期末試題期末答案換熱器部分.doc

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1、1.（5分）何謂換熱器的效能，其物理含義是什么？答：（3分），表示換熱器的實(shí)際換熱效果與最大可能的換熱效果之比（2分）。2.（5分）熱水在兩根相同的管內(nèi)以相同流速流動(dòng)，管外分別采用空氣和水進(jìn)行冷卻。經(jīng)過一段時(shí)間后，兩管內(nèi)產(chǎn)生相同厚度的水垢。試問水垢的產(chǎn)生對(duì)采用空冷還是水冷的管道的傳熱系數(shù)影響較大？為什么？答：水垢產(chǎn)生對(duì)采用水冷的管道的傳熱系數(shù)影響較大。（1分）采用水冷時(shí)，管道內(nèi)外均為換熱較強(qiáng)的水，兩側(cè)流體的換熱熱阻較小，因而水垢的產(chǎn)生在總熱阻中占得比例較大。（2分）而空氣冷卻時(shí)，氣側(cè)熱阻較大，這時(shí)，水垢的產(chǎn)生對(duì)總熱阻影響不大。（2分）3.（5分）

2、在圖（a）、（b）中所示的兩個(gè)逆流換熱器冷、熱流體溫度沿?fù)Q熱面變化曲線有無(wú)可能實(shí)現(xiàn)？如有可能，各需滿足什么條件？t'1t''20A　AxAAAAt''1t'2t'1t''20A　AxAAAAt''1t'2(a)(b)答：（a）由熱平衡：，（1分）圖中左側(cè)冷、熱流體溫差大于右側(cè)，即，（1）同時(shí)溫度變化曲線較陡，因此可能實(shí)現(xiàn)。其應(yīng)滿足的條件是：。（1分）（b）理由同上，該兩流體溫度沿程變化曲線也能實(shí)現(xiàn)，條件是。（2分）4.（5分）什么是臨界熱絕緣直徑？平壁外和圓管外敷設(shè)保溫材料是否一定能起到保溫的作用，為什么？答：（1）對(duì)應(yīng)于總熱阻為極小值時(shí)的隔熱層

3、外徑稱為臨界熱絕緣直徑。（1分）（2）平壁外敷設(shè)保溫材料一定能起到保溫的作用，因?yàn)樵黾恿艘豁?xiàng)導(dǎo)熱熱阻，從而增大了總熱阻，達(dá)到削弱傳熱的目的。（2分）（3）圓筒壁外敷設(shè)保溫材料不一定能起到保溫的作用，雖然增加了一項(xiàng)熱阻，但外壁的換熱熱阻隨之減小，所以總熱阻有可能減小，也有可能增大。（2分）5.（5分）解釋為什么許多高效隔熱材料都采用蜂窩狀多孔性結(jié)構(gòu)和多層隔熱屏結(jié)構(gòu)。答：高效隔熱材料都采用蜂窩狀多孔性結(jié)構(gòu)和多層隔熱屏結(jié)構(gòu)，從導(dǎo)熱角度看，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固體材料，因此采用多孔結(jié)構(gòu)可以顯著減小保溫材料的表觀導(dǎo)熱系數(shù)，阻礙了導(dǎo)熱的進(jìn)行（2分）；從對(duì)流

4、換熱角度看，多孔性材料和多層隔熱屏阻隔了空氣的大空間流動(dòng)，使之成為尺度十分有限的微小空間。使空氣的自然對(duì)流換熱難以開展，有效地阻礙了對(duì)流換熱的進(jìn)行（2分）；從輻射換熱角度分析，蜂窩狀多孔材料或多層隔熱屏相當(dāng)于使用了多層遮熱板，可以成倍地阻礙輻射換熱的進(jìn)行，若再在隔熱屏表面鍍上高反射率材料，則效果更為顯著（1分）。1.(5分)為什么高溫過熱器一般采用順流式和逆流式混合布置的方式？答：（1）因?yàn)樵谝欢ǖ倪M(jìn)出口溫度條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小，即采用逆流方式有利于設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（1分）??????（2）但逆流式換熱器也有缺點(diǎn)，其熱流

5、體和冷流體的最高溫度集中在換熱器的同一端，使得該處的壁溫較高，即這一端金屬材料要承受的溫度高于順流型換熱器，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行。（2分）??????（3）所以高溫過熱器一般采用順流式和逆流式混合布置的方式，即在煙溫較高區(qū)域采用順流布置，在煙溫較低區(qū)域采用逆流布置。（2分）2.（5分）空調(diào)和制冷用的冷卻器，其管外裝的肋片往往制成百葉窗式肋片，見圖2。試問肋片做成這種形式的意義？答：空氣流過平直肋片時(shí)，隨著流程的增長(zhǎng)，邊界層會(huì)增厚，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會(huì)減小。將其做成百葉窗式，可使流體流經(jīng)肋片的邊界層破壞，使邊界層減薄。（2分）同時(shí)，流體脫離百葉窗式肋片后

6、產(chǎn)生分離狀擾動(dòng)。這些均能強(qiáng)化傳熱。（2分）增加換熱面積。（1）六、（10分）用進(jìn)口溫度為12℃、質(zhì)量流量kg/h的水冷卻從分餾器中得到的80℃的飽和苯蒸汽。使用順流換熱器，冷凝段和過冷段的傳熱系數(shù)均為980W/(m2·K)。已知苯的汽化潛熱J/kg，比熱容1758J/（kg·K）。試確定將質(zhì)量流量3600kg/h的苯蒸汽凝結(jié)并過冷到40℃所需的冷凝段和過冷段傳熱面積分別為多少。（水的定壓比容4183J/（kg·K）。）過冷段冷凝段tAx0℃℃t2m℃解：先計(jì)算總傳熱量：冷凝段：W（1分）過冷段：W（1分）水的定壓比熱容：J/(kg·K)由冷凝段熱

7、平衡，有：所以，得℃（1分）冷凝段對(duì)數(shù)平均溫差：℃（2分）冷凝段換熱面積為：m2（1分）由過冷段熱平衡，有：得℃（1分）其過冷段對(duì)數(shù)平均溫差為：℃（2分）故過冷段傳熱面積為：m2（1分）六、（10分）一臺(tái)逆流式油冷器，管子為銅管，外徑為15mm，壁厚為1mm，銅管導(dǎo)熱系數(shù)為384W/m·K。在油冷器中，密度為879kg/m3，比熱容為1950J/kg·K，流量為39m3/h的油從℃冷卻到了℃，油在管外的隔板間流，對(duì)流換熱系數(shù)W/m2·K，冷卻水在油冷卻器的管內(nèi)流，進(jìn)口溫度℃，溫升為4℃，對(duì)流換熱系數(shù)W/m2·K，若溫差修正系數(shù)，（1）試求按管子外

8、表面面積計(jì)算的總傳熱系數(shù)。（2）試求所需傳熱面積。解：總的換熱系數(shù)W/(m2?K)（3分）先求出逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差℃，℃（1分）℃（2