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化工三传习题试卷及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填入括号内）

1.在圆管内强制对流换热中，当雷诺数（Re）增大时，努塞尔数（Nu）通常如何变化？

(A)减小

(B)不变

(C)增大

(D)先增大后减小

2.对于平壁稳态导热，若壁厚增加，在其他条件不变的情况下，通过相同面积的热流密度如何变化？

(A)增大

(B)减小

(C)不变

(D)无法确定

3.根据费克定律，在一维稳态扩散中，某组分的质量通量方向总是与该组分的浓度梯度方向：

(A)相同

(B)相反

(C)垂直

(D)无关

4.在传热过程中，若壁面两侧的对流换热系数分别为h1和h2（h1h2），则总传热系数K接近于：

(A)h1

(B)h2

(C)(h1+h2)/2

(D)2h1h2/(h1+h2)

5.对于层流流动，努塞尔数（Nu）通常与雷诺数（Re）的关系是：

(A)Nu与Re无关

(B)Nu与Re成正比

(C)Nu与Re成反比

(D)Nu与Re的平方根成正比

6.在使用经验关联式计算管内强制对流给热系数时，定性温度通常取为：

(A)流体入口温度

(B)流体出口温度

(C)壁面温度

(D)流体入口与出口温度的算术平均值

7.以下哪种情况会导致自然对流换热增强？

(A)流体Prandtl数减小

(B)流体Grashof数增大

(C)换热面绝对温差减小

(D)流体导热系数增大

8.对于等摩尔反向扩散，组分A和B的质量通量关系是：

(A)NA=NB

(B)NA=-NB

(C)NA+NB=0

(D)NA=NB=0

9.在设计列管式换热器时，若传热管的管径减小，其他条件不变，管内强制对流给热系数通常如何变化？

(A)增大

(B)减小

(C)不变

(D)影响不大

10.以下哪种分离过程主要依赖于流体中不同组分的密度差异？

(A)蒸馏

(B)吸收

(C)沉降

(D)膜分离

二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线上）

1.流体在圆管内做层流流动时，管中心处的速度为平均速度的______倍。

2.牛顿冷却定律描述了对流换热的强度，其数学表达式为q=______。

3.无量纲数Prandtl数（Pr）是动量扩散率与热扩散率的比值，即Pr=ν/α=______。

4.对于通过厚度为δ的平壁稳态导热，若导热热流密度为q，壁面两侧温度分别为T1和T2（T1T2），则热导率k=______。

5.费克定律描述了物质在介质中的传递现象，其基本形式为NA=______。

6.在传热过程中，若流体流过水平放置的圆管外表面，通常会发生______对流换热。

7.雷诺数（Re）是判断流体流动状态（层流或湍流）的无量纲数，其表达式为Re=______。

8.当流传经管件（如弯头）时，会产生额外的流动阻力，这通常用______因数来表示。

9.总传热系数K的物理意义是表示______侧对流换热系数和______侧对流换热系数都为无穷大时的传热系数。

10.对于液体的自然对流换热，当Grashof数（Gr）大于某个临界值时，流态会从层流转变为______。

三、简答题（每题5分，共20分。请简明扼要地回答下列问题）

1.简述层流与湍流流动的主要区别。

2.简述强化传热的基本途径。

3.什么是等摩尔反向扩散？与单向扩散有何主要区别？

4.简述选择传热管材时需要考虑的主要因素。

四、计算题（每题10分，共30分。请列出必要的公式、计算步骤和结果）

1.一根外径为50mm、壁厚为2mm的钢管，平均壁温为120℃。管外对空气的对流换热系数为25W/(m2·K)。空气的进、出口温度分别为20℃和30℃。试计算通过该管单位长度的热损失。

2.有一套管式换热器，内管为Φ25mm×2.5mm的钢管，外管为Φ38mm×3mm的钢管。冷却水在内管中流动，进、出口温度分别为15℃和45℃；热油在外管与内管之间的环隙中流动，进、出口温度分别为130℃和70℃。假设内管外壁与冷却