(1)45．0℃，45．0℃ (2)42．5℃，40．0℃ (3)44．8℃，39．9℃ (4)39．9℃，44．8℃

10． 用ε—NTU法进行换热器的校核计算比较方便是由于下述的哪个理由? ( )

(1)流体出口温度可通过查图得到 (2)不需要计算传热系数 (3)不需要计算对数平均温差 (4)不需要进行试算

11． 在相同的进出口温度下，换热器采用哪种流动型式有可能获得最大平均温差?( )

(1)顺流 (2)交叉流 (3)逆流 (4)混合流

12． 对于换热器的顺流与逆流布置，下列哪种说是错误的？ ( )

（1）逆流的平均温差大于等于顺流 (2)逆流的流动阻力大于等于顺流 (3)冷流体出口温度逆流可大于顺流 (4)换热器最高壁温逆流大于等于顺流 13． 临界热绝缘直径是指：（ ) （1） 管道热损失最大时的热绝缘直径 （2） 管道热损失最小时的热绝缘直径 （3） 管道完全没有热损失时的热绝缘直径 （4） 管道热阻最大时的热绝缘直径

14． 增厚圆管外的保温层，管道热损失将如何变化? ( )

(1)变大 (2)变小 (3)不变 (4)可能变大，也可能变小 15． 试判断下述几种传热过程中哪一种的传热系数最大? ( )

(1)从气体到气体传热 (2)从气体到水传热 (3)从油到水传热 (4)从凝结水蒸气到水 16． 下列哪种传热器不是间壁式换热器? ( )

(1)板翅式换热器 （2）套管式换热器 (3)回转式换热器 (4)螺族板式换热器

17． 高温换热器为了避免出现较高壁温，常优先考虑采用哪种流动型式？ （ ）

(1)逆流 (2)顺流 (3)叉排 (4)顺排

18． 换热器管内为被加热水；管外为烟气，水侧结垢后管壁温度将会如何改变？或烟侧积

灰后，管壁温度又将如何改变? ( ) (1)增大，增大 (2)减小，减小 (3)增大，减小 (4)减小，增大

19． 已知敷设在圆管外的保温材料的导热系数为0．08 W／(m.K),管外环境介质的传热系数

为8W／(m2．K)，其临界热绝缘直径为： (1)0．02m (2)200m (3)0.005m (4)50m 20． 已知一传热设备，新投入时传热系数为78W／(m2．K)，使用一年后其传热系数为

55W／(m2．K)，则其污垢热阻:

(1)0．018(m2.K)／W (2)0.005(m2.K)／W (3)0.0128(m2.K)／W (4)0.003(m2.K)／W 21． 下列哪个是传热单元数？

(1)ε (2) Cmin/Cmax (3) KA/Cmin (4)

?tmax??tmin?tlnmax?tmin

22． 下列哪个不是增强传热的有效措施？

(1)波纹管 (2)逆流 (3)板翅式换热器 (4)在对流传热系数较大侧安装肋片 23． 试计算逆流时的对数平均温差，已知热流体由300℃冷却到150℃，而冷流体由50℃

加热到100℃。

(1)124 ℃ (2)134 ℃ (3)144℃ (4)154℃

19．热流体和冷流体交替地流过同一流道的换热器称为 。

(1)热管换热器 (2) 间壁式换热器 (3)回热式换热器 (4)混合式换热器

四、简答题

1． 试举出3个隔热保温的措施，并用传热学理论阐明其原理？

(提示:可以从导热、对流、辐射等角度举出许多隔热保温的例子.例如采用遮热板,可以显著削弱表面之间的辐射换热，从传热学原理上看，遮热板的使用成倍地增加了系统中辐射的 表面热阻和空间热阻，使系统黑度减小，辐射换热量大大减少；又如采用夹层结构并抽真空，可以削弱对流换热和导热，从传热角度看，夹层结构可以使强迫对流或大空间自然对流成为有限空间自然对流，使对流换热系数大大减小，抽真空，则杜绝了空气的自然对流，同时也防止了通过空气的导热；再如表面包上高反射率材料或表面镀银，则可以减小辐射表面的吸收比和发射率(黑度)，增大辐射换热的表面热阻，使辐射换热削弱，等等。)

2． 解释为什么许多高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构。

(提示：从削弱导热、对流、辐射换热的途径方面来阐述。高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构，从导热角度看，空气的导热系数远远小于固体材料，因此采用多孔结构可以显著减小保温材料的表观导热系数，阻碍了导热的进行；从对流换热角度看，多孔性材料和多层隔热屏阻隔了空气的大空间流动，使之成为尺度十分有限的微小空间。使空气的自然对流换热难以开展，有效地阻碍了对流换热的进行；从辐射换热角度分析，蜂窝状多孔材料或多层隔热屏相当于使用了多层遮热板，可以成倍地阻碍辐射换热的进行，若再在隔热屏表面镀上高反射率材料，则效果更为显著。)

3． 什么叫换热器的顺流布置和逆流布置?这两种布置方式有何特点？设计时如何选用？ (提示：从顺、逆流布置的特点上加以论述。冷、热流体平行流动且方向相同称为顺流，换热器顺流布置具有平均温差较小、所需换热面积大、具有较低的壁温、冷流体出口温度低于热流体出口温度的特点。冷、热流体平行流动但方向相反称为逆流，换热器逆流布置具有平均温差大、所需换热面积小、具有较高壁温、冷流体出口温度可以高于热流体的出口温度的特点。设计中，一般较多选用逆流布置，使换热器更为经济、有效，但同时也要考虑冷、热流体流道布置上的可行性，如果希望得到较高的壁面温度，则可选用逆流布置，反之，如果不希望换热器壁面温度太高，则可以选择顺流布置，或者顺、逆流混合布置方式。) 4． 试解释并比较换热器计算的平均温差法和ε—NTU法？

(提示：从平均温压法和ε—NTU法的原理、特点上加以阐述。两种方式都可以用于换热器的设计计算和校核计算，平均温差法是利用平均温差来进行换热器的计算，而ε—NTU法是利用换热器效能ε与传热单元数NTU来进行换热器计算。平均温压法要计算对数平均温压，而ε—NTU法则要计算热容量比、传热单元数或换热器效能。设计计算时，用平均温差法比用ε—NTU法方便，而在校核计算时，用ε—NTU法比用平均温差方便。) 5． 请说明在换热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响，如何防止。 (提示：从传热系数或传热热阻角度分析。在换热设备中，水垢、灰垢的存在将使系统中导热热阻大大增加，减小了传热系数，使换热性能恶化，同时还使换热面易于发生腐蚀，并减小了流体的流通截面，较厚的污垢将使流动阻力也增大。此外，热流体侧壁面结垢，会使壁面温度降低，使换热效率下降·，而冷流体侧壁面结垢，会导致壁温升高，对于换热管道，甚至造成爆管事故。防止结垢的手段有定期排污、清洗、清灰，加强水处理，保证水质，采用除尘、吹灰设备等。)

五、计算题

1． 有一墙体，由三层材料建成，内层为墙砖，厚20mm，导热系数0．5W／(m·K)，中

间层为保温材料，厚35mm，导热系数为0．021W／(m·K)，外层为防护层，厚5mm，导热系数为0．8W／(m·K)。已知内侧的对流传热系数为50W／(m2．K)、辐射传热系数为30W／(m2．K)，流体温度为760℃；外例的对流传热系数为5．6 W／(m2．K )、辐射传热系数为3．6 W／(m2．K)，流体温度为20℃，试求： （1） 传热系数； （2） 热流密度；

（3） 防护层两侧的温度。

(提示：这是一个计算通过多层平壁的传热问题。 答案：传热系数为0.545W/(m2.K),热流密度403．5W/m2，防护层两侧温度分别为 63．86℃和66．38℃。)

2． 有一铜塑复合板，两侧分别流过冷、热介质，复合板的厚度为2．5mm，其中铜板厚

1．5mm，铜的导热系数很大，导热热阻可忽略不计，聚乙烯材料的导热系数为0．04W／(m·K)，热流体侧的对流传热系数为3000W／(m2．K)，冷流体侧的对流传热系数为30 W／(m2．K)，试求：

（1） 该传热过程中各个环节的热阻及在总热阻中所占的百分比； （2） 传热系数；

（3） 若要强化传热，应在哪一侧加肋片较好?若在该侧加装了直肋，肋化系数β＝12，

肋壁效率η＝0．88，此时传热系数又为多少?

(提示：这是一个求解传热过程中各环节分热阻和总热阻、计算平壁和肋化壁的传热系 数的问题。肋片应当加在对流换热热阻较大的一例。 答案：(1)3．333×10-4(m2．K)/W，0．57％(热流体侧)；0．025(m2．K)/W，42．63％(壁面)；0．0333(m2．K)/W，56．78％(冷流体侧)；(2)传热系数17．05W／(m2．K)。(3)冷流体侧 的对流换热热阻大于热流体侧，应在冷流体侧加肋较好。加肋后的传热系数为35．1 W/(m2．K)。)

3． 有一热水管道，内径为20mm，外径为25mm，管壁导热系数为45W／(m·K)。管内流

过95℃的热水，管外包着导热系数为0．056W／(m·K)的保温层，厚度为2mm。已知热水对管内壁的传热系数为1200 W／(m2·K)，保温层外的空气温度为25℃，空气与保温层表面的复合传热系数为10W／(m2·K)。试问： （1） 每米长管子的散热量为多少？若折算成煤气，设煤气的发热量为10000kJ／m3，则

单位管长的散热量相当于每30天消耗多少煤气？ （2） 保温层外表面的温度为几度? （3） 若将保温层厚度增加至10mm，情况如何? （4） 若将保温层材料改为导热系数为0．011W／(m·K)的新材料，厚度仍为2mm，则

情况又怎样?

(提示：这是一个计算通过多层圆筒壁的传热问题.

答案：散热量45.65W/m，相当于每30天11.83m3的煤气，保温层外表面温度为70．1℃。保温层厚度增厚以后,散热量为29.27W／m，相当于每30天7．6m3的煤气，保温层外表面温度为40．7℃。保温材料更新后，散热量为21．48W／m，相当于每30天5.57m3的煤气，保温层外表面温度为43.57℃。保温方案的确定还需要考虑经济性问题。)

4． 已知热流体的流量为1．5kg／s，比热为4．18kJ／(kg·K)，进口温度为170℃；冷流

体的流量为2kg／s，比热为2．23kJ／(kg·K)，进口温度25℃，现准备用一螺旋板式传热器作为热交换设备，其传热面的曲率影响在对流传热系数中考虑，因此传热面可以按平壁处理，且壁面为良导热材料，其导热热阻可以忽略，热流体对传热壁面的对流传热系数为2000W／(m2．K)，冷流体对壁面的对流传热系数为750W／(m2·K)，

为了使冷流体的出口温度达到80℃以上，问： （1） 热流体的出口温度为多少? （2） 该换热器的传热系数为多少? （3） 若采用逆流布置，需要多大的传热面？ （4） 若采用顺流布置，传热面又需多少?

(提示：这是一个换热器的设计计算问题。 答案：热流体出口温度130．88℃，传热系数545．45W／(m2．K)，逆流时换热面积需要4．6m2，顺流时需要5．0m2。) 5． 流量为0．2kg／s、比热容为2．0 kJ／(kg·K)、初温为350℃的油将水从15℃加热到

70℃，出口油温为l00℃，冷却水的比热容取为4．174kJ／(kg·K)。今有两台逆流式换热器：(A)KA＝500W／(m2．K)；(B)KB＝150W／(m2．K)。试分别用对数平均温差法和ε—NTU法计算：

(1)冷却水的质量流量为多少?

(2)请通过计算，说明选用哪一台换热器较好?

(提示：这是一个通过计算换热面积来选择换热器的设计类问题。 答案：冷却水的质量流量是0.436kg／s。换热器A的换热面积是1．22m2，换热器B的换热面积是4．08m2，根据换热面积判断，达到相同换热量，A所用的换热面积小于B，因此A较好。)

6． 有一气—水换热器，烟气从管外流过，水从管内流过，换热管的外径为50mm、壁厚为

3．5mm，钢管的导热系数为45W／(m·K)。已知烟气侧传热系数h0＝80W／(m2．K)，水侧传热系数hi＝3500W／(m2．K)，烟气平均温度500℃，水的平均温度70℃，试求： （1） 各个环节的分热阻及传热系数；

（2） 单位管长的热流量和管外壁温度。

(提示：这是一个计算换热设备的传热系数和换热量的问题，同时需要校核管壁温度。 答案：热阻为0．0796(m3.K)/W(烟侧)、0．00053(m2．K)/W(管壁)、0．002l(m2．K)/W(水侧)，传热系数为77．41W/(m2．K)，单位长度换热量为5．23kW/m，管外壁温度是83.87℃) 7． 对于第3题所述的换热器，若运行一段时间后，外壁面结了厚1mm、导热系数为0．1W

／(m·K)的灰垢，则其传热系数和单位长度传热量又为多少?管外壁温度怎样变化?若是在管内壁上结了厚1mm、导热系数为l W／(m·K)的水垢，而管外壁上无灰垢，情况又如何?

(提示：这是一个计算有污垢时换热设备的传热系数、换热量和管壁温度的问题。

答案：有灰垢时：传热系数为44．01W／(m2．K)(下降约43％)，单位长度换热量为 2．97kW/m，管外壁温度为78．26℃(下降近7％)；有水垢时：传热系数为70．89W/(m2．K) (下降约8％)，单位长度换热量为4．79kW/m，管外壁温度为118．7℃ (上升约为42％)。) 8． 有一空气预热器，烟气从管内流过，空气在管外横掠管束传热，换热器管外总传热面积

为18．3m2，空气的进口温度为30℃，流量为1．0×104kg／h，比热为1．005kJ／(kg·K)，空气对管壁的对流传热系数为100W／(m2．K)；烟气的进口温度为430℃，流量为1．4×104kg／h，比热为1．122kJ／(kg·K)，烟气对管内壁的对流传热系数为70 W／(m2．K)；传热管的外径为60mm，壁厚3mm，管壁为金属，导热热阻可以忽略，试问： （1） 按顺流布置，空气与烟气的出口温度为多少? （2） 按逆流布置，空气与烟气的出口温度又为多少?

(提示：这是一个换热器的校核问题，可以用平均温差法计算，也可用传热单元数法计算，用后者计算更为方便。

答案：按顺流布置，空气出口温度为112．8℃，烟气出口温度为377．0℃；按逆流布置，空气出口温度为113．7℃，烟气出口温度为376．4℃。)

9． 用一台逆流套管式换热器来冷却润滑油，热油的入口温度为100℃，出口温度为40℃，

比热为2．1 kJ／(kg·K)；冷却水在管内流动，入口温度为20℃，出口温度为50℃，流量为3kg／s，比热为4．174kJ／(kg·K)，已知换热系统的传热系数为350W／(m2．K)，试求：

（1） 润滑油的流量； （2） 换热器的传热量； （3） 所需传热面积。

(提示：这是一个计算热流体流量、换热量和换热面积的问题

答案：油流量为2．98kg／s，换热量为375．66kW，需要传热面积32.78m2。) 10． 有一管壳式换热器，传热面由内径为20mm、外径为25mm的铜管组成。管内的水

流速度为1m／s，进口水温25℃，出口水温50℃。管外空气横向流动，管外的肋化系数为12，肋效率为0．8，最窄处气流速度为12m／s，空气进、出口温度分别为200℃和150℃。若该换热设备的污垢热阻取0．0008m2．K／W，试求： （1） 管内对流传热系数； （2） 管外对流传热系数； （3） 以管内表面为基准的传热系数； （4） 对数平均温压(温差修正系数为0．95)； （5） 以管子内表面为基准的传热面积。

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己知水的物性：λ＝0．66W／(m·K)，ρ＝992kg／m3，ν=0．66×10m/s，管

．．

内流动传热的准则方程式为：Nuf＝0．023Ref08Prf04。

-62

空气物性：λ＝0．037W／(m·K)，ρ＝0．799kg／m3，ν＝31．25×10m/s，

．．

cp=1．02kJ／(kg·K)，管外横向流动传热的准则方程式为：Nuf＝0．25Ref06Prf033。 (提示：这是一个换热器的设计计算问题。

答案：管内对流换热系数为5155W／(m2．K)，管外对流传热系数为80．16W／(m2．K)，以管内表面为基准的传热系数为810.65W／(m2．K)，对数平均温压为130．26℃，以管内表面为基准的传热面积为0．31m2。)