专题七 认知传热装置的工艺流程（讲义）-《化工单元操作》（化工社） 专题复习讲练测

专题七 认知传热装置的工艺流程（讲义）-《化工单元操作》化工社-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.理解稳态传热与非稳态传热的概念，能够准确判断给定传热过程的类型，并阐述其特点。 2.掌握工业换热的三种方法（直接接触式换热、间壁式换热、蓄热式换热），能够描述其工作原理和应用场景。 3.准确阐述傅里叶定律的内容并能进行简单的计算应用。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、传热概念 传热是生活、生产领域每天都在发生的一种物理现象。热量的传递是由于物体间或物体内温度不同而引起的。热量总是自动地从同一物体的高温部分传给低温部分，或是从较高温度的物体传给较低温度的物体。 二、常用的加热剂与冷却剂 化工生产中加热剂与冷却剂的选择，主要取决于加热或冷却所要达到的温度，同时还要考虑温度调节的方便，以及载热体的热容、蒸气压、冰点、热稳定性、毒性、腐蚀性和价格等因素。 三、工业换热方法 直接接触式换热—冷、热流体直接接触，在混合过程中进行传热。这种换热方法适用于冷、热流体允许直接混合的场合，又称作混合式换热。 间壁式换热—这是生产中使用最广泛的一种形式。这种换热方法适用于冷、热流体不允许直接混合的场合。 蓄热式换热—又称回流式换热器，这种换热方法通常是在蓄热式换热器中进行的。 四、传热基本方式 根据传热机理的不同，传热的基本方式有三种，即热传导、热对流和热辐射。 热传导-又称导热，是由于物质的分子、原子或电子的热运动或振动，使热量从物体的高温部分向低温部分传递的过程。 热对流-是由于流体中各部分质点发生相对宏观位移而引起的热量传递过程。 热辐射-是一种通过电磁波传递能量的过程方式。 五、换热器的分类 按换热方法分类：直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器 按形状分类：管式换热器、特殊形式换热器、板式换热器 按用途分类：加热器、预热器、冷凝器、冷却器、再沸器、蒸发器、过滤器 六、列管式换热器 列管式换热器具有如下优点： 在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少； 每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。 结构简单，紧凑，使用方便，制造成本低。当换热管壁温与壳体壁温差较大(大于50℃)时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节。 该类换热器适用于壳程流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程流体压力不高的场合(因壳程压力受膨胀节强度的限制)。 [真题练讲] 1.（2020年河北省统一考试）固定管板式换热器的缺点是( )。 A.管内不便于清洗 B.壳层不能进行机械清洗 C.壳层不能进行化学清洗 D.结构复杂 【答案】A。 【解析】固定管板式换热器的缺点是壳程不易检修和清洗，当管内流体和管外流体温度相差较大时，会产生较大的热应力，且管内不便于清洗。 2.（2022年浙江省统一考试）套管换热器的优点是( )。 A.流体阻力小 B.阻力较大 C.占地面积小 D.传热系数较大 【答案】D。 【解析】套管换热器的优点是传热系数较大，结构简单，能耐高压，可保证逆流操作，提高平均温差。 3.（2023年浙江省统一考试）夹套换热器的优点是( )。 A.传热系数大 B.造价低、占地面积小 C.夹套难清洗 D.能耐高压 【答案】B。 【解析】夹套换热器的优点是结构简单、造价低、占地面积小。 4.（2020年浙江省统一考试）为了提高列管换热器管内流体的α值，可在器内设置( )。 A.分程隔板 B.U形管 C.多壳程 D.装折流挡板 【答案】A。 【解析】在列管换热器管内设置分程隔板，可以增加管程数，从而提高管内流体的流速，进而提高管内流体的对流传热系数α值。 5.（2019年辽宁省统一考试）翅片管式换热器是通过（ ）增加传热面积。 A. 增加管子长度 B. 增加管子直径 C. 安装翅片 D. 增加流体流速 【答案】C。 【解析】翅片管式换热器在管子上安装翅片，以增加传热面积，提高换热效率。 [限时练讲] 1.平板式换热器的优点是（ ）。 A. 结构紧凑 B. 传热效率高 C. 清洗方便 D. 成本低 【答案】A。 【解析】平板式换热器结构紧凑，占用空间小。 2.板翅式换热器适用于（ ）。 A. 大流量、低粘度的场合 B. 小容量、高粘度的场合 C. 多种流体之间的换热 D. 高温高压的场合 【答案】C。 【解析】板翅式换热器可以实现多种流体之间的换热，适应性强。 3.在下列加热剂中，加热温度最高的是（ ）。 A. 热水 B. 矿物油 C. 蒸汽 D. 电 【答案】D。 【解析】电加热可以达到较高的温度，热水、矿物油和蒸汽的加热温度相对较低。 4.下列冷却剂中，最环保的是（ ）。 A. 水 B. 空气 C. 盐水 D. 氟利昂 【答案】B。 【解析】空气是最环保的冷却剂，水和盐水在使用过程中可能会产生一定的污染，氟利昂会破坏臭氧层。 5.间壁式换热中，当热流体和冷流体的流向相同时，称为（ ）。 A. 并流 B. 逆流 C. 错流 D. 折流 【答案】A。 【解析】间壁式换热中，当热流体和冷流体的流向相同时，称为并流。流向相反时称为逆流；相互垂直时称为错流；既有并流又有逆流的复杂流动称为折流。 6.热辐射的传热速率与（ ）有关。 A. 温度差 B. 传热面积 C. 流体的流速 D. 物体的表面性质 【答案】D。 【解析】热辐射的传热速率与物体的温度、表面性质等因素有关。A 选项是热传导和热对流的影响因素；B 选项主要影响间壁式换热的传热速率；C 选项是热对流的影响因素。 7.在工业换热中，当需要快速升温时，通常采用（ ）。 A. 直接接触式换热 B. 间壁式换热 C. 蓄热式换热 D. 热辐射 【答案】A。 【解析】直接接触式换热换热效率高，当需要快速升温时，通常采用直接接触式换热。间壁式换热相对较慢；蓄热式换热适用于间歇性换热；热辐射一般不是快速升温的首选方式。 8.热对流是如何产生热量传递的？ 【答案】热对流是由于流体的宏观运动引起的热量传递。当流体流动时，携带热量的流体微团会从高温区域流向低温区域，从而实现热量的传递。比如在自然对流中，由于流体内部温度不均匀引起密度差异，从而产生流动进行热量传递；在强制对流中，通过外力如泵、风机等使流体流动来传递热量。 9.间壁式换热的工作原理是什么？ 【答案】间壁式换热是通过固体壁面将热量从热流体传递给冷流体。热流体的热量先传递到壁面，再由壁面传递给冷流体。例如列管式换热器就是典型的间壁式换热设备，热流体在管内流动，冷流体在管外流动，通过管壁进行热量交换。 10.列管式换热器有哪些类型？各有什么特点？ 【答案】列管式换热器主要有固定管板式、浮头式和 U 形管式等类型。固定管板式结构简单、成本低，但在温差较大时会产生较大热应力；浮头式换热器的浮头端可以自由伸缩，能较好地适应温差变化；U 形管式换热器的 U 形管结构可以在一定程度上适应热膨胀，且清洗方便。 11.套管式换热器的工作原理是什么？ 【答案】套管式换热器由内管和外管组成，热流体在内管流动，冷流体在外管流动，通过内外管壁进行热量交换。其结构简单，适用于流量较小、传热面积要求不大的场合。但由于其传热面积相对较小，通常用于一些小型设备或特定的工艺过程中。 12.U 型式换热器有哪些优点？ 【答案】U 型式换热器的 U 形管结构可以适应一定的热膨胀，减少了因温差引起的热应力。同时，U 形管结构使得清洗比较方便，可定期对管子内部进行清洗，防止结垢等问题影响传热效率。此外，U 型式换热器结构相对紧凑，占用空间较小。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.常用冷却剂：水、空气、盐水、氨蒸汽；常用加热剂：热水、矿物油、饱和水蒸气、电、熔盐、烟道气等。 2.工业换热方法：直接接触式换热、间壁式换热、蓄热式换热。 3.传热基本方式：热传导、热对流、热辐射。 4.列管式换热器又称管壳式换热器，是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$