化工原理习题及答案
第四章传热
一、名词解释
1、导热
若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。
2、对流传热
热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。
3、辐射传热
任何物体, 只要其绝对温度不为零度 (0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射
能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。
4、传热速率
单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）
5、等温面
温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。等温面不相交。
二、单选择题
1、判断下面的说法哪一种是错误的（）。 B
A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；
B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同；
C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；
D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为_______ 。 C
A 传导和对流
B 传导和辐射
C 对流和辐射
3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数_________。 C
A 增大
B 减小
C 只在某范围变大
D 沸腾传热系数与过热度无关
4、在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为_______。 A
A 0.85
B 0.03
C 1
5、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______耐火砖的黑度。 D
A 大于
B 等于
C 不能确定是否大于
D 小于
6、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。 A
A 成正比
B 成反比
C 没关系
7、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A
甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；
乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。
A 甲乙均对
B 甲乙均不对
C 甲对，乙不对
D 乙对，甲不对
8、列管换热器管程常用流速范围为：一般液体_______，气体__________。 A C
A 0.5 - 3 m/s
B 3 - 15 m/s
C 5 - 30 m/s
9、一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍要达到原来的出口温度t，此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施______。 A
A 管内加扰流内件
B 提高壳程数
10、碳钢的导热率为_______；不锈钢的导热率为_______；铜的导热率为_______，常压常温空气的导热率为_______；常温水的导热率为_______。 C, D, B, F, E A 151W/(m?℃) B 370W/(m?℃) C 45W/(m?℃)
D 16W/(m?℃)
E 0.62W/(m?℃)
F 0.025W/(m?℃)
11、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一
定，当空气流量增加时 A B
B
①传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变
②空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变
③壁温 A 增大 B 略有减小 C 基本不变
12、一定流量的液体在一?25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数?＝
1000W/(m2·℃)。如流量与物性都不变，改用一?19×2mm的直管，则其?值将变为__________ W/(m2·℃)。 D
A 1059
B 1496
C 1585
D 1678
13、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
R
、R3的大小____________。 C A C
2
A R1> (R2+R3)
B R1< (R2+R3)
C R1= (R2+R3)
D 无法比较
14、①在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好____________放置；冷
却水应走____________。 A C
A 水平
B 垂直
C 管内
D 管外
②已知某平壁外两层不等厚(b1 __________B层的导热率。 C A 小于 B 不能确定是否大于 C 大于 D 等于 15、稳定传热是指______。 B A 传热系统中各点的温度不随位置和时间而变。 B 传热系统中各点的温度仅随位置变，而不随时间变。 C 传热系统中各点的温度不随位置变而随时间变。 D 传热系统中各点的温度随位置和时间而变。 16、棉花保温性能好，主要是因为______。 C A 棉纤维素导热率小； B 棉花中含有相当数量的油脂； C 棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍； D 棉花白色，因而黑度小。 17、无相变强制对流α来自_______。 C A 纯经验方法 B 纯理论方法 C 因次分析与实验结合（半理论、半经验方法） D 数学模型法 E 因次分析法 18、在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对α的影响是______。 B A 使α值升高 B 使α值大大降低 C 使α值有一定影响 D 对α值无影响 19、红砖的黑度为0.93，若温度为300℃，则红砖的发射能力为________W/m2。B A 6112.3 W/m2 B 5684 W/m2 C 916.8 W/m2 D 1000 W/m2 20、换热器中冷热流体进出口温度一定时，下面说法中正确的是。 D A ?t m并 B ?t m逆＝?t m并＝?t m折 C ?t m并 D ?t m并< ?t m逆>?t m折 21、对在蒸汽与空气间壁换热过程中，为强化传热下列方案中的_____在工程上可行。 A A 提高空气流速 B 提高蒸汽流速 C 采用过热蒸汽以提高蒸汽温度 D 在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。 22、在间壁换热器中，当两流体均变温时，采用折流的目的是。 A A 提高K B 提高?t m C 增加传热面积A D 使K和A均增加。 23、100℃时铜的导热率为_____，18℃时钢的导热率近似为_______，20℃时空气的导热率近似为______，20℃水的导热率近似为______。 C A B D A 45W/(m?K) B 0.026W/(m?K) C 377W/(m?K) D 0.6W/(m?K) 24、在相同温度下，实际物体的吸收率A与黑体的吸收率A0的关系是。 C A A ? A 0 B A ? A 0 C A ? A 0 D 不一定 25、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的_______。 C A 通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值； B 系统中任一点的温度维持恒定； C 总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各传热面的传热速率之和； D 系统中任一传热面上的热通量在过程中不变。 26、一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍要达到原来的出口温度t ，此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施 ______。 A A 管内加扰流内件 B 提高壳程数 27、有一列管换热器，由38根?25?2.5mm 无缝钢管组成，某有机蒸汽在管外冷凝，管内通冷却水，水流速0.5m/s ，相应的R e=104及对流给热膜系数为?。当水流量减为一半时，对流给热膜系数改变为??，则 。 A A αα8.0)21(=' B αα8.0)2 1(?' C αα8.0)2 1(?' D 不一定 28、两流体在一套管换热器中换热，热流体温度由90℃降至60℃，冷流体温度由20℃升至50℃。若逆流操作，?t m ＝ 。 D A 70℃ B 30℃ C 10℃ D 40℃ 29、热传递的基本方式是：（）、对流、辐射。 A A 传导； B 传递； C 放射； D 流动。 30、物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（）。 A A 热传导； B 热传递； C 热放射； D 热流动。 31、流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（）。 A A 对流； B 流动； C 传递； D 透热。 32、物质导热系数的顺序是：（）。 A A 金属＞一般固体＞液体＞气体； B 金属＞液体＞一般固体＞气体； C 金属＞气体＞液体＞一般固体； D 金属＞液体＞气体＞一般固体。 33、吸收率（）1的物体称为黑体。 C A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 34、（）等于1的物体称为白体。 B A 吸收率； B 反射率； C 透过率； D 折射率。 35、单原子气体和对称双原子气体均可视为（）。 D A 白体； B 灰体； C 黑体； D 透热体。 36、液体是（）。 D A 白体； B 灰体； C 透热体； D 不透热体。 37、在管壳式换热器中，不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内（）。 A A 清洗比较方便； B 流速较快； C 流通面积小； D 易于传热。 38、在管壳式换热器中，腐蚀性的流体宜走管内，以免（），而且管子也便于清洗和检修。 A A 壳体和管子同时受腐蚀； B 流速过快； C 流通面积过小； D 传热过多。 39、在管壳式换热器中，压强高的流体宜走管内，以免（），可节省壳程金属消耗量。 A 壳体受压； B 流速过快； C 流通面积过小； D 传热过多。 A 40、在管壳式换热器中，饱和蒸气宜走管间，以便于（），且蒸气较洁净，它对清洗无要求。 A A 及时排除冷凝液； B 流速不太快； C 流通面积不太小； D 传热不过多。 41、在管壳式换热器中，有毒流体宜走管内，使（）。 A A 泄漏机会较少； B 流速很快； C 流通面积变小； D 传热增多。 42、在管壳式换热器中，被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，（）。 A 以增强冷却效果； B 以免流速过快； C 以免流通面积过小； D 以免传热过多。 A 43、在管壳式换热器中，黏度大的液体或流量较小的流体宜走（），因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。 B A 管内； B 管间； C 管径； D 管轴。 44、对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走（），因壁面温度与大的流体温度相近，可以减少热应力。 B A 管内； B 管间； C 管径； D 管轴。 45、在管壳式换热器中安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的（），使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。 C A 黏度； B 密度； C 速度； D 高度。 46、有一套管换热器，环隙中有119.6℃的蒸气冷凝，管内的空气从20℃被加热到50℃，管壁温度应接近（）。 D A 20℃； B 50℃； C 77.3℃； D 119.6℃。 47、已知在温度T时耐火砖的发射能力（辐射能力）大于铜的发射能力，则铜的黑度为（），耐火砖的黑度为（）。 A B A 0.6； B 0.9； C 1.0； D 1.2。 48、两灰体间进行辐射换热，两者间的温度差为100℃。若将两灰体的温度各升高100℃， 则此时的辐射传热量与原来的传热量相比，将（）。 A A 增大； B 减小； C 不变； D 不一定。 49、判断下面的说法哪一种是错误的（）。 B A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大； B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同； C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强； D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。 50、当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（）。B A 逆流时，Δt m 一定大于并流、错流或折流时的Δt m ； B 采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量； C 采用逆流操作可以减少所需的传热面积； D 温度差校正系数φ Δ t 的大小反映了流体流向接近逆流的程度。 三、填空题 1、对流给热的热阻主要在____________，此处的__________最大。滞流内层温差 2、热损失是_______损失和________损失之和。 热辐射传热引起的对流给热引起的 3、列管式换热器中，壳程设有折流挡板，当两流体均无相变时，挡板能起强化传热的作用，其原因是 ①______________________________________________________________； ②______________________________________________________________； ③_____________________________________________________________ 。 ①流速增大，使壳程α增大； ②流体大部分横穿流过管束，流道短，边界层薄，比顺着管子纵向流动α高； ③流体在折流挡板间穿行时，流向及流速都在不断变化，增加了扰动，强化了传热。 4、水蒸气冷凝时的α比气体无相变时的α大得多，其原因是气体的_____________________ _________________________，而蒸汽冷凝，其凝液的_____________________________；且只有_______________才有热阻。 导热率小、密度小，整个气体都呈现热阻导热率和密度都比气体大很薄的液膜5、在管式间壁换热器中，以外表面为基准的传热系数K的计算式为_________________，与之对应的传热量Q＝_______________。 6、① 已知传热系数K=1250kcaL/(m2?h?℃)，在SI制中，K=_____W/(m2?K)；汽化潜热r=2200kJ/kg，在工程单位制中r =________________kcaL/kg。 ② 普兰德准数的定义式是__________________________。 ① 1453 525 ② λμ p C =Pr 7、在压强恒定的条件下，空气黏度随温度升高而________________。 增大 8、厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b 1?b 2?b 3，导热率?1? ?2? ?3。 在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 R 2 R 3，各层导热速率Q 1 Q 2 Q 3。 >， > ； =， = 9、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道,当石棉泥受潮后，其保温效果应_____________，主要原因是_______________________________________________________________。 降低 因水的导热率大于保温材料的导热率,受潮后,水占据一定的孔隙空间，使保温层材料导热率增大,保温效果降低。 8、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放_________________，这是因为 ___________________ ________________________________________________________。 不凝气和冷凝水 不凝气构成附加的气膜传热阻力，而冷凝水的积累减小换热面积。 11、①设置隔热挡板是____________辐射散热的有效方法。挡板材料的黑度愈低，辐射散热量 ____________。 ②有一单层平壁如图所示。已知材料的导热率λ为常数，从左等温面1t 至右等温面2t 的 稳定导热热流量为Q ，则平壁内的温度分布表达式为__________________________。 ① 减少 愈低 ② λλQx t t x t t Q -=→-=11)( 12、某物体（可近似为灰体）在20℃时，其黑度为ε=0.8，其吸收率为______________。 0．8 13、浮头式或带膨胀节的换热器适用于____________ 与____________流体的温差很大的场合。 管程 壳程 14、① 根据有无热补偿或补偿方法不同，列管式热器的一般结构型式有__________________、 __________________、__________________。 ② 换热器中，热流体由200℃ 冷却到140℃，冷流体由20℃升高到35℃，热流体的 热容量流率较小, 则传热效率为__________________。 ① 膨胀节；浮头式；U 型管 ② 33.3% 15、消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加______________，采用______________结构或采用______________式结构。 膨胀节 浮头式 U 型管 16、如图所示，为尽量减少Ａ、Ｂ两个温度不同的固体表面间的辐射传热，可以采取的措 施 是________________________________________________。 在两固体壁面间，平行放置多块黑度较小的遮热板。 17、① 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较。方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W 1___W 2，所需传热面积A 1___A 2。 ② 如图所示,蒸汽在管束外冷凝，(a)、(b )两种排列方式的其它条件均一样，比较它 们的冷凝给热系数的大小a α___b α，因为______________________________________。 ① 大于, 小于 ② 大于,因为冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐排增厚,沿垂直方向管数愈多,液膜愈厚。 18、两流体的间壁换热过程中t WC Q p ?=计算式中，?t 表示 。 T 1-T 2 或t 2-t 1 19、设备保温层外包一层表面_________、颜色_________的金属，可使设备的热损失减少。 光滑 较浅 20、举出五种间壁式换热器____________、____________、____________、____________、____________。 套管式换热器，列管式换热器，夹套式换热器，板式换热器，螺旋板式换热器，蛇管式换热器，板翅式换热器等任选五种。 21、导热率的物理意义是____________________________________，其SI制的单位为_____________，工程制的单位为_______________。 单位温度梯度、单位导热面积上所传导的热量 W/(m?℃) 千卡/小时?米?℃ 22、① 定性温度是指____________________。 ② 沸腾传热可分为三个区域，它们是____________、____________和____________，生产中的沸腾传热过程应维持在____________区操作。 ① 确定准数中各物性参数的温度 ② 自然对流区核状沸腾区膜状沸腾区核状沸腾 23、对多层圆筒壁的热传导，通过各层的传热速率________，热通量________,沿圆筒壁的径向温度分布为____________线。 相等不相等曲线 24、① 已知导热率λ=2.388×10-3Cal/(cm?s?℃), 此值在SI制中为__________W/(m?K)。 ② 写出比热C p的单位，工程制为____________，SI制为____________。 ③ 物体的辐射传热速率与其绝对温度的_________次方成正比。 ① 1 ② kCaL/(kg?℃), J/(kg?℃) ③ 四 25、在传热实验中，用饱和水蒸气加热空气，总传热系数Ｋ接近于____________侧的对流传热系数，而壁温接近于________________侧流体的温度。蒸汽冷凝时的对流给热系数 较大。原因是__________________________。 空气饱和水蒸气蒸汽冷凝时释放较大冷凝潜热 26、① 估计列管式换热器中金属管壁的温度t w，壳程为0.1MPa的饱和水蒸气冷凝。 A 管程是平均温度为40℃的空气，t w约为________； B 管程是平均温度为40℃的水，水的对流给热系数为2000W/(m2?℃)，基于内面积的总传热系数K i=1600W/((m2?℃)) ，t w约为_______。 ②在设计时，欲略为增大一卧式冷凝器的传热面积，从有利于传热角度看，宜采取的措施为_____________，因为_____________________________。 ① (1) 100℃ (2) 88℃ ②增加管长。如果采用增加管数的办法,则沿垂直方向管数也增加,冷凝液从上面各排流到下面各排,液膜逐渐增厚,α降低。 27、管内湍流传热，流体内温度梯度最大的部分是在______________，原因是_____________ ____________________________________。 滞流底层滞流底层的传热机理是导热, 流体的导热率一般比较低。 28、在稳态传热中，凡热阻大处其温差也____________。滴状冷凝的给热系数_________膜状冷凝给热系数。 大 大于 29、沸腾传热时，在核状沸腾区壁面与沸腾流体的温差愈大，则α__________。 越大 30、对于间壁式换热器：m h h p c t KA T T C W t t C W ?=-=-)()2112（等式成立的条件是 、 、 。 31、下列各种情况下的对流给热系数 空气流速为6m/s 时的1α； 空气流速为25m/s 时的2α；水的流速为1.2m/s 时的3α； 水的流速为 2.5m/s 时的4α； 蒸汽膜状冷凝时的5α之间的数值按自大而小的顺序为 ________ > ________ > ________ > ________ > ________。 32、不需要任何介质的传热称为（ ）传热。 辐射 33、在列管式换热器中，流体在管内流动称为流经（ ）。 管程 34、列管式换热器中，流体在（ ）流动称为流经壳程。 管间 35、能以相同的吸收率且部分地吸收由零到∞的所有波长范围的辐射能的物体称为（ ）。 灰体 36、在辐射传热中，气体的反射率为（）。 37、在辐射传热中，黑体的透过率为（）。 38、在辐射传热中，灰体的透过率为（）。 39、灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比，称为物体的（）。 黑度 40、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则传热管的壁温接近（）的温度。饱和蒸气 41、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则总传热系数Ｋ接近（）的对流传热系数。 空气 42、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则空气应走（）。 管内 43、在列管换热器中，若用饱和蒸气加热空气，则饱和蒸气应走（）。 管间 ? 44、判断下列物性数值大小?金属____ ?液___?气。 ＞＞ 四、判断题（每题1分） 1、在辐射传热中，黑体的反射率为1。（× ） 2、对流传热包括强制湍流传热和强制层流传热。（× ） 3、滴状冷凝比膜状冷凝效果好。（√ ） 4、圆筒壁热传导是传热速率与热通量相等（× ） 5、一般固体、液体和气体相比较，导热系数值的大小顺序为固体＞气体＞液体。（× ） 6、夏季人们穿深色衣服不会感觉太热。（× ） 7、对流传热仅发生在流体中。（× ） 8、流体与固体壁面间对流传热的热阻主要集中在流动边界层。（× ） 9、一套管换热器逆流操作与并流操作一样。（× ） 10、虽然大气层包围着地球，但阳光仍能照射到地球表面，因为空气是透热体。（√ ） 五、问答题 1、在列管换热器中，拟用饱和蒸气加热空气，传热管的壁温接近哪一种流体的温度？为什么？（3分）