《2022年青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之传热.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之传热.docx（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 传热概念：1、传热的三种基本方式2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数 K 4、如何强化传热运算公式（ 1）热量衡算（有相变、无相变）K 的运算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的运算（判别是否合用）（例 48）（ 2）流体在圆形管内作强制湍流流淌时 运算式（公式、条件）,粘度 对 的影响；（ 3）试验测 K 例 49 （ 4）换热器操作型问题（求流体出口温度,例 410）二 试验题（ 10）1利用过热蒸汽进行传热试验的过程中,如运行一段时间后,传热膜系数下降,可能的缘由是什么？如何解决？2. 蒸汽冷凝传热时,为什么要排放不凝性气体？内
2、管壁温接近于哪一侧流体的温度？3. 为了提高换热器的总传热系数 K,应提高空气侧,仍是水侧的 和 S？为什么？换热器中冷热流体的流淌方向有几种,当挑选流向时应如何考虑？4阐述液体沸腾曲线的基本外形,一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热成效？ 1 、（4 分）换热器中冷热流体的流淌方向有：逆流,并流,折流和错流；（1 分）当采纳逆流时,在传热量和总换热系数肯定的情形下,换热器的传热面积较小,另外,采纳逆流仍可以节约加热介质或冷却介质的用量；通常,换热器尽可能采纳逆流操作；（ 1 分）当某些特别工艺要求时,对流体的温度有所限制,如冷流体被加热时不能超过某一温度,或热流体被冷却时不能低于某一温度
3、时,可采纳并流；（1 分）（1 分）采纳折流或错流时,主要是为了满意换热器的结构要求,或提高总传热系数； 2、（ 6 分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾；（ 3 分）一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的成效,此时传热系数和热通量都较大；（3 分）5灰体的定义及特点6、设计一套试验装置要求既可以测量总传热系数,又可同时测量对流传热系数,标注外表、 仪器名称； 并简要说明试验步骤,需要测量那些参数；？三 运算题（ 60 分）3 （ 20 分）在一列管式换热器内用水冷却苯；苯走管程,流量为 1.5kg/s,由 80 oC 被冷却至 30 oC；冷却水在壳程内呈湍流流淌,且与苯逆
4、流流淌,其进口温度为 20 oC,出口温度为 50 oC；已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为 900W/m 2K、1700W/m 2K；苯的平均比热为 1.9kJ/kg.K；如列管为 25 2.5mm 的钢管,长 3 米,其导热系数为 45W/m 2K ,并忽视污垢热阻及换热器的热缺失,试求：（ 1）所需换热器的列管数为多少？（ 2）如其它条件不变,冷却水的流量变为原先的两倍,换热器的列管数又为多少？名师归纳总结 2. 解：QKStmKnd0Ltm3 分 第 1 页,共 8 页其中,QW hCph T 1T 2=1.51.9103（80-30）=142.5（ kW）2 分 K1d01d01
5、=2525.13251=490.5W/m2K 3 分 b10ididm0900204522.51700t mt 1t 1t2=3010=18.2 C 3 分 lnln30t210故nKdQtm.3 14142 . 51033318 2.67 7.（根）2 分 0L490 .52510（ 2）如其它条件不变,冷却水的流量变为原先的两倍,就2.0817002959 . 87 W/m2K 2 分0同理可得,K1b101=559.1 W/m2.K 3 分 didm0就n KQtm59.4（根）2 分 d0L2、（20 分）用一传热面积为3m2（以外表面积为准） ,由25 2.5mm 管子组成的单程列管
6、式换热器,用初温为10的水将机油由 200冷却至 100,水走管内,油走管间；已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h 和 1200kg/h,其比热容分别为4.18kJ/kg K和 2.0kJ/kg K,水侧和油侧的对流表面传热系数分别为2000W/m2K 和 250W/m2K,两侧可视为呈逆流流淌,如不运算管壁- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 及污垢热阻：（ 1）试运算说明该换热器是否合用？（ 2）夏天,水的初温达到 30时,该换热器是否合用？（假设四；运算题： .（20 分）解：（1）Q W h C ph T W C C pc t K 0 A
7、0 t mK 不转变）,如不合用,如何解决？12002 . 0 200100 10001000.418t210 1000W 36003600t 267.4132 .690111 .3（3 分） 200 100 t m 67.4 10 2 132.6 90 K0111d011125216. 21W/m2K（3 分）12000idi250200020111 .3A2 0. 200100 1000216 . 213600A= 2.77 m2 题给 3 m2 , 合用 . （3 分）2 水初温 30 200 Q1200.2 0200-100 1000 360010004 . 18t230 100036
8、00t 287.4 100 87.4 30 t m112 .67091 . 3（ 4）2 112.6 70 名师归纳总结 120020.2001001000216 . 21 91 . 33600可增加换热面积 ,两台串联使用 . A（ 3 分）第 2 页,共 8 页A=3.37 m2 3 m2 不合用 . （4 分）4.（ 15 分）某车间有一台运转中的单程列管换热器,热空气走管程,由120 C 降至 80 C,其对流传热系数1=50 W/m 2C；壳程的水被加热,水进口温度为 15 C,出口升至 90 C,其对流传热系数 2= 2000W/m 2C；管壁热阻、壁厚及污垢热阻可不计,换热器系逆
9、流操作,水的流量为 2700kg/h,平均比热为 4.18kJ/kg K ,试运算换热器的传热面积；解：（ 1）K11111148.8 W/m2C12502000tmt 1tt2 8015 12090 45 .3Cln1ln8015t212090QW 水C p水90 152700 4.18 1000 75/ 36005 2.35 10W- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - AKQm.23510 5106 .2 4 m（10 分）t48 . 845 3.3六（20 分） 逆流换热器中,用初温为 20的水将 1.25Kg/s 的液体（比热为 1.9KJ/Kg
10、, 密度为 850 Kg/ m）,由 80冷却到 30,换热器列管直径为 25 2.5 mm,水走管内；水侧和液体侧的对流传热系数分别为 0.85 和 1.70 kw/m 2 ,污垢热阻可忽视；如水的出口温度不能高于 50,求换热器的传热面积；换热器使用一段时间后,管壁两侧均有污垢生成,水侧污垢热阻 Rsi =0.00026 m 2 /w,油侧污垢热阻 Rs0 =0.000176 m 2 /w,求此时基于管外表面的总传热系数 K0；产生污垢后热阻增加的百分数注：管壁导热系数为 =45 w/m Q W C h ph T 1 T 2 1.25 1.9 80 30 119 kW（3 分）K 0 1
11、b d 10 1 d 0 1 0.0025 125 1 25 472 W m 2 C（3 分）0 d m i d i 1700 45 22.5 850 20t m T 2 t 1 T 1 t 2 80 50 30 20 18.2 C（3 分）ln T 2 t 1 ln 80 50T 1 t 2 30 203S 0 Q 119 10 13.9 m 2（3 分）K 0 t m 472 18.22名师归纳总结 K01R s 0bd1d0R s id025 200.0002625 20381.53 W/2 mC（5 分）第 3 页,共 8 页01ddid i0mi1 17000.0001760.002
12、5 4511 85025 22.53产生污垢后热阻增加百分数为：0.000176 0.0002625 205.01 10423.63%（3 分）1 17000.0025 4525 22.51 85025 200.00212（ 20 分） 现有一列管式换热器,内有 25 2.5 mm 钢管 300 根,管的有效长度为 2m,要求将 8000Kg/h 空气于管程内由 20加热到 85,采纳 108的饱和蒸汽于壳程冷凝加热,冷凝热在饱和温度下排出,蒸汽冷凝传热系数 1 10 4 w/m 2 ,空气对流传热系数为90 w/m2 ,管壁及两侧污垢热阻可忽视,不计热缺失,空气在平均温度下比热为1KJ/Kg
13、 ；1求基于管外表面的总传热系数K0 2. 核算该换热器是否满意要求；2用一段时间后管内产生了污垢,使空气出口温度变为50,求此时管内污垢热阻；1111d01141250.014m2CWdiK01090200iK071.49Wm2C（ 3 分）2tm Tt 1 Tt2 10820 10885 48 . 44C（3 分）lnTt 1ln108 10820Tt285QW cCpct2t1800010008520144. 44103W/m2（3 分）3600- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - S 0KQm144 . 4410 341 . 71 m2（2 分）t
14、71 . 4948 . 44S实际 n d 0 l 300 .0 025 2 47 1. m 2S0 S 实际 所以,该换热器合用； （2 分） 8000 3 23Q W C pc t 2 t 1 1000 50 20 66.67 10 W m（ 2 分）3600t m Tln t 1 T Tt 1 t 2 108ln 20108 108 5020 72 C（2 分）T t 2 108 50 3K 10 10 1i dd 0i Rs i dd 0i K 0 S t Qm 66.67 1047.1 72 19.66 W m 2 C（1 分）d i 1 1 1 d 0 20 1 2Rs i 0.0
15、14 0.0295 m C W（2 分）d 0 K 0 0 i d i 25 19.663 （20 分）在一列管式换热器内用水冷却苯；苯走管程,流量为 1.25kg/s ,由 80 oC 被冷却至 30 oC；冷却水在壳程内呈湍流o o 2流淌,且与苯逆流流淌,其进口温度为 20 C,出口温度为 50 C；已估算出苯侧和水侧的对流传热系数分别为 850W/m K、1700W/m 2K ；苯的平均比热为 1.9kJ/kg.K；如列管为 25 2.5mm的钢管,长 3 米,其导热系数为 45W/m 2K,并忽视污垢热阻及换热器的热缺失,试求：（1）传热速率为多少？（3）总传热系数 K 为多少？（2
16、）所需换热器的列管数为多少？3 解：QKStmKnd0Ltm1=490.5W/m2.K 其中,QW hCph T 1T 2=1.5*1.9*103* （80-30 ） =142.5 （kW ）K1d01d01=252.51325b10t mididm09002045225.1700t 1t 1t2=3010=18.2C lnln3067 7.（根）t210故nQ142 . 5103Kd0Ltm.3 14490 .525103318 2.五、（ 20 分）有一逆流套管换热器,由 57 3.5mm与 89 4.5mm钢管组成；甲醇在管内流淌,流量为 5000kg/h ,由 60冷却到 30,甲醇侧
17、的对流传热系数为 1512W/m 2 ,冷却水在环隙流过,入口温度 20,出口温度 35,忽视热缺失、管壁及污垢热阻,且已知甲醇平均比热为 2.6 kJ/kg ,定性温度下水的黏度为 0.84cp ,导热系数为 0.61W/m 2 ,比热为 4.174 kJ/kg ,密度为 1000Kg/m 3, 冷却水在环隙中流淌的对流传热系数可由下式运算：名师归纳总结 1o.0023de.0 R e8Cp04.,求：第 4 页,共 8 页冷却水用量；2总传热系数K；3所需套管长度；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 五、（ 20 分）1冷热流体均无相变,且无热缺失,
18、所以：3 5Q W C C pc t 2 t 1 W h C ph T 1 T 2 5000 / 3600 2 . 6 10 60 30 1 . 083 10 W（ 3 分）5W C Q 1 . 0833 10 1 . 73 Kg / s（2 分）C pc t 2 t 1 4 . 174 10 35 20 2环隙当量直径：d e D i d o 0 . 089 2 0 . 0045 0 . 057 0 . 023 m（2 分）u V S2 2 1 . 7310002 2 0 . 7 m / s（2 分）0 . 785 D i d o 0 . 785 0 . 08 0 . 057 Re ud e
19、 1000 0 7.2 0 . 0232 0 7. m / s0 . 785 0 . 08 0 . 057 C p 0 . 84 10 34 . 174 10 35 . 750 . 61就o .0 023 R e 0 . 8 C p .0 40 . 023 0 . 61 1 . 92 10 4 .0 85 . 75 .0 43279 . 7 W / m 2C（2 分）d e 0 . 0231 1 2K 01 1 d 0 1 1 57 944 . 4 W / m C（3 分）0 i d i 3279.7 1512 50360 30 35 20 25 10 tmln t 1t 1 t 2 25ln
20、 25 1016 . 4 C（3 分）t 2 10Q KS t m K d 0 l t m5l Q 1 . 083 10 39 1. m（3 分）K d 0 t m 944 . 4 .3 14 0 . 057 16 . 4六、 20 分 在一台新 套管换热器中,冷却水在 25 2.5mm 的内管中流淌,以冷凝环隙间的某饱和蒸汽；当冷却水的流速为0.4m/s 和 0.8m/s 时,测得基于内管外表面的总传热系数分别为 1200W/m 2 K 和 1700W/m 2 K；水在管内为湍流,管壁的导热系数为 45w/m .K；水流速转变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变,试求：（1）当水的流速为 0.
21、4m/s 时,管壁对水的对流传热系数为多少？（2）管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少？（3）如操作一段时间后,水流速仍维护0.4m/s ,但测得的总传热系数比操作初期下降10% ,试分析可能的缘由,并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10% ；六、（ 20 分）解：对于新换热器,可忽视污垢热阻,有名师归纳总结 1doibdo1第 5 页,共 8 页iddmKo- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 其中d i0. 0250. 002520. 02m1（1）（5 分）d o0 .025md m0. 0250. 020.0050 .0224mln0.0250.2230
22、 .02冷却水流速为0 4.m/s时10. 0250. 00250.02511200i0 .02450 .0224o8. 331041.250 .6201041io7.711041. 251io流速为.08 m/s时u2 ui208.i1. 74i10.0250 .00250.02517001.74i0. 02450 .0224o（2）（5 分）5.881040.7180 .6201041io5.261040. 7181io（ 1）求 水的流速为 0.4m/s 时,管壁对水的对流传热系数 式1-式2 ,得1. 831040.532ii2907 W/m2K（3 分）（ 2）求 管外蒸汽冷凝的对流
23、传热系数将（ 1）的运算结果带入式1中,得17.711041. 2512907o7.711044.30104o名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - o7. 71411042933 W/m2K（3 分）. 30（ 3） 操作一段时间后,水流速仍维护 0.4m/s ,但测得的总传热系数比操作初期下降 10% ,其缘由可能是污垢热阻造成的；依据 Q K S t m W c Cp c t 2 t 1 W h rK 0 9. K 时, Q也必定减小,而 2t 也会减小,从而 t m 也随之减小,所以Q 0 . 9 Q,W h 0
24、9. W h即, 蒸汽的冷凝量下降超过 10% ；（4 分）三、（20 分,08 考研）有一单程管壳式换热器,内装有 25 2.5mm 的钢管 300 根,管长为 2m；要求将流量为 8000kg/h 的常压空气于管程由 20加热到 85,壳方选用 108的饱和蒸汽冷凝；如蒸汽侧冷凝的对流传热系数为 1 104W/m2.,忽视管壁及两侧污垢热阻和热缺失；空气在平均温度下的物性常数为 cp=1kJ/kg.,2.85 102W/m., 1.98 10-5Pa.s；试求：（ 1）空气在管内的对流传热系数；（2）换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）；（3）通过运算说明该换热器能否满足要求；（4）运
25、算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度；三、（20 分, 05 考研）在套管换热器中用 120的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯；苯的流量为 4000kg/h,比热容为1.9kJ/kg ,温度从 30升至 60；蒸汽冷凝传热系数为 1 104W/m2 ,换热管内侧污垢热阻为 4 10-4m2 /W,忽视管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热缺失；换热管为 54 2mm 的钢管,有效长度为 12m；试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为 2204kJ/kg）；（2）管内苯的对流传热系数 i；（3）当苯的流量增加 50%、但其他条件维护不变时,苯的出口温度为如干？三、（ 20 分, 06 考研）一列管
26、式换热器,管径为 25mm 2.5mm,传热面积为 10m 2（按管外径计） ；今拟用于使 80的饱和苯蒸气冷凝、冷却到 50；苯走管外,流量为 1.25kg/s ；冷却水走管内与苯逆流,流量为 6kg/s ,进口温度为 10；现已估算出苯冷凝、冷却时的对流传热系数分别为 1600W/m 2K 和 850 W/m 2K；水的对流传热系数为 2500W/m 2K ；忽视管壁3 3两侧污垢热阻和管壁热阻；已知水和苯 （液体） 的比热容分别为 4.18 10 J/kg K和 1.76 10 J/kg K,苯蒸气在 80的冷凝潜热为 395 10 3J/kg ；问此换热器是否合用？三、（20 分, 0
27、7 考研）有一套管换热器,某流体走壳程,水走管程,逆流换热；工艺上要求将流量为 870kg/h 的此流体从 120冷却至 70,其比热容为 3.36 kJ/kg. ,它对管壁的对流传热系数为 2326W/m2. ,并可视为不变；已知内管为 57 3.5mm 的钢管,水的进口温度为 20；此换热器刚投入使用时很清洁,当流体出口温度为 70时,测得水出口温度为 50,管壁对水的对流传热系数为 873 W/m2. ,水的比热容为 4.174 kJ/kg.,水的密度为 994 kg/m3；由于冷却水的水质问题,管内壁结垢,使用一年后致使水的出口温度降为 45；管壁热阻及外壁污垢热阻可忽视不计,且管内外
28、对流传热系数可视为不变；试求：（ 1）新工况（结垢后）时的热流体出口温度；（ 2）该换热器面积； （3）新工况时的内壁污垢热阻系数；解：（ 1）（8分）从已知条件看,不能从冷热流体的热量衡算中求出 t2,可考虑联合热量衡算方程和传热速率方程来求取 t2；联立冷流体的热量衡算方程和传热速率方程：因tmTt1TT1t2QW ccpct2t 1KStm（2分）t2t 1lntlnTt1Tt2Tt2所以将T=110,t 1=25及上述条件代入得：110250 e.387110t2（2 分）解出： t2=52.28；（ 2）（6 分）忽视管壁热阻,所以管壁内外温度可认为相同；整个传热过程为管壁内外侧对流
29、传热的串联：名师归纳总结 其中的 t 为水的平均温度QiS itwtoS oTtw（2 分）第 7 页,共 8 页t=t 1+t2/2=25+52.28/2=38.64 ,所以t（2 分）Ttwtw11dodioi- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 将 T=110, t=38.64,o=1.1 104W/m2.,i=1000W/m2.,di=20mm,do=25mm 代入上式：110twtw138 . 641251 1.4 10100020解得： tw=105.16,接近管外侧蒸汽的温度； （2 分）（ 3）（6 分）此时的冷水出口温度为t2 =t2-5=52.28-5=47.28,依照第一问的同样步骤得到：Tt 1KSW eccpcTt2变换为：KW c cpclnTt 1（2 分）STt2将 WCC pc=14513.9W/、 S=7.536m2、 T=110、 t1=25、 t2=47.28代入上式得：K =585.43 W/m2. （ 2 分）又由于水侧显现污垢,将影响总传热系数：K1d o1do1bid iSidio所以名师归纳总结 b11do11431251.1145. 88105m （2 分）第 8 页,共 8 页Kidio585.1000 120 25101doSidi0.220- - - - - - -