在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表,在这两处管路截面 1、 2 间列伯努利方程得:[流体有无相变化、流体流动的原因、流动状态、流动物性和壁面情况(换热器结构)等都影响对流传热系 数。]4-10 流体在圆管内强制对流时对流换热系数α的计算式中, Pr 的指数 n 由什么决定?流体在管内的流速 及管径对α的影响有多大?管长、弯管的曲率对管内对流传热有何影响?4-12 为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大?由于壁面不容易形成滴状冷凝,蒸汽冷凝多为膜 状冷凝。影响膜状冷凝的因素有哪些? 答:在滴状冷凝过程中,壁面的大部分面积直接暴露在蒸汽中,在这些部位没有液膜阻碍着热流,故滴状 冷凝的传热系数可比膜状冷凝高十倍左右。影响膜状冷凝的因素有:(1)冷凝液膜两侧的温度差当液膜呈滞流流动时,若温度差加大,则蒸汽冷凝速率增加,因而液膜 层厚度增加,使冷凝传热系数降低。(2)流体物性由膜状冷凝传热系数计算式可知,液膜的密度、粘度及导热系数,蒸汽的冷凝潜热, 都影响冷凝传热系数。( 3)蒸汽的流速和流向蒸汽以一定的速度运动时,和液膜间产生一定的摩擦力,若蒸汽和液膜同向 流动,则摩擦力将是液膜加速,厚度减薄,使传热系数增大;若逆向流动,则相反。但这种力若超过液膜 重力,液膜会被蒸汽吹离壁面,此时随蒸汽流速的增加,对流传热系数急剧增大。( 4)蒸汽中不凝气体含量的影响若蒸汽中含有空气或其它不凝性气体,则壁面可能为气体(导热系 数很小)层所遮盖,增加了一层附加热阻,使对流传热系数急剧下降。因此在冷凝器的设计和操作中,都 必须考虑排除不凝气。含有大量不凝气的蒸汽冷凝设备称为冷却冷凝器,其计算方法需参考有关资料。(5)冷凝壁面的影响若沿冷凝液流动方向积存的液体增多,则液膜增厚,使传热系数下降,故在设 计和安装冷凝器时,应正确安放冷凝壁面。例如,对于管束,冷凝液面从上面各排流到下面各排,使液膜 逐渐增厚,因此下面管子的传热系数比上排的要低。为了减薄下面管排上液膜的厚度,一般需减少垂直列 上的管子数目,或把管子的排列旋转一定的角度,使冷凝液沿下一根管子的切向流过,4-13 液体沸腾的两个基本条件是什么? 答:一是液体的温度要达到沸点 , 二是需要从外部吸热。4-14 为什么核状沸腾的对流传热系数比膜状沸腾的传热系数大?影响核状沸腾的因素主要有哪些? 答:核状沸腾,气泡的生成速度、成长速度以及浮升速度都加快。气泡的剧烈运动使液体受到剧烈的搅拌 作用, 增大。膜状沸腾传热需要通过气膜,所以其 值比核状沸腾小。影响核状沸腾的因素主要有:液体物性;温度差;操作压力;加热面状况;设备结构、加热面形状和 材料性质以及液体深度等。4-15 同一液体,为什么沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大? 答:因为相变热比液体的热容大很多,所以沸腾时的对流传热系数比无相变化时的对流传热系数大。4-16 换热器中冷热流体在变温条件下操作时,为什么多采用逆流操作?在什么情况下可以采用并流操 作? 答:逆流时的平均温度差最大,并流时的平均温度差最小,其它流向的平均温度差介于逆流和并流两者之 间,因此就传热推动力而言, 逆流优于并流和其它流动型式。 当换热器的传热量 Q 即总传热系数 K一定时, 采用逆流操作,所需的换热器传热面积较小。在某些生产工艺要求下,若对流体的温度有所限制,如冷流体被加热时不得超过某一温度,或热流体 被冷却时不得低于某一温度,则宜采用并流操作。4-17 换热器在折流或错流操作时的平均温差如何计算?

本部分题目主要围绕流体流动、对流传热、换热器操作及辐射传热等化工原理知识展开，具体解析如下：

4-10 流体在圆管内强制对流时α的计算式中Pr的指数n由什么决定？流速、管径、管长、弯管曲率对α的影响？

• Pr的指数n：由流体的流动状态（层流或湍流）及传热边界层的发展情况决定。层流时n=1/3（热量传递主要由分子扩散控制），湍流时n=0.4（湍流脉动增强传热）。
• 流速影响：流速增大，湍流程度增强，α显著增大（α∝u^0.8）。
• 管径影响：管径减小，边界层变薄，α增大（但小管径易导致阻力过大）。
• 管长影响：管长较短时，边界层未充分发展，α随管长增加而增大；管长足够时，边界层 fully developed，α趋于稳定。
• 弯管曲率影响：弯管产生离心力，强化湍流脉动，α比直管时大（曲率越大，强化效果越明显）。

4-12 滴状冷凝vs膜状冷凝α差异及膜状冷凝影响因素

• α差异：滴状冷凝时，壁面大部分直接暴露于蒸汽中，无液膜阻碍热流，α比膜状冷凝高10倍左右；膜状冷凝则液膜覆盖壁面，热阻主要来自液膜，α较小。
• 膜状冷凝影响因素：
  ① 温差：温差增大→冷凝速率↑→液膜增厚→α↓；
  ② 流体物性：液膜密度、粘度、导热系数及蒸汽潜热影响α（如粘度大则液膜流动慢，α↓）；
  ③ 蒸汽流速：同向流动→加速液膜→α↑；逆向流动→增厚液膜→α↓；高速蒸汽吹离液膜→α骤增；
  ④ 不凝气体：不凝气覆盖壁面→附加热阻→α急剧↓；
  ⑤ 壁面结构：液膜积累（如下排管束）→增厚→α↓，需优化排列（如旋转管排）。

4-13 液体沸腾的两个基本条件

① 液体温度达到传热传热系数达到沸点（饱和温度）；② 从外部持续吸热（提供汽化潜热）。

4-14 核状沸腾vs膜状沸腾α差异及核状沸腾影响因素

• α差异：核状沸腾时，气泡剧烈生成、运动，搅拌液体→α大；膜状沸腾时，气膜覆盖壁面，热阻大→α小。
• 核状沸腾影响因素：液体物性（粘度、潜热）、温差（ΔT↑→气泡生成加快→α先增后降）、操作压力（压力↑→饱和温度↑→ΔT可能减小）、加热面状况（粗糙表面易生核→α↑）、设备结构（如加热面形状）。

4-15 沸腾时α比无相变大的原因

相变时释放的汽化潜热远大于液体无相变时的显热，剧烈的相变过程（气泡生成、破裂）增强了流体混合与传热，导致α显著增大。

4-16 换热器逆流优于并流的原因及并流适用场景

• 逆流优势：对数平均温差（Δtm）最大（逆流Δtm≈(T1-t2)-(T2-t1)/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]，并流Δtm较小），传热推动力大，所需传热面积小。
• 并流适用场景：需限制流体温度（如冷流体被加热不得超过某温度，或热流体冷却不得低于某温度），避免逆流时高温端温差过大导致的副反应或过热。

4-17 折流/错流平均温差计算步骤

① 计算纯逆流对数平均温差Δtm,逆；② 计算因数R=(T1-T2)/(t2-t1)（热流体温降/冷流体温升）和P=(t2-t1)/(T1-t1)（冷流体实际温升/最大可能温升）；③ 根据R、P查温度差校正系数εΔt；④ 实际Δtm=εΔt×Δtm,逆。

4-18 总传热系数K的影响因素及提高途径

• 影响因素：流体物性（粘度、导热系数等）、操作条件（流速、温差）、换热器类型（如管壳式vs板式）、污垢热阻。
• 提高途径：① 增大α小侧的对流传热系数（如提高流速、增强湍流）；② 减少污垢热阻（定期清洗、减慢污垢生成）；③ 选择高效换热器结构（如翅片管、波纹管）。

4-19 饱和蒸汽冷凝加热空气时的K、壁温及强化方向

• K接近值：空气侧α（因蒸汽冷凝α很大，污垢和管壁热阻忽略时，K≈1/(1/α空气)≈α空气）；
• 壁温接近：饱和蒸汽温度（蒸汽侧α大，壁温Tw≈T蒸汽）；
• 强化方向：增大空气侧α（如提高空气流速、采用翅片管）。

4-20 透热体、白体、黑体、灰体定义

• 透热体：透过全部辐射能（如理想气体、真空）；
• 白体：全部反射辐射能（如镜面）；
• 黑体：全部吸收辐射能（如绝对黑体，ε=1）；
• 灰体：等吸收率吸收所有波长辐射能（实际物体近似，ε<1）。

4-21 黑度定义及影响因素

• 黑度：同温度下实际物体辐射能力与黑体辐射能力之比（ε=E/Eb）；
• 影响因素：物体性质（金属vs非金属）、温度（多数物质ε随温度升高而增大）、表面状况（粗糙度↑→ε↑，氧化→ε↑）。

4-22 黑度与反射率、辐射能力的关系

黑度大→吸收率大→反射率小（α+ρ+τ=1，透热体τ≈1，固体τ≈0，故α+ρ=1）；黑度大→辐射能力大（E=εEb）。

4-23 保温瓶夹层镀反射材料及抽真空的目的

• 镀高反射材料：减少热辐射（反射红外辐射）；
• 抽真空：消除对流传热（真空无介质），同时降低导热（夹层中残留气体导热极小）。

4-24 两灰体间辐射传热速率的影响因素

物体黑度（ε1,ε2）、形状（如平板vs球体）、大小、间距、相对位置（如是否对准）及表面温度（T1,T2）。

4-25 强化/削弱辐射传热的方法

• 强化：增大表面黑度（如粗糙化）、减小间距；
• 削弱：减小表面黑度（如镀反射层）、采用遮热板（插入低黑度薄板，增加反射）。

4-26 温差不变时升温对辐射传热的影响

辐射传热速率Q=ε1ε2σA(T1⁴-T2⁴)，温差ΔT=T1-T2不变时，升温使T1、T2均增大，T1⁴-T2⁴=(T1²-T2²)(T1²+T2²)=ΔT(T1+T2)(T1²+T2²)，故Q增大。

4-27 列管式换热器多管程的目的

增大管程流速（管程分程后，流速u∝n程⁻¹，分程数增加→u↑），提高管程对流传热系数α，强化传热。

4-28 流体在管程/壳程的选择

• 管程：腐蚀性流体（避免壳程腐蚀）、高压流体（壳体耐压低）、需提高流速的无相变流体；
• 壳程：饱和蒸汽冷凝（易排冷凝液）、温度不高的冷却流体（利于散热）。

4-29 增大总传热系数K的途径

① 提高α小侧的对流传热系数（如增加流速、采用湍流促进器、翅片管）；② 减少污垢热阻（定期清洗、使用抗垢材料）；③ 降低管壁热阻（选择导热系数高的材料，如铜、不锈钢）；④ 优化换热器结构（如板式、板翅式换热器比管壳式K大）。