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2025年南京工业大学化工原理第四章传热及换热器习题解答试卷及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内）

1.下列哪个过程是依靠物质内部微观粒子（分子、原子、自由电子等）的微观运动和碰撞来传递能量的？（）

A.对流换热

B.辐射传热

C.热传导

D.蒸汽冷凝

2.在稳态导热过程中，通过某一截面的热流密度（q）总是（）。

A.随时间变化

B.随位置变化

C.恒定不变

D.无法确定

3.金属壁面的导热系数通常远大于空气的导热系数，这是因为（）。

A.金属的密度更大

B.金属的比热容更大

C.金属内部粒子振动和自由电子迁移更有效

D.空气的对流换热系数更大

4.在强制对流换热中，提高流体的流速通常会（）。

A.降低对流换热系数

B.对对流换热系数影响不大

C.提高对流换热系数

D.无法确定对流换热系数的变化

5.对于给定的流体和流动状况，自然对流换热的强度通常（）强制对流换热。

A.大于

B.小于

C.等于

D.无法比较

6.在传热计算中，定性温度是指（）。

A.流体进入换热器的温度

B.流体离开换热器的温度

C.流体在换热器内平均温度的某种组合

D.环境温度

7.在间壁式换热器中，为了提高传热系数K，通常优先考虑强化哪个环节？（）

A.壁面导热

B.流体对流换热（对流换热系数较小的一侧）

C.流体对流换热（对流换热系数较大的一侧）

D.减少热损失

8.计算平均对数温差（LMTD）时，对于逆流和并流两种流动形式，在其他条件相同时，（）的LMTD通常更大。

A.逆流

B.并流

C.两者相同

D.无法确定

9.在列管式换热器设计中，选择管径时，通常优先考虑（）。

A.壳程流体

B.管程流体

C.壳程或管程，取决于经济性计算

D.管材的机械强度

10.影响管壳式换热器管程对流传热系数的主要因素不包括（）。

A.流体流量

B.流体物性

C.管子材质

D.管子排列方式

二、填空题（每小题2分，共20分。请将答案填在横线上）

1.传热的基本方式有______、______和______三种。

2.根据牛顿冷却定律，对流换热的速率与壁面与流体之间的______的乘积成正比。

3.在多层圆筒壁稳态导热中，通过各层壁面的热流密度______。

4.传热过程的总传热系数K的物理意义是______。

5.计算平均对数温差（LMTD）时，若进出口温差均小于10%，可采用______法近似计算。

6.选用换热器时，除了考虑传热效率，还需考虑______、______和______等因素。

7.在传热过程中，通过增加传热面积和/或提高传热温差可以______传热速率。

8.沸腾传热和冷凝传热属于______传热，其换热系数通常比强制对流换热系数______。

9.为了减少管壳式换热器壳程流体的压降，可以采取______或______等措施。

10.列管式换热器中，管程流体走______，壳程流体走______。

三、简答题（每小题5分，共15分）

1.简述影响对流换热系数的主要因素。

2.简述提高传热系数K的途径。

3.简述选择列管式换热器管程和壳程流体的基本原则。

四、计算题（共45分）

1.（10分）有一平壁炉墙，厚度δ=0.23m，内壁温度t?=150°C，外壁温度t?=40°C。炉墙由耐火砖（导热系数λ?=1.05W/(m·K)）和保温砖（导热系数λ?=0.15W/(m·K)）组成，两层砖厚度均为0.115m。试求：（1）通过炉墙的导热热流密度；（2）耐火砖和保温砖界面处的温度。

2.（15分）某列管式换热器，管束由25mm外径、壁厚2mm的钢管组成，管长L=2m。管程流体的质量流量为1.2kg/s，定性温度下的比热容c?=4180J/(kg·K)，对流传热系数h?=1200W/(m2·K)。壳程流体的进出口温度分别为t?=150°C和t?=80°C，对流传热系数h?=500W/(m2·K)。假设管壁很薄，忽略管壁热阻和金属壁面温度，且壳程流体为逆流流动。试求：（1）换热器的热负荷Q；（2）平均对数