热交换特性(公用部分应知传热学知识)

公用部分应知传热学知识

判断题

1. 直接接触物体间各部分的热量传递现象叫对流。( )

答案：(×)

2. 流体与壁面间温差越大，换热面积越大，对流换热热阻越大，则换热量也就越大。 ( )

答案：(×)

3. 过热器的换热过程是：烟气对流放热+辐射换热 管外壁导热 管内壁对流放热 → → → →水蒸汽。( )

答案：(√)

4. 过热器逆流布置时，由于传热平均温差大，传热效果好，因而可以增加受热面。 ( )

答案：(×)

5. 导热系数在数值上等于沿着导热方向每米长度上温差为1℃时，每小时通过壁面所传递的热量。 ( )

答案：(√)

6. 如果物体的吸收率等于1，这种物体称绝对黑体。 ( )

答案：(√)

7. 凡是有温差的物体，就一定有热量的传递。 ( )

答案：(√)

8. 主蒸汽管道保温后，可以防止热传递过程的发生。 ( )

答案：(×)

9. 从辐射换热的角度看，一个物体的吸收率大，则它的辐射能力也强。 ( )

答案：(√)

10. 管子外壁加装肋片(俗称散热片)，使热阻增加，传热量减少。 ( )

答案：(×)

选择题

1. 炉膛内烟气对水冷壁的换热方式是______。

A. 辐射换热； B. 对流换热； C. 导热和辐射换热

答案：A.

2. 对同一种流体来说，沸腾放热的放热系数比无物态变化时的对流放热系数______。

A. 小； B. 大； C. 相等

答案：B.

3. 增强空气预热器的传热效果应该_________。

A. 增强烟气侧和空气侧的波热系数； B. 增强烟气侧的放热系数从降低空气侧的放热系数； C. 降低烟气侧的放热系数或增强空气侧的放热系数。

答案：A.

4. 在表面式换热器中，冷流体和热流体按相反方向平行流动则称为______。

A. 混合式； B. 逆流式； C. 顺流式

答案：B.

5. 受热面定期吹灰的目的是_________。

A.减少热阻； B. 降低受热面的壁温差； C. 降低工质的温度。

答案：A.

6. 实际物体的辐射力与同温度下绝对黑体的辐射力相比，______。

A. 前者大于后者； B. 前者小于后者； C.二者相等。

答案：B.

7. 锅炉水冷壁管管内接垢后可造成______。

A. 传热增强，管壁温度升高； B. 传热减弱，管壁温度降低；

C. 传热增强，管壁温度降低； D. 传热减弱，管壁温度升高。

答案：D

填空题

1. 绝对黑体的辐射力与其绝对温度的_________成______。

答案：四次方； 正比

2. 水冷壁的传热过程是：烟气对管外壁______，管外壁向管内壁______，管内壁与汽水混合物之间进行______。

答案：辐射换热； 导热； 对流放热

3. 过热器顺流布置时，由于传热平均温差______。所以传热效果______。

答案：小； 较差

4. 在某一温度下，绝大部分工程材料的吸收系数______同温度下该材料的黑度。

答案：近似等于。

5. 物体在单位时间内单位面积上所发射出去的辐射能称为______。

答案：辐射力。

6. 热传导是由物体内部分子和原子的_________来转移热量。

答案：微观热运动。

7. 热量的传递发生过程总是由物体的______传向______。

答案：高温部分； 低温部分

8. 管道外部加保温层使管道对外界的热阻______，传递的热量______。

答案：增加； 减少

9. 锅炉受热面外表面积灰或结渣，会使管内介质与烟气热交换时的传热量______，因为灰渣的______小。

答案：减弱； 导热系数。

10. 换热分为三种基本形式，即_________、______和______。

答案：导热； 热对流； 热辐射

11. 平壁导热传递的热量与壁两面表面温度差成______。与壁面面积成______，与壁厚成______。

答案：正比； 正比； 反比

12. 一般情况下，液体的对流放热系数比气体的______同一种液体，强迫流动放热比自由流动放热______。

答；大； 强烈

答案：

13. 水蒸汽凝结放热时，其温度______，主要是通过蒸汽凝结放出______而传递热量的

答案：保持不变； 汽化潜热。

计算题

1. 锅壁厚度为δ1=6mm锅壁的导热系数λ1=200kJ/(m·℃)，内表面贴附着一层厚度为δ2=1mm的水垢，水垢的导热系数λ2=4kJ/(m·℃)，已知锅壁外表面温度为t?H厗厗*1唶=250℃，水垢内表面温度t?H厗厗*3唶=200℃，求通过锅壁的热流量以及钢板同水垢接触面上的温度。

答案：t?H厗厗*1唶-t?H厗厗*3唶 250-200解：q=───────────=────────── δ1/λ1+δ2/λ2 0.006/200+0.001/4 =50/(0.00003+0.00025)

=50/0.00028=1.786×10?H厗*5唴唶kJ/(m?H厗*2唴唶·h)

t?H厗厗*1唶-t?H厗厗*2唶

∵ q=───── ∴t?H厗厗*2唶=t?H厗厗*1唶-qδ1/λ1 δ1/λ1

t?H厗厗*2唶=250-1.786×10?H厗*5唴唶· 0.006/200 t?H厗厗*2唶=250-5.358=244.6℃

答：通过锅壁的热流量是1.786×10?H厗*5唴唶kJ/(m?H厗*2唴唶·h)；锅壁同水垢接触面上的温度是244.6℃。

2. 一台5万kW汽轮机的凝汽器，其表面单位面积上的换热量是q=23000W/m?H厗*2唴唶，凝汽器铜管内、外壁温差2℃，求水蒸汽的凝结换热系数。

答案：解：q=α(t内-t外)； α=q/(t内-t外)

α=23000/2=11500W(m?H厗*2唴唶·℃)

答：水正其的凝结换热系数是11500W/(m?H厗*2唴唶·℃)

3. 已知一物体吸收系数A=0.75，求当该物体温度t=127℃，每小时辐射的热量。

答案：解：在同温下物体的A=α=0.75

E=αE0= αC?H厗厗*0唶(T/100)?H厗*4唴唶

E=0.75×5.67×256

=1089(W/m?H厗*2唴唶)

答：该物体的辐射量是1089W/m?H厗*2唴唶。

4. 水在某容器内沸腾，如压力保持1MPa对应的饱和温度t?H厗厗叡*=180℃,加热面温度保持205℃，沸腾放热系数为85700W/(m?H厗*2唴唶·C)，求单位加热面上的换热量。

答案：解：q=α(t?H厗厗叡趩*-t?H厗厗叡*)

=85700×(205-180)

=2142500(W/m?H厗*2唴唶)

答：单位加热面上的换热量是2142500W/m?H厗*2唴唶.

5. 求绝对黑体在温度t=1000℃时和t=0℃时，每小时所辐射的热量。

答案：解：应用四次方定律。当t=1000℃时：

E0=C?H厗厗*0唶(T/100)?H厗*4唴唶

=5.67×[(273+1000)/100]

=5.67×26261

=148900(W/m?H厗*2唴唶)

当t=0℃时

E0=C?H厗厗*0唶(T/100)?H厗*4唴唶

=5.67×[(273+0)/100]?H厗*4唴唶

=5.67×55.55

=315(W/m?H厗*2唴唶)

答： 当t=1000℃和t=0℃时，辐射的热量分别是：148900W/m?H厗*2唴唶和315W/m?H厗*2唴唶

问答题

1. 物体的黑度与吸收系数有何关系?

答案：某温度下的物体的黑度在数值上近似等于同温度下物体的吸收系数。

2. 绝对黑体的辐射力与其绝对温度有何关系?

答案：绝对黑体的辐射力与其绝对温度的四次方成正比。

3. 什么叫表面式换热器?

答案：冷、热两种流体被壁面隔开，在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。

4. 什么叫混合式换热器?

答案：混合式换热器内的热量交换是依靠热流体和冷流体直接接触互相混合来实现的。 在热量传递的同时，伴随着质量的混合。

5. 什么叫蓄热式换热器?

答案：冷热流体周期交替地流过蓄热元件来实现换热的换热器就叫蓄热式换热器。

6. 什么叫热阻叠加原则?

答案：热传递是通过一系列传热方式实现时，串联各热传递过程的总热阻等于串联各环节的分热阻之和。

7. 什么叫热传导(导热)?

答案：在同一物体中，热量自高温部分传至低温部分，或两个温度不同的固体彼此接触时，热量自高温部分传递给低温部分的过程称为热传导。

8. 什么叫对流放热(热对流)?

答案：对流换热是指流体(气、汽或液体)和固体壁面接触时，相互间的热传递过程。

9. 什么叫辐射换热?

答案：它是高温物质通过电磁波形式把热量传送给低温物质的过程，这种热交换现象和热传导、热对流有本质不同，它不进产生能量转移，而且还伴有能量形式的转换，即由热能转变为辐射能，再由辐射能转变为热能。

10. 换热器有哪几种类型?各种换热器举一实际例子。

答:(1) 表面式换热器。例如省煤器，管式空气预热器、冷油器。

(2) 混合式换热器。例如冷水塔、除氧器、锅炉喷水减温器。 (3) 蓄热式换热器。例如回转式空气预热器。

答案：

11. 试述锅炉管式空气预热器的热量传递过程?

对流换热 导热 对流换热

答案：烟气───>预热器管内壁──> 预热器管外壁───>空气 ( 热流体 ) (冷流体)

12. 影响辐射换热的因素有哪些?

答案：(1) 黑度大小，影响辐射能力及吸收率。

(2) 温度高、低，影响辐射能力及传热量的大小。

(3) 角系数，由形状及位置而定，影响有效辐射面积。

(4) 物质不同也影响辐射传热，如气体与固体不同，气体辐射受到有效辐射层厚度的影响，

13. 影响对流放热的因素有哪些?

答案：(1) 流体流动方式。 强制对流使流体的流速高，放热好。自然对流流速低，当然放热不好。(2) 流体有无相态变化。对同一种流体有相变时的对流放热比无相变时来得强烈。(3) 流体的流动状态，对同一种流体，紊流时的放热系数比层流时高。 (4) 几何因素。流体所能触及的固体表面的几何形状、大小及流体与固体表面间的相对位置。(5) 流体的物理性质。如：比重、比热、动力粘性系数、导热系数、体积膨胀系数、汽化潜热等。

14. 影响传热的因素有哪些?

答案：由传热方程Q=KF△t可以看出，传热量是由三个方面的因素决定的。即：冷、热流体传热平均温差△t，换热面积F和传热系数K。

15. 增强传热的方法有哪些?

答案：增强传热的方法是：

(1) 提高的传热平均温差，在相同的冷、热流体进、出口温度下，逆流布置的平均温差最大，顺流布置的平均温差最小，其它布置介于两者之间。因而，在保证锅炉各受热面安全的情况下，都应力求采用逆流或接近逆流的布置。 (2) 在一定的金属耗量下增加传热面积，管径越小，在一定金属耗量下总面积就越大，采用较小的管径还有利于提高对流换热系数，采用较小的管径还有利于提高对流换热系数，但过份缩小管径会带来流动阻力增加，管子堵灰的严重后果。 (3) 提高传热系数。 ①减少积灰和水垢热阻：

其手段是受热面经常吹灰，定期排污和冲洗，以保证给水品质合格。②提高烟气侧的放热系数：其手段是采用横向冲刷，当流体横向冲刷管束时，采用叉排布置、采用较小的管径；增加烟气流速，对管式空气预热器，考虑到纵向冲刷与横向冲刷放热情况的差别，控制烟气和空气两种气体速度在一定的比例范围内，以使两侧放热系数比较接近。

16. 影响对流放热系数α的主要因素有哪些?

答案：(1) 流体的流速。流速越高，α值越大， (但流速不宜过高，因流体阻力随流速的增高而增大。 (2) 流体的运动特性。流体的流动有层流及紊流之分，层流运动时，各层流间互不掺混；而紊流流动时，由于流体流点间剧烈混合使换热大大加强，强迫运动具有较高的流速，所以，对流放热系数比自由运动大。 (3) 流体相对于管子的流动方向，一般横向冲刷比纵向冲刷的放热系数大。 (4) 管径、管子的排列方式及管距。管径小，对流放热系数值较高，叉排布置的对流放热系数比顺排布置的对流放热系数值大，这是因为流体在叉排中流动时对管束的冲刷和扰动更强烈些。此外，流体的物理性质(粘度、密度、导热系数、比热)以及管壁表面的粗糙度等，都对对流放热系数有影响。

17. 减少散热损失的方法有哪些?

答案：减少散热损失的方法是：增加绝热层厚度以增大导热热阻；设法减小设备外表面与空气间总换热系数。

18. 影响凝结放热的因素有哪些?

答案：影响凝结放热的因素有：

(1) 蒸汽中含不凝结气体。当蒸汽中含有空气时，空气附在冷却面上，影响蒸汽的通过，造成很大的热阻，使蒸汽凝结放热显著削弱。(2) 蒸汽流动速度和方向。如果蒸汽流动方向与水膜流动方向相同时，因摩擦作用的结果，会使水膜变薄而水膜热阻减小，凝结放热系数增大。反之，则凝结放热系数减小。但是如果蒸汽流速较高时，由于摩擦力超过水膜向下流动重力时，将会把水膜吹离冷却壁面，使水蒸汽与冷却表面直接接触，凝结放热系数反而会大大增加。 (3) 冷却面表面情况，冷却面表面粗糙不平或不清洁时，会使凝结水膜向下流动阻力增加，从而增加了水膜厚度，热阻增大，使凝结放热系数减小。(4) 管子排列方式。管子排列方式有顺排、叉排、辐排等。当管子排数相同时，下排管子受上排管子凝结水膜下落的影响为顺排最大，叉排最小，辐排居中。因此，叉排时放热系数最大。