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1、石工 10 级 8 班复习资料1传热与传质复习考试时间:100 分钟考试题型:判断题(10 题 20 分) 、填空题( 10 空 20 分) 、简答分析题(1 题 10 分) 、计算题(4 题 50 分)判断填空题:基本概念、小计算简答分析题:基本定义的理解、公式的简单推导、证明、对实际现象的分析计算题:1、稳态导热的计算(平壁、圆筒壁)2、非稳态导热的计算(集总参数分析法,先算 Bi)3、简单的对流换热计算(不试算,注意公式选择,修正项,选对定性温度和定型尺寸)4、热辐射的简单计算(斯蒂芬 波尔兹曼定理,维恩位移定理)5、传热过程的计算(传热系数、热阻计算)6、换热器的热计算(对数平均温差法
2、、有效度传热单元数法)7、单向扩散与等摩尔逆向扩散的通量计算必考5 选2石工 10 级 8 班复习资料2传热与传质模拟题一一、判断题1、等温线一定垂直于绝热边界()2、在圆筒壁外敷设保温层都可以削弱传热()3、强迫对流换热系数一般大于自然对流换热系数()4、温度梯度的方向指向温度降落的方向()5、集总参数分析法认为温度分布和空间位置无关()6、无论紊流流动还是层流流动的对流换热过程,热阻主要位于边界层内属于层流流动的部分()7、单向扩散的 ()ABmy8、在化学反应中一般通量是计算 和 ()AJN9、扩散通量为零的组分称为呆滞组分()10、在 Sc=1 时普朗特类比可转化为雷诺类比()二、填空
3、题1、厚度 ,导热系数 为常数的大平壁的单位面积导热热阻是_/ 。2、保温材料是指导热系数小于_0.12 W/(mK)_的材料。3、金属含有较多的杂质,则其导热系数将 减小 。4、在传热学中热量传递的基本方式有三种,分别是 热传导 、 热对流 、 热辐射 ;在传质学中质量传递的两种基本方式是 分子扩散 和 对流扩散 。5、对于许多工程材料,在一定的温度范围内,导热系数可以认为是温度的线性函数,即 =0(1+bt) 。6、导温系数 a 称作 热扩散系数 ,它的单位是 2/ ;导温系数大的材料,物体各部分温度趋于一致性的能力 强 。7、无限长圆筒壁的单位管长导热热阻是21dln8、气体在多孔介质中
4、的扩散主要有 斐克扩散 、 努森扩散 、 表面扩散 。9、温度为 288K,压力为 1bar 时,一氧化碳在氮气中的扩散系数为 1.94510-5 m2/s,则温度为 303K,压力为 2bar 时,一氧化碳在氮气中的扩散系数为 1.0510-5 m2/s 。石工 10 级 8 班复习资料310、一维稳态无化学反应常物性时,通过呆滞组分扩散的浓度分布曲线是 指数曲线 ,等摩尔逆向扩散的浓度分布曲线是 直线 ;一维稳态无内热源常物性时,圆筒壁的温度分布曲线是 对数曲线 。三、简答分析题简述传热学在石油工程中的应用:1、在钻井工业中,随井眼的加深地温升高,无论是钻井液中使用的化学处理剂还是粘土颗粒
5、,其化学性能都将受到不良影响,从而使钻井液失去稳定性,因此,预测深井中的井温分布对钻井液的研制起着指导性作用,对快速、优质、安全钻井有重要意义;同时,井内温度分布对固井水泥浆性能、井壁稳定性、岩石破碎及钻头工作性能都有一定影响。2、对稠油和高凝油的开采,加热降粘或维持温度能有效减小流动阻力,提高采收率;水力压裂的压裂液性能也受温度分布的影响。3、石油运输行业中,依据原油受热粘度降低,可减小管输阻力,降低运输难度和运输成本,为后续工艺要求打下基础。四、计算题1、热处理工艺中,常用银球来测定淬火介质的冷却能力。今有直径为 20mm 的银球,加热到 650 后置于 20的静止水容器中。当银球中心温度
6、均由 650变化到 450时,用热电偶分别测得的降温速率为 180s。在上述温度范围内银的物性参数 10500 kgm 3,c 2.6210 2 , 。试求银球与水之间的表面传热系数。/()JkgK360/()WmK解:本题表面传热系数未知,即 Bi 数为未知参数,所以无法判断是否满足集总参数法条件。为此,先假定满足集总参数法条件,然后验算。,45023C65023C, 1.()3VRmA1.(8s)由 ,得:=expc( -) 2 2105.610430ln().ln1.7/()6V WmCA石工 10 级 8 班复习资料4验算 Bi 数: 312.703.290.1.36iVBMA满足集总
7、参数条件,上述分析和计算是合理的。2、采用测定铂丝电阻的方法可间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝d=0.1mm,长 10mm,电阻 0.2 ,通过电流 1.2A,表面温度为 200,空气温度为 20。已知 ,空气物性参数见下表。求气流速度。10.385er.9RPummNT, ,/()WmK2,/msPr20 2.5910-2 15.0610-6 0.703110 3.2710-2 24.2910-6 0.687200 3.9310-2 34.8510-6 0.680解:定性温度 ,特征长度 d=0.1mm1()0C2mwftt查表得 =3.2710-2 , =24.2910-6 ,P r
8、m=0.687/WKm2/s由换热条件得: 2R=(wfIdLt)即: 2 -3-31.0.0.101-( 0)解得 2593/()K32.1.5670umdN又因 .385er0.91RPum得 ,而 e57mvd故,6e-3.24.910=.5/svd3、一台逆流套管式换热器在下列条件下运行,传热系数保持不变,冷流体质流量0.125kg/s,定压比热为 4200 ,入口温度 40,出口温度 95。热流体质流量/()JkgK石工 10 级 8 班复习资料50.125kg/s,定压比热为 2100 ,入口温度 210, (1)该换热器最大可能的传热量/()JkgK是多少?(2)若冷、热流体侧的
9、对流换热系数及污垢热阻分别为 2000 W/(m2K)、0.0004 (m2K)/W、 120 W/(m2K)、0.0001(m 2K)/W,且可忽略管壁的导热热阻,试利用对数平均温差法确定该套管式换热器的换热面积;并说明为增强换热,应提高哪个换热系数。解:(1)确定换热器最大可能的传热量: min1Q()0.251(04)625()phct W(2)确定换热器的面积:根据热平衡方程式 确定热流体出口温度,即:1212()()hphcpctt21 0.54(90)1cchhpt Cm对数平均温差: 12(095)(140)9.65lnlnmt换热量: 12Q()0.51(201)6250()h
10、phct W换热系数: 212 7.4/()10.40.2k mKr 换热器的面积为: 265.7()107.49.mQAkt为增强换热,应提高小的换热系数,即 120 W/(m2K)。4、压力为 1atm、温度为 0的氧+ 氮二元扩散系,在扩散路径上相距 2mm 的两点氧气浓度分别为 10%和 20%的容积百分数,已知 0 和 1atm 条件下 。试22O0.18/NDcms分别计算以下两种扩散条件下的氧的通量:石工 10 级 8 班复习资料6(1)氮为呆滞气体;(2)等摩尔逆向扩散。解:(1) 2121, ()()(0.)(1.2)085lnlnlnBAAmyy55 212 321, 0.
11、8() (0.21).47/()()8.34721.ABAAmpDNy molsRTz (2) 55 212 32 0.()(0.1).4/()8.34721ABAApy olsz 传热与传质模拟题二一、判断题1、热传导和热对流都没有能量形式的转化()2、一般导电性好的金属,导热性也好()3、毕渥数和努谢尔特数表达式一样,意义和用途也一样()4、冷热流体进出口温度相同的情况下,逆流的对数平均温差大于顺流()5、任何情况下,逆流的换热器有效度都大于顺流()6、在工业高温范围内,辐射主要是可见光()7、自然界并不存在绝对的黑体、白体和透明体,它们都是理想模型()8、影响扩散系数的因素主要是温度、压
12、力和系统组分()9、在传质设备的工程计算中,常用 和 ()Anj10、稳态导热时通过长圆筒壁内的不同半径柱面上的热流密度相等 ()二、填空题1、雷诺类比假设紊流流动是由 层流底层 和 紊流核心 组成的。2、如果温度不仅随其 空间 变化,而且还随 时间 而变化,则该温度场称之为非稳定温度场。石工 10 级 8 班复习资料73、边界层内壁面速度梯度及温度梯度 最大 。4、格拉晓夫准则的数值反映 浮升力 与 粘性力 之比。5、太阳辐射最大单色辐射力对应的波长为 =0.5m,据此可知太阳的表面温度约为_5795.2 K_。6、普朗克定律确定了黑体单色辐射力 Eb 和 波长 与 绝对温度 T 之间的函数
13、关系。7、呆滞组分是指 净通量为零 的组分。8、雷诺类比的结论是 。Mj=HD9、有一 O2(A)与 CO2( B)的混合物,温度为 294K,压力为 1.519105Pa,已知yA=0.40,v A=0.88 m/s,那么, CA= 24.86 mol/m3 , = 1.64 kg/ m3 ,n A= B。20.7/()kgms10、已知温度为 288K,压力为 1bar 时, ;那么,温度为 303K,521.940/ABDs压力为 2atm 时, 。ABD521.0/ms三、简答分析题有二维温度场和二维浓度场,其中不存在化学反应和内热源,温度和浓度分布都不随时间变化,各种物性参数视为常数
14、,其中的流动也不存在整体流动,不考虑两个场的相互影响。x=0,温度恒为 tw0,A 组分的浓度为 CA0 ;x=a,绝热, A 组分的净通量为坐标 y 的函数;y=0,有温度为 tf 的流体流过,对流换热系数为 ,传质膜系数为 kc;y=b,恒定热流密度,A 组分无净通量。试写出以上关于温度场和 A 组分浓度场的完整数学描述温度场: 浓度场: 220,(),AAcAcxyaNfykb20,()wftxytaqytbC石工 10 级 8 班复习资料8四、计算题1、一双层玻璃窗,宽 1.1m,高 1.2m,厚 3mm,导热系数为 1.05W/(mK);中间空气层厚 5mm,设空气隙仅起导热作用,导
15、热系数为 0.026W/(mK)。室内空气温度为 25。表面传热系数为 20W/(m2K);室外空气温度为-10,表面传热系数为 15 W/(m2K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量,并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。解:(1)双层玻璃窗情形,由传热过程计算式: 123()1.2(510)146.8()03.3.65ffiiAtq W(2)单层玻璃窗情形: 12().12(510)386.().0ffAtq显然,单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的 2.6 倍。因此,北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。2、100W 灯泡的灯丝温度为 2800K,黑度为 0.3。试计算;(1)灯丝所必需的最小面积(2)单色辐射力为最大值时的射线波长解:(1) 得:4bQAT 52484109.610().35672b m(2)由维恩位移定理, max9.3()3、在油