第四章 传热
4-1 根据传热机理的不同，有哪三种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？
答：根据传热机理的不同，热的传递有三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。
热传导（简称导热）：热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程。在固体、液体和气体中都可以发生。
对流传热：由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，只能发生在有流体流动的场合。
热辐射：因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。 4-2 傅立叶定律Q???Adt中的负号表示什么意思？ d?答：热量传递的方向沿着温度梯度下降的方向。
4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？ 答：一般固体>液体>气体
4-4 纯金属与其合计比较，热导率哪个大？ 答：纯金属大于合金
4-5 非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关？
答：密度小，则所含的空气越多，气体的导热系数低于固体。
4-6 在厚度相同的两层平壁中的热传导，有一层的温度差较大，另一层较小。哪一层热阻大。 答：温差大的热阻大，热导率低。
4-7 在平壁热传导中，可以计算平壁总面积A的导热速率Q，也可以计算单位面积的导热速率（即热流密度q?Q）。而圆筒壁热传导中，可以计算圆筒壁内、外平均面积的导热速率Q，也可以计算单位圆周长A度的壁面导热速率ql，为什么不能计算热流密度？
答：圆筒壁的传热面积和热流密度不再是常量，但传热速率在稳态时是常量
4-8 输送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料的先后次序，
2?l?t1?t4?其保温效果是否改变？若被保温的不是圆管而是平壁，保温材料的先后顺序对保温效果是否有影响？
Q?答：圆筒壁： 1 r2 1 r 1 r 有影响
ln?ln3?ln4 ?1r1?2r2?3r3平壁Q??t?t1?t?t?2?3?3 没有影响 b1b2b3Ri?1A?2A?3A?i?1?4-9 对流传热速率方程 Q ? A ? t 中的对流传热系数α与哪些因素有关 答：流动状态（气、液、蒸汽）、流体的性质（热导率、热容、粘度、密度）、壁面形状等
[流体有无相变化、流体流动的原因、流动状态、流动物性和壁面情况（换热器结构）等都影响对流传热系数。]
4-10 流体在圆管内强制对流时对流换热系数α的计算式中，Pr的指数n由什么决定？流体在管内的流速及管径对α的影响有多大？管长、弯管的曲率对管内对流传热有何影响？
答：被加热n=0.4;被冷却n=0.3 ??d?1.8
在传热管的长度小于进口段以前，管子愈短，则边界层愈薄，?就愈大。曲率越大，?就愈大。 4-11 水的对流传热系数一般比空气大，为什么？ 答：按照强制对流公式???0.6~0.7??0.4~?0.5
4-12 为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？由于壁面不容易形成滴状冷凝，蒸汽冷凝多为膜状冷凝。影响膜状冷凝的因素有哪些？
答：在滴状冷凝过程中，壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中，在这些部位没有液膜阻碍着热流，故滴状冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。
影响膜状冷凝的因素有：
（1）冷凝液膜两侧的温度差当液膜呈滞流流动时，若温度差加大，则蒸汽冷凝速率增加，因而液膜层厚度增加，使冷凝传热系数降低。
（2）流体物性由膜状冷凝传热系数计算式可知，液膜的密度、粘度及导热系数，蒸汽的冷凝潜热，都影响冷凝传热系数。
（3）蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度运动时，和液膜间产生一定的摩擦力，若蒸汽和液膜同向流动，则摩擦力将是液膜加速，厚度减薄，使传热系数增大；若逆向流动，则相反。但这种力若超过液膜重力，液膜会被蒸汽吹离壁面，此时随蒸汽流速的增加，对流传热系数急剧增大。
（4）蒸汽中不凝气体含量的影响若蒸汽中含有空气或其它不凝性气体，则壁面可能为气体（导热系数很小）层所遮盖，增加了一层附加热阻，使对流传热系数急剧下降。因此在冷凝器的设计和操作中，都必须考虑排除不凝气。含有大量不凝气的蒸汽冷凝设备称为冷却冷凝器，其计算方法需参考有关资料。
（5）冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多，则液膜增厚，使传热系数下降，故在设计和安装冷凝器时，应正确安放冷凝壁面。例如，对于管束，冷凝液面从上面各排流到下面各排，使液膜逐渐增厚，因此下面管子的传热系数比上排的要低。为了减薄下面管排上液膜的厚度，一般需减少垂直列上的管子数目，或把管子的排列旋转一定的角度，使冷凝液沿下一根管子的切向流过， 4-13 液体沸腾的两个基本条件是什么？
答：一是液体的温度要达到沸点,二是需要从外部吸热。
4-14 为什么核状沸腾的对流传热系数比膜状沸腾的传热系数大？影响核状沸腾的因素主要有哪些？ 答：核状沸腾，气泡的生成速度、成长速度以及浮升速度都加快。气泡的剧烈运动使液体受到剧烈的搅拌作用，?增大。膜状沸腾传热需要通过气膜，所以其?值比核状沸腾小。
影响核状沸腾的因素主要有：液体物性；温度差；操作压力；加热面状况；设备结构、加热面形状和材料性质以及液体深度等。
4-15 同一液体，为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大？
答：因为相变热比液体的热容大很多，所以沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大。 4-16 换热器中冷热流体在变温条件下操作时，为什么多采用逆流操作？在什么情况下可以采用并流操作？
答：逆流时的平均温度差最大，并流时的平均温度差最小，其它流向的平均温度差介于逆流和并流两者之间，因此就传热推动力而言，逆流优于并流和其它流动型式。当换热器的传热量Q 即总传热系数K一定时，采用逆流操作，所需的换热器传热面积较小。
在某些生产工艺要求下，若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某一温度，则宜采用并流操作。
4-17 换热器在折流或错流操作时的平均温差如何计算？
答： ①根据冷、热流体的进、出口温度，算出纯逆流条件下的对数平均温度差
②按下式计算因数 R 和 P：
；
③根据R 和P 的值，从算图中查出温度差校正系数
；
④将纯逆流条件下的对数平均温度差乘以温度差校正系数 ，即得所求的 。
4-18 换热器的总传热系数的大小，受哪些因素影响？怎样才能有效地提高总传热系数？ 答：取决于流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等；
K值总是接近于α小的流体的对流传热系数值，关键在于提高α小一侧的对流传热系数；减慢污垢形成速率或及时清除污垢。
4-19 在换热器中，用饱和蒸汽在换热管外冷凝发热，加热管内流动的空气。总传热系数接近哪种流体的对流传热系数？壁温接近哪种流体的温度？忽略污垢和管壁热阻。要想增大总传热系数，应增大哪个流体的对流传热系数？
答：总传热系数接近空气一侧的对流传热系数；壁温接近饱和蒸汽的温度；要想增大总传热系数，应增大空气的对流传热系数。
4-20 何谓透热体、白体、黑体、灰体？
答：能透过全部辐射能的物体，称为透热体；能全部反射辐射能的物体，称为白体；能全部吸收辐射能的物体，称为黑体或绝对黑体；能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体，称为灰体。 4-21 何谓黑度？影响固体表面黑度的主要因素有哪些？
答：在同一温度下，实际物体的辐射能力与黑体的辐射能力之比，定义为灰体的黑度。
影响固体表面黑度的主要因素有：物体的性质、温度及表面情况（如表面粗糙度及氧化程度）。 4-22 黑度大的灰体对投射来的热辐射能的反射率是大还是小？他的辐射能力是大还是小？ 答：小；大
4-23 保温瓶的夹层玻璃表面为什么镀一层反射率很高的材料？夹层抽真空的目的是什么？ 答：减少热辐射；降低热传导；
4-24 两个灰体表面间的辐射传热速率与哪些因素有关？
答：它们的吸收率和反射率，形状和大小以及相互间的位置和距离等因素。 4-25 常用的强化或削弱物体之间辐射传热的辐射有哪两种？ 答：改变物体表面的黑度；采用遮热板。
4-26 两物体的温度分别是200℃及100℃，若将温度各提高300℃，维持其温差不变，其辐射传热的热流量是否变化？ 答：增大
4-27 有的列管式换热器为什么做成多管程的？ 答：可以增大管程流速，提高对流换热系数。
4-28 下列流体在列管换热器中宜走管程还是壳程？ 答：（1）腐蚀性流体宜走管程，避免同时腐蚀管程和壳程 （2）高压流体宜走管程，避免制造较厚的壳体
（3）饱和水蒸气冷凝放热宜走壳程，以利于排出冷凝液 (4) 温度不太高，需要冷却的流体宜走壳程，有利于散热 （5）需要提高流速的无相变流体宜走管程
4-29 换热器的强化传热中，最有效的途径是增大总传热系数K，如何增大K值？ 答：根据公式
bd111可以采取如下措施： ??Rd1?11?Rd2?K?1?1dm?2（1） 提过对流换热系数，尤其是提高较小一层的对流换热系数
（2） 降低污垢热阻，及时清洗换热器，
（3） 降低热传导热阻，选择导热率大的材料，降低换热壁的厚度。
第五章 吸收
5-1 选择吸收剂时，应从哪几个方面考虑？
答：(1) 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少。
(2) 选择性 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。
(3) 挥发度 在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小，以减少吸收剂的损失量。
(4) 粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。
(5) 其它 所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。
5-2 对于物理吸附，在一定温度下，如何判断气体在水中的溶解的难与易？ 答：溶液浓度相同时，难溶气体在溶液上方的平衡分压大。 5-3 亨利定律中的E、H、m三者与温度、压力有什么关系？
*答：由p*A?Ex；y?mx； pA??ScA 可得E?mp? HHMS5-4 气液相平衡关系中，（1）若温度升高，亨利常数将如何变化？（2）在一定温度下，气相总压升高，
相平衡常数m如何变化？若气相组成y为一定值，总压升高，液相x将如何变化？ 答：（1）温度升高，亨利常数增加 （2）总压增加，m减小；x增加
5-5 若溶质分压为p的气体混合物与溶质浓度为c的溶液接触，如何判断溶质是从气相向液向传递还是从液向向气相传递？ 答：根据公式pA与
*cAc*的关系来判断，如果pA>A，从气相向液相传递 HH5-6 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系？液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系？
答：气体分子扩散系数与温度的1.5次方成正比，总压力成反比；液体的扩散系数与温度成正比，与粘度成反比。
5-7 何谓对流传质的有效膜理论？如何根据有效膜理论写出传质速率方程式？
答：单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散。有效膜厚zG由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界面的垂直距离。 5-8 何谓两相间传质的双膜理论？其基本论点是什么？ 答：（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜和液膜。（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。 5-9 在稳态传质过程中，若气液相平衡关系符合亨利定律，如何应用双膜理论推导出总传质速率方程式？气相总传质系数KY（或液相总传质系数KX）与气膜传质系数ky及液膜传质系数kx有何关系？
*答：气相传质速率方程NA?KY(Y?Y)，Y?mX?b
*
5-10在气液两相传质过程，什么情况下属于气膜阻力控制，什么情况下属于液膜阻力控制？
1m1? ? KYkXkY答：当kX??kY时属于气膜阻力控制；当kX??kY时属于液膜阻力控制
5-11 在逆流操作的吸收塔中，当进塔气体组成Y1及进塔液体组成X2已定，最小液气比?吸收率?有何关系？ 答：由??L??与溶质的?G?minY1?Y2?L??L???m?可知，??与吸收率?成正比。 ??G?minY1/m?G?min5-12 传质单元数与传质推动力有何关系?传质单元高度与传质阻力有何关系?
答：传质推动力越小，则意味着过程的难度越大，此时所需的传质单元数也就越大。
传质阻力越大，填料层有效比表面越小，则每个传质单元所相当的填料层高度就越大。 5-13 气相传质单元高度与气相总压力p有何关系?液相传质单元高度与液相总浓度c有何关系? 答：
5-14 吸收因数?L/mG?的大小对气相总传质单元数NOG有何影响？如何说明其原因？ 5-15 吸收率?对NOG有何影响？
5-16 在NOG一定的条件下，若L、G、温度t、总压p、吸收剂进口组成X1等改变，对混合气的出口组成Y2有何影响？ 答：