度以及保温层中温度分布。

7 φ60mm×3mm铝合金管（热导率按钢管选取），外包一层厚30mm石棉后，又包一层30mm软木。石棉和软木的热导率分别为0.16W/（m2·℃）和0.04W/（m2·℃）。又已知管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃，求每米管长所损失的冷量。若将两保温材料互换，互换后假设石棉外侧的温度仍为10℃不变，则此时每米管长上损失的冷量为多少？

8 空心球内半径为r1、温度为ti，外半径为r0、温度为t0，且ti＞t0，球壁的热导率为λ。试推导空心球壁的导热关系式。

9 在预热器内将压强为101.3kPa的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m，直径为φ86mm×1.5mm的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm。空气通过管间最狭处的流速为8m/s。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数。

10 在长为3m，内径为53mm的管内加热香蕉浆。香蕉浆的质量流速为172kg/（s·m2）。若香蕉浆在定性温度下的物性数据如下：

S；??0.692w/m·K；cp?3.865kJ/（kg·℃）。 ??890?10?5Pa·

试求香蕉浆对管壁的对流传热系数。

11 有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm的无缝钢管组成。果汁在管内流动，由20℃被加热至80℃，果汁的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对果汁的传热系数。当果汁的流量提高一倍时，传热系数有何变化。

12 热空气在冷却管管外流过，2=90W/(m2·℃)，冷却水在管内流过，

2

℃）。冷却管外径1=1000W/（m·

do=16mm，壁厚b=1.5mm，管壁的λ=40W/（m2·℃）。试求：

①总传热系数Ko；

②管外对流传热系数2增加一倍，总传热系数有何变化？ ③管内对流传热系数1增加一倍，总传热系数有何变化？

13 有一套管换热器，内管为φ25mm×1mm，外管为φ38mm×1.5mm。冷水在环隙内流过，用以冷却内管中的高温气体，水的流速为0.3m/s，水的入口温度为20℃，出口温度为40℃。试求环隙内水的对流传热系数。

14 有一不锈钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的糖浆在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。糖浆的对流传热系数h=230W/（m2·K），水的对流传热系数c=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。

22 某无相变的流体，通过内径为50mm的圆形直管时的对流传热系数为120W/(m2·℃)，流体的Re=2×104。假如改用周长与圆管相等，高与宽之比等于1∶2的矩形管，而流体的流速增加0.5倍，试问对流传热系数有何变化？

15 某食品厂用冷水冷却奶油。冷却器为φ14mm×8mm钢管组成的排管，水平浸于一很大的冷水槽中，冷水由槽下部进入，上部溢出，通过槽的流速很小。设冷水的平均温度为42.5℃，钢管外壁温度为56℃，试求冷水的对流传热系数。

16 室内有二根表面温度相同的蒸气管，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）=108。两水平管单位时间、单位面积的热损失的比值为多少？

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17 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。铜管坚直放置，管外壁的温度维持96℃，试求每小时冷凝的蒸气量。若将管子水平放，冷凝的蒸气量又为多少？

18有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数1=50W/（m2·K）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数2=2000W/（m2·K），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；②传热速率Q'比原来增加了多少？

19 在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中，用热油加热冷水。热油的流量为2.85kg/s，进口温度为110℃；水的流量为0.667kg/s，进口温度为35℃。热油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg·℃)及4.18 kJ/(kg·℃)。换热器的总传热系数为320W/(m2·℃)试求水的出口温度及传热量。

20 求直径d=70mm、长L=3m的钢管（其表面温度t1=227℃）的辐射热损失。假定此管被置于：（1）很大的红砖里，砖壁温度t2=27℃；（2）截面为0.3m×0.3m的砖槽里，t2=27℃，两端面的辐射损失可以忽略不计。

21 用175℃的热油将300kg/h的果汁由25℃加热至90℃，已知热油的比热容为2.61kJ/（kg·℃），其流量为360kg/h，今有以下两个换热器，传热面积为0.8m2。

换热器1：K1=625 W/(m2·℃)，单壳程双管程。 换热器2：K2=500 W/(m2·℃)，单壳程单管程。 为满足所需的传热量应选用那一个换热器。

22 在一套管换热器中，用冷却水将1.25kg/s的蔗糖溶液由350K冷却至300K，冷却水在φ25mm×2.5mm的管内中流动，其进出口温度分别为290K和320K。已知水和蔗糖溶液的对流传热系数分别为0.85 kW/(m2·℃)和2.7 kW/(m2·℃)，又两侧污垢热阻忽略不计，试求所需的管长和冷却水消耗量。

23 在一列管换热器中，用初温为30℃的水将橘汁由120℃冷却到70℃，已知橘汁和水的流

44量分别为1×10（kg/h）和1.4×10（kg/h）。比热容分别为0.52（kcal/kg·℃）和0.46（kcal/kg·℃），

传热系数K=100（kcal/m2·h·℃）试分别计算并流和逆流时换热器所需的传热面积。 24 在并流换热器中，用水冷却奶油。水的进出口温度分别为15℃和40℃，奶油的进出口温度分别为120℃和100℃。现因生产任务要求奶油的出口温度降至80℃，设奶油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m，试求将此换热器的管长增至多少米才能满足要求？设换热器的热损失可忽略。

25 一传热面积为15m2的列管换热器，壳程用110℃饱和水蒸气将管程某溶液由20℃加热至80℃，溶液的处理量为2.5×104kg/h，比热容为4kJ/（kg·℃），试求此操作条件下的总传热系数。又该换热器使用一年后，由于污垢热阻增加，溶液出口温度降至72℃，若要出口温度仍为80℃，加热蒸气温度至少要多高？

26 用20.26kPa（表压）的饱和水蒸气将20℃的水预热至80℃，水在列管换热器管程以0.6m/s的流速流过，管子的尺寸为φ25mm×2.5mm。水蒸气冷凝的对流传热系数为104W/(m2·℃)，水侧污垢热阻为6×10-4(m2·℃)/W，蒸气侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求：

（1）此换热器的总传热系数；

（2）设备操作一年后，由于水垢积累，换热能力下降，出口温度只能升至70℃，试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。

27 今欲于下列换热器中，将某种溶液从20℃加热到50℃。加热剂进口温度为100℃，出口

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温度为60℃。试求各种情况下的平均温度差。

（1）单壳程，双管程 （2）双壳程，四管程

28 有一单壳程双管程列管换热器，管外用120℃饱和蒸气加热，干空气以12m/s的流速在管内流过，管径为φ38mm×2.5mm，总管数为200根，已知总传热系数为150 W/（m2·℃），空气进口温度为26℃，要求空气出口温度为86℃，试求：

（1）该换热器的管长应多少？

（2）若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为φ54×2mm，总管数减少20%，此时的出口温度为多少？（不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失） 。

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第七章 制冷与食品冷冻

一、名词解释 1 制冷

2 单位制冷量 3 制冷剂

4 制冷剂循环量 5 制冷系数 6 干耗 二、填空

1 ( )是可以冻结成冰晶的水分，而( )与固形物结合在一起，冷冻时很难冻结成冰晶。 2 食品冷冻分为( )和( )两种形式。其中( )可使食品长期贮藏。

3 水冻结成冰的一般过程是( )，而后由于体系达到了热力学的( )条件，水将在冻结温度下形成冰晶体。

4 根据对冷冻介质与食品接触的基本方式，冷冻过程包含( )和( )两个过程。

5 食品经冻结后再解冻，其组织中的冰晶体将融化成水，它不易( )，这部分水将( )。食品组织中水分重新分配的量越多，则( )。 三、简答

1 常用的制冷方式有哪些？各有什么特点？ 2 简述逆卡诺循环。

3 简述冻结过程中食品温度的分布特点。 4 简述水与食品的冻结过程。 5 分析冻结对食品品质的影响。 6 分析比较食品冻结的方法。 7 举例说明常见食品的冻结设备 四、计算

1已知一食品的含水率为78%，冻结后固体成分和冰的质量分数为0.22、0.65，其密度分别为1010、920，试估算该食品冻结后热导率、比热容和热扩散率的值。

2已知某食品含水82%，初始冻结点为－1.2℃，冻结完成时温度为－10℃，试估算该食品中未冻结水分的质量分数。

3某球状食品的直径为0.05 m，密度为1030 kg/m3，水分质量分数为0.68。现需在隧道式送风冻结器中经－23℃的冷空气冻结，食品开始冻结时的温度已经被冷却至冻结点－1.8℃，食品的融化热为220 kJ/kg，冻结后食品的热导率为1.08 W/(m·K)，冻结时对流传热系数为65 W/(m2·K)。试分别计算将该食品冻结至平均温度达－12℃时和中心温度达－6℃时的冷冻时间。

4 含水75%，长、宽、厚分别为1m、0.5m、0.3m的牛肉块状食品在冷冻器中被－30℃的冷空气冻结。表面对流传热系数为40 W/(m2·K)，牛肉初始温度为－1.8℃，牛肉冻结后的热导率为1.5 W/(m·K)，密度980 kg/m3，计算将牛肉冻结到－10℃时所需时间。

5 5cm厚的牛肉胴体在－30℃的冷冻间里被冻结。产品含水73%，密度970，冻牛肉热导率为1.1 W/(m·K)，初始冻结点为－1.75℃，冻结前后的焓差为250 kJ/kg，表面传热系数为50 W/(m2·K)，试用Plank方程式估计其冻结时间。 6 某冷冻食品加工厂需在16h内冻结10t猪肉半胴体。猪肉水分质量分数w = 0.72，初始冻

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