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程
习题 ：１章／２章／３章／４章／５章／６章 试题：96年A／96年B／97年／98年／99年／02年
第二章 传热过程和设备习题
2－1每小时有500kg，温度为60℃的饱和水蒸气通入冷凝器，冷凝器顶部有20℃的冷却水喷入，水蒸气与冷却水直接
接触后便冷凝下来与冷却水混合从冷凝器底部排出，温度为28℃。冷凝器顶部又用真空泵每小时抽出5kg的25℃的饱 和水蒸气，
求每小时冷却水用量。（热损失忽略不计）
习题解答
2－2燃烧炉的平壁从里到外由下列3种材料组成： 1）耐火砖，其λ1=1.047 W/(m·k)，δ1=150mm； 2）保温砖，其λ2=0.15 W/(m·k)；
3）普通砖，其λ3=0.93 W/(m·k)，δ3=228mm。耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与保温砖接触面温度940℃，保温砖与普通砖的接触面温度138℃， 试求：（1） 保温砖的厚度； （2） 普通砖的外侧温度。
2－3某燃烧炉的平壁是由一层耐火砖（其λ1=1.047 W/(m·k)）与一层普通砖（其λ2=0.814 W/(m·k)）砌成，两
层厚度均为100mm，操作达到稳定后，测得炉壁的内表面温度是700℃，外表面温度为
习题解答
130℃。为了减少热量损失，在
普通砖外表面上增加一层厚度为40mm的保温材料（含85％的氧化镁，λ3=1.047 W/(m·k)）。待操作达到稳定后，
又测得壁的内表面温度为740℃，外表面（即保温层表面）温度为90℃。 试计算加保温层前后，每小时每平方米的壁面各损失热量多少？
2－5有一过热蒸汽输送管，管外径d0=320mm，壁温tw0=510℃，外包两层保温层，内层为粉煤灰及熟料泡沫混凝土，
其λ1=0.097 W/(m·k)，δ1=22mm；外层为石棉硅藻土，其λ2=（0.1622＋0.000169tm）W/(m·k)。若每米长的
管子热损失为1395.6 W/m，最外层壁温为50℃。 试求两层保温层交界处的壁温和外层厚度。
2－6直径为φ60mm×3mm的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又包以100mm厚的保温灰作为绝热层。测得钢管外壁面温
度为－110℃，绝热层外表面温度为10℃，软木和保温灰的热导率分别为0.043 W/(m·k)和0.07 W/(m·k)。 试求 每米管长的热量损失量。
2－9室内有两根水平放置的、表面温度相同的加热管，管内通有饱和蒸气，两管均被空气的自然流动冷却，设两管之
间没有相互的热影响。已知其中一管的直径10倍于另一管的直径（外径），小管的
习题解答 习题解答 习题解答
。
试求两管传热膜系数的比值与热损失的比值。
2－10某冷凝器，冷却水以2m/s的流速在内径17mm，长1.5m的管道内流过，冷却水进、出口温度分别为25℃及35℃， 求壁面对水的传热膜系数。
2－11温度为120℃，绝对压强为0.1MPa的甲烷，以10m/s的流速在列管热交换器的管间沿管轴方向流动，甲烷出热交
换器的温度为30℃。热交换器外壳的内径为190mm，由37根尺寸为φ18mm×2mm钢管组成。
试求甲烷向壁的传热膜系数。
甲烷在该温度和压强下：粘度μ=1.3×10Pa.S， 质量定压热容Cp=2412J/(kg.K)， 热导率λ=0.039W/(m.K)， 密度ρ=0.562kg/m。
2－13有二个很大的固体平面，彼此平行而相互辐射换热。一个平面的温度为600℃，黑度为0.9，另一个平面的温度
为500℃，黑度为0.8。求它们之间每平方米，每小时的净辐射传热量，若将其中一个的平面温度从600℃提高到 700℃（假设其黑度不变），
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3－5
习题解答
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问净辐射传热量可提高到多少？
2－15热空气在φ426 mm×9 mm的钢管内流过，在钢管中部装一热电偶测量空气温度。热电偶的温度读数为220℃， 钢管内壁温度为110℃，
求由热电偶的热接点到管壁间的辐射换热引起的热电偶读数的误差。
已知热电偶接点的黑度ε=0.8，空气向热电偶接点的传热膜系数α=52.3W/(m.K)。
2－16一蛇管热交换器是用外径20mm，厚2mm的铜管装置在水槽中。CO2气体以24kg/h的流量在管内流动，其温度由
50℃降到20℃，CO2的平均定压热容Cp=0.83kJ/(kg·K)。冷却水自槽底进入，以110kg/h的流量缓缓流进，自槽顶
离去，这样冷却水可以当作以自然对流的方式与CO2进行热交换。水的进入温度为10℃。已知CO2对壁的传热膜系数
α1＝58.2W/(m·K)，管壁对水的传热膜系数α2＝58.2W/(m·K)，管壁λw=383.8 W/(m·K)，
试计算冷却水的出口温度和热交换器的传热膜系数。
2－22某蒸发器的管壁厚3mm，材料是钢。长久使用后其表面覆盖一层厚为0.5mm的水垢。 试求传热系数的变化，并就计算结果讨论水垢对传热系数的影响。
已知：α沸＝2791 W/(m·K)，α冷凝＝11630 W/(m·K)，λ钢=46.5 W/(m·K)，λ水
垢
２
２
２
２
２
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=1.745 W/(m·K)。
2－23二湍流流动的流体在套管热交换器中进行热交换，第一流体向管壁的传热膜系数α1＝232.6w/(mk),管壁向第
二流体的传热膜系数α2＝407w/(mk)，
试问在下述两种情况下传热膜系数各增加多少倍（忽略管壁热阻）： （1） 第一流体的流速增加一倍；
（2） 第二流体的流速增加两倍，其它条件均不变。
2－26重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243℃和128℃，终温分别为167℃和157℃。
维持两种油的初温和流量不变，将两流体改为逆流， 试求此时流体的平均温度差及它们的终温。
假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，热损失可以忽略。
2－27一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃，空气在换热器的管内呈湍流流动，压强为0.18Mpa（绝对）
的饱和水蒸汽在管外冷凝。现要求空气流量增加20%，而空气的进口温度不变， 试问应采取何措施才能完成任务，作出定量计算， 假设管壁和污垢热阻均可忽略。
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２
２
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第二章 传热过程和设备习题解答
2－1解：设每小时冷却水用量 x kg/h，排出冷却水y kg/h。 质量衡算：
热量衡算：无热量积累，所以 φ输入＝φ输出 即：
查附录:饱选举法蒸气表（按温度排列）得：
Hs60℃ =2606.3 kJ/kg，Hs25℃ =2539.7 kJ/kg HL20℃ =83.74 kJ/kg， HL28℃ =117.23 kJ/kg
所以：
解之得：x = 36780 kg/h 注：也可用更细化的方法计算：
但此处Cp应为各平均温度下的值，如果真要这么做就增加了计算的复杂度。所以相比而言，利用“总的热量输入＝总的热量输出”更为简洁。 答：每小时冷却水用量36780 kg 。
2－2解：对多层平壁传热：
代入数据得：
解之得：保温砖厚度δ2＝287.2mm， 普通砖外侧温度t4=35.3℃ 答：（1）保温砖的厚度为287.2mm；
（2）普通砖的外侧温度为35.3℃。
2－３解：多层平壁传热：
λ1=1.047 W/(m·k)，δ1=100mm； λ2=0.814 W/(m·k)，δ2=100mm； λ3=0.07 W/(m·k)， δ3=40mm 加保温层前：
t1=700℃，t3=130℃ 所以
加保温层后：
t1=740℃，t4=90℃ 所以
答：加保温层前每小时每平方米的壁面损失热量为2610 W/m2
, 加保温层后每小时每平方米的壁面损失热量为823W/m2
。
2－５解：（1） 求两层保温层交界处的壁温 对通过多层圆筒壁的传热：
其中，
所以 ，
两层保温层交界处的壁温tw1=215 ℃ （2） 求外层厚度
保温层外层：
所
以
由 得：
r2=0.209 m
所以外层壁厚δ2=r2-r1=0.027 m =27 mm
答：两层保温层交界处的壁温为215 ℃，外层厚度为27 mm 。
2－6解：
所以
所以
“－”表示吸收热量。
答：每米管长的热量损失量为25.02W/m 。 “－”表示吸收热量。
2－9解：令下标1为大管的参数，2为小管的参数，则有
，
而d1=10d2，所以
又 ，所以
查表得， ，
，
由
大管与小管的
，热损失
，即 ，
，
答：两管传热膜系数的比值为1：1，热损失比值为10：1。
2－10解：
30℃时，水的物性值，
W/(m.k)，
℃， kg/m，
3
Pa.S
，
，
， ，
流体被加热，取n=0.4，
2
W/(m.k)
答：壁面对水的传热系数为8212 W/(m.k)。
2
2－11解：
答：传热膜系数为
2－13解：(1) 由式（2－51）计算两物体间的辐射传热可得
。
查表角系数值和总辐射系数的计算公式得极大的两平行面的传热通量为：
2
kJ/(m·.h)
(2) 同理，当700℃时的传热通量为
2
kJ/(m.h)
答：600℃时辐射量为kJ/(m·h)。
2－15解：
2
kJ/(m·h)，700℃时辐射量为
2
热电偶的热接点辐射到管壁的热量是来自于管内热流体通过对流传热传给热电偶的热
接点，这两个热量应该平衡，即： ，
。
答：辐射换热引起的读数误差为12.9% 。
2－16解：（1） 热量衡算：水升温吸收的热量＝CO2降温释放的热量 即
水的物性值先以10℃的情况计算：查附录 水的物理性质，
所以：
to=11.3℃
验证水的物性值假设：
水的平均温度：
以10℃的水计算是可以的。 所以冷却水的出口温度为11.3℃。
则
（2） 求K
根据热阻叠加规律：
同理可得：
答：冷却水的出口温度为11.3℃，热交换器的传热膜系数为45.05W/(m·K)。(如以圆筒壁的平均面为基准，则传热膜系数为 50.05W/(m·K)； 如以圆筒壁的内表面为基准，则传热膜系数为56.31W/(m·K)。一般没有特别指明，应以外表面为基准计算传热系数K。)
2－22解：假定各传热面面积相等，则：
2
2
2
（
1
）
结
垢
前
：
（
2
）
结
垢
后
所以，结垢前后变化:
可见结水垢后传热效率大幅度下降。 答：水垢使总传热系数下降了36％。
2－23解：湍流流动传热：
所以
（1）
则
所以
（2） 则：
：
所以
可见，提高热阻较大一侧的流体的流速对传热更为有利。
答：（1）第一流体的流速增加一倍时，总传热系数从148W/(m·K)增加到203 W/(m·K)，增加幅度为37.2% ；
（2）第二流体的流速增加兩倍时，总传热系数从148 W/(m·K)增加到188 W/(m·K)，增加幅度为27% 。
2
－
26
解
：
并
流
时
，
2
2
2
2
℃
逆流时， 传热量： 并流时， 逆流时，
，
即
t2'=243－2.98 (T2’－ 128 ) （1）
t2’=(157－128) / (243－167)(243－T2’ ) +128 （2） 联立求解方程（1）和（2）得 T2’=155.4 ℃, t2’=161.4 ℃
℃
答：此时流体的平均温度差为49.7℃，它们的终温分别为T2’=155.4 ℃ ,t2’=161.4℃。
2－27 解：1.8Kgf/cm蒸汽温度为116.3℃，
3
流量增加20%，
假设A’=A，则满足要求时，
2
2
空气加热α为50-60W/m·K，水蒸汽冷凝α为5000W/（m·K）
因为幂指数小于1，故仅靠提高空气流速，不能满足流速增加后的传热要求。 考虑不改变A的情况下提高饱和蒸汽温度，
℃， ℃
2
℃，对应的饱和蒸汽压为2 kgf/cm。
2
答：将蒸汽压力提高至2kgf/cm即可完成任务。
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