×4.187×1000（t2-20)

= 4850×3.14×0.025×5[50-(20+t2)/2] 解得 t2 = 36.7 ℃

14．某列管换热器由Φ25×2.5 mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆流流动。已知管内侧空气的 αi为50 W／(ｍ2·℃), 管外侧的 α0为1000 W／(ｍ2·℃), 钢的 λ为45 W／(ｍ·℃)。求Ｋ及按平壁计的总传热系数。 解：基于管外表面积的总传热系数

K = 38.37 W／(ｍ2·℃) 按平壁计算时

， K = 47.62 W／(ｍ2·℃)

15．一单程列管式换热器, 由直径为Φ25×2.5 mm的钢管束组成。苯在换热器的管内流动, 流量为1.25 kg/s，由80℃冷却到30℃，冷却水在管间和苯呈逆流流动, 进口水温为20℃, 出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为1.70和0.85 kW／(ｍ2·℃)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为1.9 kJ/(kg·℃), 管壁材料的导热系数为45 W/(m·℃)。 解：由总传热速率方程式 Q = KOSOΔtm

式中 Q = WhCph（T1 – T2）= 1.25×1.9×103×（80 - 30）= 118.8 kW

kW／(ｍ2·℃)

℃

∴

m2

16．在一传热外表面积S0为300 m2的单程列管换热器中，300℃的某气体流过壳方被加热到420℃。另一种560℃的气体作为加热介质。两气体逆流流动，流量均为10000 kg/h，平均比热为1.05 kJ／（kg·℃）。求总传热系数K0。

解：换热器的传热量 Q = WcCpc（t2 – t1）=（10000/3600）×1050×（420 - 300） = 3.5×105 W 热气体出口温度 Q = WhCph（T1 – T2）

即 3.5×105 =（10000/3600）×1050×（560 – T2） 解得 T2 = 440 ℃

流体的平均温度差 ∵

＜2

∴

℃

W／(ｍ2·℃)

17．用平板法测定材料的导热系数，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板之间两侧均用热电偶测量其表面温度。所测固体的表面积为0.02 m2，材料的厚度为20 mm。现测得电流表的读数为2.8 Ａ，伏特计的读数为14 Ｖ，两侧温度分别为280℃和100℃，求该材料的导热系数。

解：平板的导热速率方程式

其中 Q = IV = 2.8×14 = 39.2 W

∴

W/（ｍ·℃）

在如图所示的平板导热系数测定装置中，试样直径d120mm，且由于试样厚度

b远小于直径d，可以忽略试样径向的热损失。由于安装不好，试样与冷、热表面之间均存在着一层厚度为0.1mm的空气隙。设热表面温度t1180C，冷表面温度t230C。测试时测得的传热速率Q58.2W。

空气隙在t1下的导热系数

t1Qd=120mm 13.780102W/(mK)，在t2下的导热系数22.675102W/(mK)。试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。（提示：不考虑空气隙计算得到的导热系数为表观值，考虑空气隙计算得到的导热系数为真实值，即要

计算）

解：由 QS得 t1t2 bQbt1t2SQbt1t24d258.2b180300.7850.12234.3067b

又由 Qt1t2S t1t2b1bb1bb2b21SS2S12b得

b11bb22t1t2SQb1

b2所以

t1t2SQ12

0.11030.11030.022765 223.780102.67510

2180300.7850.1258.243.9271b

所以

18 外径为50mm的不锈钢管，外包6mm厚的玻璃纤维保温层，其外再包20mm厚的石棉保温层，管外壁温为300C，保温层外壁温为35C，已知玻璃纤维和石棉的导热系数分别为0.07W/(mK)和0.3 W/(mK)，试求每米管长的热损失及玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。 解：

43.927134.30670.219021.90% 43.92712t1t3Q230035351.9W/m

r1621102r11Llnlnln2ln31r12r20.07500.362

Q2t1t2351.9W/m

r1Lln21r13.07128C 2所以 t2300351.9

19. 某液体在一直管内（忽略进口段的影响）稳定强制湍流流动，该管内径为20mm，测得其对流传热系数为，现将管内径改为27mm，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。

(1) 若液体的流速保持不变，试问管内对流传热系数有何变化？ (2) 若液体的质量流量保持不变，试问管内对流传热系数有何变化？ 知： d0.020m20mm d27mm 求：

2 10.8du解：(1) 由 u2u1，0.023d0.8d2dd得 202.811d1d2d1cp nd2d10.8202727200.80.9417

(2) 由 W2W1，WVuA

d1u得 u2A2u1A1，2 u1d22d2u20.8d2d1所以 21d1u10.8d2d1d 1d2d2d10.8d2u2du111.60.8d1d21.8d2d10.8d1d220.8

d1d2d1d220271.80.5826

20. 饱和温度为100C的水蒸汽，在外径为40mm、长度为2m的单根竖管 外表面上冷凝。管外壁温为94C。试求每小时的蒸汽冷凝量。

100C下水的汽化潜热r = 2258103 J/kg，97C下水的物性数据为：  = 0.682 W/(mK)， = 2.8210-4 Pas， = 958 kg/m3。

14rg解：由 o1.13

Ltstw2258109589.8070.6822得 o1.137465.4659W/mK 42.82102100943231423又由 QoStstwodoLtstwWr 得 WodoLtstwr7465.46590.04210094 3225810 4.9857103kg/s17.9484kg/h

21. 在管长为1m的冷却器中，用水冷却油。已知两流体作并流流动，油由420K冷却到370K，冷却水由285K加热到310K。欲用加长冷却管的办法，使油出口温度降至350K。若在两种情况下油、水的流量、物性、进口温度均不变，冷却器除管长外，其他尺寸也不变。试求加长后的管长。 知： l11m

T1420K

T2370K，T2350K

t1285K t2310K

求： l2

解：由 WhcphT1T2Wccpct2t1 得 Whcph420370Wccpc310285

285 Whcph420350Wccpct2所以

4203703102855025，

285285420350t270t228525 t2又由 tm70320K 50T1t1T2t2

lnT1t1T2t2得 tm11356092.49K 135ln6013530135350t269.81K

135135lnln350t230 tm2又由 QKStmKndltm 得

Q2l2tm2 Q1l1tm1l2Q2tm17092.491.8548 l1Q1tm25069.81所以

22. 在一内钢管为18010mm的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100C冷却到60C，其平均比热为2380J/(kgK)。环隙逆流走冷却水，其进出口温度分别为40C和50C，平均比热为4174 J/(kgK)。内管内外侧对流传热系数分别为2000W/(m2K)和3000W/(m2K)，钢的导热系数可取为45 W/(mK)。假定热损失和污垢热阻可以忽略。试求： (3) 冷却水用量；

(4) 基于内管外侧面积的总传热系数； (5) 对数平均温差； (6) 内管外侧传热面积。

解：(1) 由 WhcphT1T2Wccpct2t1 得 WcWhcphT1T2cpct2t135002380100607982kg/h

41745040(2) dmdodi180160169.80mm do180lnln160di11dobdo1 Koididmo 11800.0118011.1314103 200016045169.83000所以 Ko883.8571W/(m2K) (3) tm逆t2t1502032.75C t250lnln20t1(4)由 QKoStm逆WhcphT1T2 得 S

23. 在列管换热器中，用120C的饱和蒸汽将存放在常压贮槽中的温度为20C、比热为2.09kJ/(kgC)、质量为2104kg的重油进行加热。采用输油能力为6000kg/h的油泵，将油从贮槽送往换热器，经加热后再返回贮槽中，油循环流动。若要求经4h后油温升高至80C，试计算换热器的传热面积。设加热过程中K可取为350W/(m2C)，且在任何时刻槽内温度总是均匀一致的。

知： T120C

20C t180C t1cp2090J/(kgC)

t2WhcphT1T2Kotm逆35002380100603.1975m3 3600883.85732.75Tt1Tm210kg

4t1W6000kg/h6000kg/s 360043600s

K350W/(m2C)

求：S

解：在时刻， tmt2t1Tt2Tt1tttt1221 tTt2Tt2Tt1ln2lnlnlnt1Tt1Tt1Tt2t2t1 Tt1lnTt2又 Wcpt2t1KStmKS所以 WcpTt1KSKS，ln Tt1Tt2WcplnTt2KSWcp

Tt1eTt2，Tt2Tt1eKSWcp

t2TTt1eKSWcp

在d内， mcpdt1KStmdKSt2t1d Tt1lnTt2T所以 mcpdt1KSTt1eKSWcpKSWcpt1d

KSWcpeKSKSWcpTTt1eeKSWcpKSWcpt1d

KSKSWcWcep1Tep1t1d Wcp KSeWcp WcpeKSWcp1eKSWcpTt1d

所以

t1t1Wedt1Tt10mKSWcpKSWcp1eKSWcpd

WeTt1 lnmTt21eKSWcpWm11KSWcep 1e

1KSWcpmTt1 lnWTt21eKSWcp1mTt1 lnWTt21 eKSWcpTt1m1lnWTt21

KSlnWcpTt1m1lnWTt2

所以 SWcpKln1mTt11lnWTt2

600020903600ln35012104120201ln60001208043600360014.3526m2