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(1<(2<(3，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(其表达式为(((dQ= -(((。
(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·℃） ，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。
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20℃升至80℃，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 1.149 B 1.74 C 2 D 不定
3 一定流量的液体在一(25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数(i=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一(19×2mm的直管，则其(将变为 D 。
A 1259 B 1496 C 1585 D 1678
4 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
5 在蒸气—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50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该＿B＿。
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%，原料液沸点进料，加热蒸汽的温度为96.2℃，有效传热温差为11.2℃，二次蒸气的温度为75.4℃，则溶液的沸点升高为 D ℃。
A 11.2 B 20.8 C 85 D 9.6
8 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用＿B＿流程。
A 并流加料 B 逆流加料 C 平流加料 D 双效三体并流加料
三、计算
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： 球体半径，m； 球体表面的恒定温度，℃； 每单位球体体积在单位时间内所产生热量，； 球体材料的导热系数，。
解： 球体积 ， 球表面积
根据傅立叶热传导公式：
所以
积分上式得：
2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为(25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s、温度为72℃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/(m2·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg·℃)]
解： （1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1；
由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，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：
又 ， ，
则
单管内水的流量为：
每程所需管子数为：
取每程管子数为20， 则每程所能提供的传热外表面积为：
(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。
由题给数据，
则任务所需的传热外表面积为：
换热管总根数为：
取
换热器的管程数。
由题意管程数为：
3 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℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，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38℃，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？（3）若使冷却水加大一倍，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？（(水>>(空气）（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？
解： 使用初期 使用一年后
110℃ 40℃ 110℃
45℃ 20℃ 38℃ 20℃
（1）空气出口温度
题意可得：使用初期 （1）
使用一年后 （2）
两式相比（2）/（1），得
则：=59.6℃
（2）总传热系数
方程(2)式/(1)式，得： 故
（3）冷热流体的出口温度
一年后 （3）
（4）
方程（4）式/（3），得：
整理前半式的方程 （5）
又因 ，， 故
由等比定理
则
整理得， （6）
联立（5）和（6），可得： ，
（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？
则
4 有一蒸汽加热器，热方：为饱和蒸汽冷凝，T=100℃；冷方：为生垢液体升温，，。
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？
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 维持不变时：
清洗前传热量 （1）
清洗后传热量 （2）
（1）式与（2）式比较得：
清洗前后总热阻的差值是污垢热阻
所以 %
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。只有调节饱和蒸汽的温度来增加，使其满足热负荷的要求。
假设垢层热阻的增加，使其换热量减少一半，（换热量再减少即不能操作），这时蒸汽的温度提高到160℃即可满足要求。
假设垢层的生成，其传热面积的变化忽略不计，而传热系数下降一半，则推动力 增加一倍，这样即可满足其换热器的热负荷不变。
5有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数为1100，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数为5800。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢 ；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005
解：忽略管壁热阻，并假设壁温为
当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：
则
同理
则
由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。
6 流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由150℃降至80℃；壳程冷却用水，进口温度为15℃，出口温度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为1.02kJ/kg·℃，水的比热为4.17kJ/kg·℃，不计温度变化对比热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4）此时的冷却水用量为多少？
解：（1）冷却水用量；
（2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？
原情况 (1)
新情况 (2)
因 ， ， 换热器与气体的情况未变，
则 ， 故
则 ， （<2， 则用算术平均值合适）
对新情况下的热量进行衡算，
故
7在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/(kg·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃)，换热管内侧污垢热阻为4×10－4m2·℃/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为(54×2mm的钢管，有效长度为12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg）；（2）管内苯的对流传热系数(i；（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。
解：（1）饱和蒸汽流量；
（2）管内苯的对流传热系数(i；
整理得 （1）
（2）
（3）苯的流量增加50%，苯的出口温度为若干
将其代入（2）式得
代入（1）式得
解得
（4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。
将管子加长， 由（1）式得
提高加热蒸气压强（温度）
解得
8 一废热锅炉，由(25×2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227℃，管内走合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧(i=300W/m2·K，水侧(o=10000W/m2·K，钢的导热系数为45W/m·K，若忽略污垢热阻，试求：
(1)以内壁面为基准的总传热系数Ki;
(2)单位面积上的热负荷q(W/m2);
(3)管内壁温度TW及管外壁温度Ti;
(4)试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达500℃左右仍可使用钢管做换热管。
解：（1）Ki
所以
（2）q
（3）管内壁温度TW 及 管外壁温度Ti
因为
由上述方程可解出 ，
（4）由计算结果可知，钢管的内外壁温度接近水侧沸腾的温度，即接近于热阻小的一侧流体的温度。尽管废热锅炉中转化气温度高达500℃左右，而钢管的温度小于238℃，故仍可在此高温下使用钢管做换热管。
9 水以一定流速在直管中作湍流流动，若管壁温度不变为350K，水的进出口温度分别为290K及295K，若水的流速增加一倍，则水的出口温度变为多大？
解：求 =2， =？
以知 ， ， ， 水湍流流动，需对水侧作热量恒算可求。一般情况，水的进出口温差小于10℃，那么温度对物性参数影响较小，因此可以认为水的物性参数保持不变。
由题意知，
流速改变前： （1）
流速改变后： （2）
流速改变前 流速改变后
350K 350K 350K 350K
290K 295K 290K
则
又 （3）
因物性参数不变，则：
（4）
（1）/（2），并将各参数带入，可得：
10 现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从420K降到370K，水进口温度为285K，出口温度为310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍（其它尺寸不变），求油及水的出口温度。
解： 420K 370K
310K 285K
对体系进行热量恒算，
所以， （1）
（2）
冷却器长度增加一倍后，
420K T2
t2 285K
假设：
则
所以， （3）
（4）
（1）=（3） 1.95= （5）
（2）=（4） 3.9= （6）
解（5）和（6）方程，得： T2 =341.74K t2 =324.13K
<2， 则用算术平均值合适。
11某工厂有一台列管式换热器，每小时将一定量的气体从80℃冷到60℃，冷却水温度由20℃升到30℃，气体在管内流过，冷却水在管外与气体成逆流。经核算，该换热器的传热系数，现生产需要气体出口温度更低，有人提出将一结构及大小与已用一台完全一样的换热器并联使用，气体量与原一台时相同，只是分成相等的两股送入，冷却水进出每个换热器的温度仍与原来的一样。试计算：（1）此时气体的出口温度为多少？（2）两台换热器应如何安排才能把气体冷却到更低的温度？
设：气体处理量与冷却水进出口温度都不变，忽略管壁与冷却水热阻，气体温度改变引起的物性改变也忽略不计。
解：一台换热器情况：
所以
又因
气体放出的热量与冷却水得到的热量相等，所以：
即 （1）
两台相同换热器并联使用
由于管间为水，管内为气体， 故有 气膜控制
又
所以
故
（2）
联立（1）式和（2）式解得：
两台相同换热器串联使用时
（3）
联立（1）式和（3）式解得：
因此两台串联使用可使气体出口温度降低到更低。
12 某车间需要安装一台换热器，将流量为30m3/h、浓度为10%的NaOH水溶液由20℃预热到60。加热剂为127℃的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为φ25×2mm；长度为3m；总管数72根。试问库存的换热器能否满足传热任务？ 操作条件下，NaOH溶液的物性参数为
钢的导热系数
污垢热阻总和
解：对库存换热器进行传热能力核算
其中
蒸汽冷凝宜走壳程，NaOH水溶液走管程。
求管内NaOH水溶液一侧的
换热器的传热速率
该换热器的热负荷
因为 所以库存的换热器能够完成传热任务。
另一种解法：
由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为：
同上，换热器的热负荷
，
故
该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为：
因为 所以 库存的换热器能够完成传热任务。
13热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为钢管，导热系数。冷水在管内湍流流动，给热系数，热气在环隙中湍流流动，给热系数。不计垢层热阻，试求：
管壁热阻占总热阻的百分数；
内管中冷水流速提高一倍，总传热系数有何变化？
内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？
解： （1）
=
=
总热阻 W
管壁热阻
=
管壁热阻分率为
（2）
增加
（3）
增加
由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，强化传热，应在小处着手。
15 的无缝钢管，内通过表压为0.2Mpa的饱和蒸汽。管外包30mm厚的保温层，该管设置于温度的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数，保温层外表面与大气的给热系数。求蒸汽流经每米管长的冷凝量W及保温层外表面的温度
解： 每米管长的冷凝量W
，
不计管壁热阻
=
=1.65
查（表）下，饱和蒸汽，
=
=
16一内径的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度，外壁外面用100热水加热。钢壳的导热系数，热水对外壁的给热系数500，试计算钢壳厚度是多少mm时传热速率达最大值？最大传热速率是多少？
解： 对于所传热量有
其中，， ， （推导而得）
当R最小时必有
当 时
得
