第四章 传热
【学生自测题】
一、填空或选择
1. 多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 。
2. 一定质量的流体在f25×2.5mm的直管内，作强制的湍流流动，其对流传热系数ai=1000W/m2·℃，如果流量和物性不变，改在f19×2mm的直管内流动，其ai为 W/m2·℃。
A．1259； B．1496； C．1585； D．1678。
3. 水与苯通过间壁换热器进行换热。水从20℃升至30℃，苯由80℃降至40℃，则最小值流体为 ，此换热器的传热效率e=____ 。
4. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_________ 。
5. 有一套管换热器，在内管中空气从46℃被加热到50℃，环隙内有119.6℃的水蒸气冷凝，管壁温度接近___ ℃。
A．35； B．119.6℃ ； C．77.3 。
6. 对膜状冷凝传热，冷凝液膜两侧温差愈大，冷凝传热系数愈____ 。
7. 在列管换热器中饱和蒸气加热空气，有：甲）传热管的壁稳接近加热蒸气温度； 乙）换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。则：
A．甲乙均合理； B．甲乙均无理； C．甲合理，乙无理； D．甲无理，乙合理。
8. 在蒸气冷凝传热中，不凝气体的存在对a的影响是______ 。
A．不凝气体的存在会使a大大降低； B．不凝气体的存在会使a升高；
C．不凝气体的存在对a无影响。
9. 对在蒸气-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上可行的是____ 。
A．提高空气流速； B．提高蒸气流速； C．采用过热蒸气以提高蒸气流速；
D．在蒸气一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。
10. 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差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相比，应该____ 。
A．增大； B．变小； C．不变； D．不确定。
11. 327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的____倍。
12. 物体黑度是指在___温度下，物体的___与_____ 之比，在数值上它与同一温度下物体的_____相等。
13. 在卧式列管换热器中用饱和水蒸气冷凝加热原油，则原油宜在___流动，总传热系数接近 的对流传热系数值，传热壁面的温度接近于___温度。
14. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板，以提高___程流速。设置隔板以提高____程流速，以达到强化传热的目的。管程流速的选取，对一般液体取___，气体取____，如果该换热器用水蒸气冷凝来加热原油，那么水蒸气应在____流动。
15. 斯蒂芬─波尔茨曼定律的数学表达式是____ ，该式表明____ 。
二、计算题
1. 有一套管换热器，长为6m内管内径为38mm。环隙间用110℃的饱和水蒸气加热管内湍流的空气（Re>104）。空气由25℃被加热到60℃。若将内管改为f25×2.5mm，而长度仍为6m，试计算能否完成传热任务。若欲维持气体出口温度，定性分析可采取的措施（计算时可作合理简化）。
2. 设计由f25×2mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。平均比热为4187J/kg·℃的溶液在管内作湍流流动，流量为15000kg/h，并由15℃加热到100℃。温度为110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数为ai=520W/m2·℃，蒸气冷凝时的对流传热系数ao=1.16×104W/m2·℃，不锈钢管的导热系数l=17W/m ·℃，忽略污垢热阻和热损失，试求：
（1）管程为单程时的列管有效长度；
（2）管程为四程时的列管有效长度（仍为136根）。
3. 有一单程列管式换热器，内装有f25×2.5mm的钢管300根，管长为2m。要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸气在壳方冷凝加热。若蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为Cp =1kJ/kg·K，l=2.85×10-2W/m·K，m=1.98×10-5Pa·s，Pr=0.7。试求：
（1）空气在管内的对流传热系数；
（2）换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）；
（3）通过计算说明该换热器能否满足需要；
（4）计算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度。
4. 有一传热面积为3 m2由f25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为10℃的水将机油由200℃冷却到100℃，水走管内，油走管间。已知水和油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h，比热分别为4.18kJ/kg.K和2.0kJ/kg·K，水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2·K和250W/m2·K，两流体呈逆流流动，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。试求：
（1）通过计算说明该换热器能否合用；
（2）夏天，当水的初温达30℃时，该换热器能否合用？如何解决？（假设传热系数及水的比热不变）。
5. 有一传热面积为20m2换热器，用温度为20℃，流量为13200kg/h的冷却水，冷却进口温度为110℃的醋酸，两流体呈逆流流动。换热器刚投入使用时，冷却水出口温度为45℃，醋酸出口温度为40℃，运转一段时间后，冷热流体流量、进口温度不变，冷却水出口温度降到38℃，水比热为4.2kJ/kg·℃，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。试求：传热系数下降的百分率。
6. 有一列管换热器由f25×2.5mm的120 根钢管组成。110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝以加热在管内作湍流流动的某液体，且冷凝水在饱和温度下排出。已知液体平均比热为4.187 kJ/kg·℃，由15℃加热到90℃。管内对流传热系数为ai=800W/m2·℃，蒸气冷凝的对流传热系数ao=1.1×104W/m2·℃，忽略污垢热阻、壁阻和热损失，每小时收集冷凝水2100kg，在饱和温度下蒸气冷凝潜热g=2232kJ/kg，试求：
（1）每小时可处理的液体量；
（2）管程单程时的列管有效长度；
（3）其它条件均保持不变，将120根钢管改为两管程，列管有效长度为多少。
7. 有一壁厚10mm为的钢制平壁容器，内盛80℃的恒温热水，水对内壁面的对流传热系数为240W/m2·℃。现在容器外表面覆盖一层导热系数为0.16W/m2·℃、厚度为50mm的保温材料，保温层外为的空气所包围，外壁对空气的联合传热系数为10W/m2·℃，试求：
（1）每小时所损失的热量kJ/h·m2；
（2）容器的内表面温度TW。（钢材的导热系数为45W/m2·℃）。
