11. 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( C )。

A. R1>(R2+R3) B. R1<(R2+R3) C. R1=(R2+R3) D. 无法比较

12. 在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为ｔ1、ｔ2，蛇管外有热流体稳定流过,借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T(T为热流体出口温度) ，如冷却蛇管长度增加一倍,其它条件不变,问出口水温ｔ2应( A )。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定

13.传热系数是物质传热能力的标志，一般情况下，金属的传热系数较大，非金属的传热系数较小。（ √ ）

14. 导热系数受哪些因素影响?现有建筑砖（ρ＝1800kg?m-3）和煤灰砖（ρ＝700 kg?m-3）两种材料，哪种保温性能好?

组成：纯物质的导热系数好; 结构：结构致紧、密度大的材料导热系数大; 温度：一般温度升高，导热系数减小。 煤灰砖的保温性能好。

15. 凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。( × )

16. 流体作层流流动时，摩擦系数λ只是Re的函数，而与管壁的粗糙度无关。 （ √ ） 17. 为了提高压强计的灵敏度以测量微小的压强差，可采用微差压强计。当其中的两指示液密度相差越大时，其灵敏度就越高。 （ × ）

18. 强化传热过程最有效的途径是增大传热面积，提高传热温度差。（ × ） 19. 在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较小（ ×) 20. 在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作，所需传热面积要小（ √ ） 21.用 108mm×4mm的管线每小时输送原油20t。原油密度为900kg/m3 ，粘度为70mPa·s。已知管线总长200km，管子最大许用压强为6.0Mpa（表压），试定量分析输送途中至少需要几个加压站？

20?103u??0.786m/s2先求原油的流速： 3600?900?0.785?0.1解

： Re?然后判断流型：

du???0.1?0.786?90070?103?1010＜2000

所以流动类型为滞流。 200km管路可产生的压降为

?pf32?lu32?70?103?200?103?0.786???35.3MPad20.1235.3n??5.83?6所需加压站的个数： 622.用泵将5℃的水从水池吸上，经换热器预热后打入某容器。已知泵的流量度1000kg/h,加热器的传热速率为11.6W，管路的散热率为2.09kw,泵的有效功率为1.2kw。设 池面与容器的高度不变，求水进入容器时的温度。

2 2’ 10m 04m 1 1’0’

分析：本系统对水提供能量的来源有二：泵和加热器。泵所提供的能量除使水的机械能增加外，其余部分则因克服流动阻力而转化为热能。这部分热能和加热器加入的热能，一部分散失到环境中，一部分被水吸收转化为内能使水温升高。如果设法求出水的内能增加值，该问题就迎刃而解。 解：方法一

(1)水的内能增加值

如图,以0-0'面为基准面，列1-1’.2-2’截面间的柏努利方程式，以表压计。

式中U1、U2 ——截面１，２水的内能，J/Kg ； Q——加热器加入的热量，J/Kg。 已知 u1?u2?o

2puu1Z1g???We?Q?U1?gZ2?2?2?U2?2?22p1p1?p2?0Z1??4mZ2?10m将其代入上式， 整理得

U2?U1?g(Z1?Z2)?We?Q传热速率：

Q?11.6?2.09?9.51kW9.51?103?3600

Q??3.42?104J/kg1000

1.2?103?3600泵对水加入的能量： We??4.32?104J/kg1000

水的内能增加值：

?U?9.81?(?4?10)?4.32?103?3.42?104?3.84?104J/kg?38.4kJ/kg（２）水温 取水的比热容为 ，则水进入容器时的温度为 44.19kJ/(kg??C)t?5?3.84?10?14.2?C34.19?10（一）作业

1某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火砖和一层200 mm厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测得炉的内表面温度为1500 ℃，外表面温度为100 ℃，试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为?1?0.8?0.0006t，绝缘砖的导热系数为

?2?0.3?0.0003t，W/(m??C)。两式中的t可分别取为各层材料的平均温度。

解：此为两层平壁的热传导问题，稳态导热时，通过各层平壁截面的传热速率相等，即 Q1?Q2?Q （5-32） 或 Q??1St?tt1?t2 ??2S23 （5-32a）

b1b2式中 ?1?0.8?0.0006t?0.8?0.0006?1500?t?1.25?0.0003t

2 ?2?0.3?0.0003t?0.3?0.0003?100?t?0.315?0.00015t

2代入λ1、λ2得

(1.25?0.0003t)1500?t?(0.315?0.00015t)t?100

0.40.2解之得

t?t2?977?C

?1?1.25?0.0003t??1.25?0.0003?977?W?m??C??1.543W?m??C?

则 QS??1?t1?t?b1?1.543?1500?977Wm2?2017Wm2

0.4 2 外径为159 mm的钢管，其外依次包扎A、B两层保温材料，A层保温材料的厚度为50 mm，导热系数为0.1 W /(m·℃)，B层保温材料的厚度为100 mm，导热系数为1.0 W /(m·℃)，设A的内层温度和B的外层温度分别为170 ℃和40 ℃，试求每米管长的热损失；若将两层材料互换并假设温度不变，每米管长的热损失又为多少？

解：

QL?t1?t2rr11ln2?ln32??1r12??2r2?2?3.14??170?40?Wm?150Wm1159?2?501159?2??50?100?ln?ln0.11591.0159?100t1?t2rr11ln2?ln32??1r12??2r2

A、B两层互换位置后，热损失为

QL??2?3.14??170?40?Wm?131.5Wm159?2??50?100?1159?2?501ln?ln1.01590.1159?100

3 在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为Φ25 mm×2.5 mm的钢管，其导热系数为45 W/(m·℃)。冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600 W/(m2·℃)，热空气在壳程流

2

动，其对流传热系数为52 W/(m·℃)。试求基于管外表面积的总传热系数K，以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。 解：由Ko?查得钢的导热系数 ??45W?m2??C?

b?2.5mm do?25mm di??25?2?2.5?mm?20mm 25?20mm?22.5mm 21 Ko?W?m2??C??50.6W?m2??C?

10.0025?0.0250.025??5245?0.02252600?0.02壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为

1 ?o?100%?Ko?100%?50.6?100%?97.3%

1?o52Ko1 do1bdo???o?dm?idi dm?管程对流传热热阻占总热阻的百分数为

do ?idi?100%?Kodo?100%?50.6?0.025?100%?2.4%

1?idi2600?0.02Ko管壁热阻占总热阻的百分数为

bdobdK?dm0.0025?0.025?50.6 ?100%?oo?100%??100%?0.3%

1?dm45?0.0225Ko4.在一传热面积为40 m2的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h，其温度由22 ℃升高到36 ℃。溶液温度由115 ℃降至55 ℃。若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40 ℃，试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174 kJ/(kg·℃)；（2）两种情况下，?i、?o分别相同；（3）忽略壁面热阻和热损失。 解：求清洗前总传热系数K

?tm??115?36???55?22??C?52.7?C

115?36ln55?22Q30000?4.174?103??36?22? K??W?m2??C??231W?m2??C? S?tm3600?40?52.7求清洗后传热系数K? 由热量衡算

WhCp,h(T1?T2)?WcCp,c(t2?t1)

??t1) WhCp,h(T1?T2?)?WcCp,c(t2 T2??T1? ?T1?WcCp,cWhCp,h??t1) (t2T1?T2115?55??t2??t1?????115?40?22?C?37.9?C ??t2?t136?22???115?40???37.9?22??C?38.1?C ?tm??115?40ln37.9?2230000?4.174?103??40?22? K?W?m2??C??410.8W?m2??C?

3600?40?38.1 清洗前两侧的总传热热阻

11?11?2?32 ?RS??????m??CW?1.9?10m??CW

KK??231410.8?

5．在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000 kg/h，其初始温度为30 ℃，平均比热容为4.174 kJ/（kg·℃）。有机溶剂的流量为14 000 kg/h，温度由180 ℃降至120 ℃，平均比热容为1.72 kJ/（kg·℃）。设换热器的总传热系数为500 W/(m2·℃)，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。

6解： Q?Wcph?T1?T2??14000?1.72??180?120?kJh?1.4448?10kJh?401.3kW

冷却水的出口温度为

?1.4448?106?Q?t2??t1???30?C?64.61?C ??Wccpc?10000?4.174?逆流时

?tm??180?64.61???120?30??C?ln180?64.61120?3025.39?C?102.2?C 115.39ln90S逆并流时

Q401.3?1032??m?7.854m2 K?tm500?102.2?tm??120?64.61???180?30??C?ln120?64.61180?3094.61?C?94.97?C 55.39ln150S逆Q401.3?1032??m?8.452m2 K?tm500?94.97

6.在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程内流动，进口温度为30 ℃，出口温度为65 ℃。油在管程流动，进口温度为120 ℃。出口温度为75 ℃，试求其传热平均温度差。 解：先求逆流时平均温度差

油 120 → 75 水 65 30 ?t 55 45

?t???t2??t1?55?45?C?49.8?C

m?t55lnln245?t1计算P及R

t2?t165?30??0.389 T1?t1120?30T?T2120?75 R?1??1.286

t2?t165?30 P?查图5-11（a）得

?Δt?0.875

??0.875?49.8?C?43.6?C ?tm??Δt?tm