传热与传质复习

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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：稳态导热的计算（平壁、圆筒壁）必考2、3、4、6、7、非稳态导热的计算（集总参数分析法，先算 Bi）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）热辐射的简单计算（斯蒂芬波尔兹曼定理，维恩位移定理）传热过程的计算（传热系数、热阻计算）换热器的热计算（对数平均温差法、有效度传热单元数法）单向扩散与等摩尔逆向扩散的通

2、量计算传热与传质模拟题、判断题1、等温线一定垂直于绝热边界（V）2、在圆筒壁外敷设保温层都可以削弱传热（X）3、强迫对流换热系数一般大于自然对流换热系数（V）4、温度梯度的方向指向温度降落的方向（X）5、集总参数分析法认为温度分布和空间位置无关（V）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（ V）7、单向扩散的9 A = yBm （V）8、在化学反应中一般通量是计算J和N （V）AA9、扩散通量为零的组分称为呆滞组分（X）10、在Sc=1时普朗特类比可转化为雷诺类比（V）、填空题1、厚度6,导热系数入为常数的大平壁的单位面积导热热阻是6/入。2、保温材

3、料是指导热系数小于0.12W/（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， 即入=g1+bt）。6、导温系数a称作热扩散系数，它的单位是m2/s ；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、1_无限长圆筒壁的单位管长导热热阻是2厭lnd2 d1表面扩散。8、气体在多孔介质中的扩散主要有空克扩散、努森扩散、9、温度为288K，压力为1bar时，一氧化碳在氮

4、气中的扩散系数为1.945X10-5 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1.05X10-5 m2/s10、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逸数曲线， 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，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

5、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650C后置于20C的静止水容器中。当银球中心温度均由650C变化到450C时，用 热电偶分别测得的降温速率为180C/s。在上述温度范围内银的物性参数p =10500 kg/ m3，c = 2.62

6、X102 J /(kg - K)，九二360W /(m - K)。试求银球与水之间的表面传热系数。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。0= 45020 = 430C，9 二 650 - 20 二 630oC= 0.0033(m) ，V = R = 10 xl0-3 a = I39/ a A 、=exp ( t) 由9PcV ，得:P cVT A9陀)10500 x 2.62 x 102Hlx 0.0033 x In 430=3123.71W /(m2 。C)验算 Bi 数：Bi 二二二 3123.73

7、600.0033 二 .。29 0AM 二 .。33满足集总参数条件，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200C,空气温度为20C。已知1Num二OmilRemOPrm3，空气物性参数见下表。求气流速度。T，CX, W/(m K)u , m 2 / sPr202.59X10-215.06X10-60.7031103.27X10-224.29X10-60.6872003.93X10-234.85 X 10-60.680解：定性温度t二-(t +1 )二110OC，特征长度

8、d=0.1mmm 2 w f查表得九=3.27X10-2 W /(m K)，u =24.29X10-6 m 2 / s，P =0.687m m rm由换热条件得：12R=a兀dL(t t )wf即：1.22 x 0.2=a x兀 x 0.1 x 10-3 x 10 x 10-3 x( 200-20)解得 = 509.3W/(m2 K)冲a d 509.3 x 0.1x10-3N = 1.56um X3.27x10-2m1又因 N 二 0.911R0.385 P 3umemr m得 R = 5.57，emvd故，uRV = mem-d5.57 x 24.29 x 10-60.1 x 10-3=1

9、.35m/s3、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 J /(kg K)，入口温度40C，出口温度95C。热流体质流量0.125kg/s,定压比热为2100 J/(kg K)，入口温度210C，(1)该换热器最大可能的传热量是多少？(2)若冷、热流体侧的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(m2K)/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

10、的传热量：Q = (mc )(t -1 ) = 0.125 x 2100 x (210 - 40) = 44625(W)p min h 1 c 1(2)确定换热器的面积:根据热平衡方程式(m c )(t -1 ) = (m c )(t -1 )确定热流体出口温度，即:h ph h1 h 2 c pc c1 c 2t = th2-(mcp-!2)= 210- 125x4200x(95一40) = 110Ch1mch ph0.125 x 2100对数平均温差：At厲=空 - 95)-(110 - 40) = 90.65P Atln 卜At2ln2110 - 40换热量：Q = (m chph)(t

11、 -1 ) = 0.125 x 2100 x (210 -110) = 26250(W) h1 h 2换热系数：11 1+ r + + r a12 20001-1= 107.14W / (m2 - K)一 + 0.0004 + 丄 + 0.0001 120换热器的面积为：A=kArm型=2.7( m 2)107.14 x 90.65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0C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0C和latm条件下D= 0.181cm2 /s。试分N2O2别计算以下两种扩散条件

12、下的氧的通量：(1) 氮为呆滞气体；(2) 等摩尔逆向扩散解:(1)pDAByB,mln B2yB1(1-y ) - (1-y )(1-0.1) - (1-0.2)A2j-1 - yA2ln1-yA1ln1 - 0.11 - 0.2二 0.85RT(z -z )y21 B ,m(yA1-yA2)=1x105 x 1.81x10-58.314x273x2x10-3x0.85(0.2 一 0.1) = 0.047mol / (m2 - s)2）pD1x105x1.81x10-5N = ab (y - y ) =x (0.2 - 0.1) = 0.04mol / (m2 - s)a RT(z -z

13、) A1 A28.314x273x2x10-321传热与传质模拟题二、判断题1、热传导和热对流都没有能量形式的转化（V）2、一般导电性好的金属，导热性也好（V）3、毕渥数和努谢尔特数表达式一样，意义和用途也一样（X）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（X）5、任何情况下，逆流的换热器有效度都大于顺流（X）6、在工业高温范围内，辐射主要是可见光（X）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（V）8、影响扩散系数的因素主要是温度、压力和系统组分（V）9、在传质设备的工程计算中，常用n和j （X）AA10、稳态导热时通过长圆筒壁内的不同半径柱面上的热流

14、密度相等 （X）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。3、边界层内壁面速度梯度及温度梯度鱼大。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 入=0.5mm，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 波长入 与 绝对温度T之间的函数关系。7、呆滞组分是指 净通量为零 的组分。8、雷诺类比的结论是 j =j =j 。M H D9、有一 O2(A)与CO2(B)的混合物，温度为294K,压力为1.519 X105Pa,已知yA=0.40, vA=0.88 m/s，那么，CA= 24.86 mol/m3 , p = 1.