第三章 传热《化工单元操作》（化工版）单元过关卷 山东省（原卷版+解析版）

中职专业课章节过关卷 职教 》 《化工单元操作》 (化工版) 第三章传热 考试时间：60分钟 满分：100分 班级 姓名 学号」 成绩 一、单选题（本题共25道小题，每题2分，共50分） 1.热传导又称导热。热传导主要发生在下列哪些状态的物质中() A湍流流动的流体中 B.固体和静止流体中 C.真空环境中 D.高速流动的气体中 2.物体中各点温度随时间改变的传热过程称为非稳态传热。下列属于非稳态传热的是() A持续不变工况下的传热 B.稳态运行中的传热 C.加热、冷却、熔化、凝固时的传热 D.连续稳定生产的传热 3.在化工生产中，起加热作用的载热体称为() A加热剂 B.冷却剂 C.冷凝剂 D.冷载热体 4.冷、热流体直接接触，在混合过程中进行传热，这种换热方法又称混合式换热。化工厂中 的凉水塔属于() A间壁式换热 B.蓄热式换热 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 中职专业课章节过关卷 职教 》 C.列管式换热 D.直接接触式换热 5.器内装有耐火砖之类的固体填充物，利用固体填充物蓄积和释放热量而达到换热的换热 器，称为蓄热式换热器，又称() A列管式换热器 B.回流式换热器 C.板式换热器 D.夹套式换热器 6.一般而言，金属固体、液体和气体的热导率大小关系是() A金属>气体>液体 B.液体>金属>气体 C.金属>液体>气体 D.气体>液体>金属 7.气体的热导率随温度变化的规律是() A随温度升高而增大 B.随温度升高而减小 C.与温度无关 D.先增大后减小 8.由于强制对流传热速率快，工业传热中的对流一般采用() A自然对流 B.热传导 C.热辐射 D.强制对流 9.化工生产中最常用的换热器类型是列管式换热器，它又称() A板式换热器 B.套管式换热器 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 中职专业课章节过关卷 职教 》 C.管壳式换热器 D.夹套式换热器 10.列管式换热器是一种通用的标准换热设备。下列属于列管式换热器优点的是() A结构复杂，造价高昂 B.坚固耐用，清洗方便 C.用材单一，适应性差 D.体积庞大，维修困难 11.列管式换热器分为管程和壳程两部分。换热管外的通道及与其相贯通处称为() A壳程 B.管程 C.封头 D.管板 12.固定管板式换热器适用的场合是() A壳程流体易结垢的场合 B.两流体温差很大的场合 C.壳程压力很高的场合 D.壳程流体清洁的场合 13.列管式换热器采用的补偿方法有补偿圈补偿、浮头补偿和U形管补偿等。下列不属于热补 偿方法的是() A补偿圈补偿 B.浮头补偿 C.折流挡板补偿 D.U形管补偿 14.在选择流体流程时，不洁净或易结垢的流体应走管程，其原因是（) A提高流速 B.管子便于清洗 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 中职专业课章节过关卷 醇A职教 》 C.防止壳体腐蚀 D.减少泄漏 15.热、冷流体在间壁式换热器内换热，热量由热流体通过管壁传给冷流体的过程，其热量传 递方式依次为() A热对流→热传导→热对流 B.热传导→热对流→热传导 C.热辐射→热传导→热对流 D.热对流→热辐射→热传导 16.间壁式换热器的传热速率与传热面积、平均传热温度差、总传热系数成正比，其传热速率 方程（传热基本方程）为() AQ=aA△t B.Q=λA△t/b C.Q=qmCpm△t D.Q=KA△tm 17.当两流体在换热器中均只发生相变时，称为恒温传热，其平均传热温度差等于() A两流体温度差之和 B.两流体温度差之差 C.热冷流体的温度差 D.两流体温度差之积 18.在工程计算中，可以用算术平均温度差代替对数平均温度差的条件是() A△t1/△t2≤2 B.△t1/△t2≥2 C.△t1/△t2=2 D.任意条件下 19.总传热系数（简称传热系数）表示单位传热面积、单位传热温差下的传热速率，它反映了 () 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 中职专业课章节过关卷 职教 》 A传热面积的大小 B.传热过程的强度 C.流体的温度高低 D.换热器的体积大小 20.换热器使用一段时间后，管壁会结垢，垢层对传热的影响是() A提高传热系数 B.减小传热阻力 C增大传热面积 D.增大传热热阻 21.在传热过程中，流体温度不变而相态发生变化的过程中吸收或放出的热量，称为() A显热 B.比热容 C.潜热 D.热负荷 22.以蒸汽加热空气为例，换热器投用时正确的操作顺序是() A先通空气预热，再缓慢通入蒸汽 B.先通蒸汽，再通空气 C.同时通入蒸汽和空气 D.先通蒸汽预热，再通空气 23.用于管子内部清洗，在一根圆棒前端装上刷子、钻头、刀具，插入管中旋转推进以除污的 清洗方法是() A水力清洗 B.机械清洗 C.化学清洗 D.蒸汽清洗 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 中职专业课章节过关卷 职教 》 24. 当换热器发生列管堵塞、胀口渗漏、传热性能差等故障时，需() A继续使用 B.报废换热器 C.停止生产 D.切换到备用换热器 25.列管式换热器传热效率下降的原因之一是() A流体流速增大 B.传热面积增大 C.列管结垢 D.温差增大 二、简答题（本题共5道小题，每题8分，共40分) 1.简述傅里叶定律的内容及热导率的物理意义。 2.简述对流传热膜系数的影响因素。 3.简述总传热系数的概念及影响其数值的因素。 4.简述列管式换热器流体流动空间（管程、壳程）如何选择。 5.简述换热器停车维护的主要任务。 三、综合分析题（本题共1道小题，每题10分，共10分） 1.在套管换热器内，热流体温度由373K冷却到353K,冷流体温度由293K上升到343K。请回 答：(1)写出间壁式换热器的传热速率方程，并说明式中各项的含义；(2)计算两流体作逆 流时的平均传热温度差；(3)若换热器的热负荷为600kW、总传热系数K为300W/(m㎡·K), 求逆流时所需换热器的传热面积。 ⊙⊙原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 《化工单元操作》（化工版） 第三章 传热 考试时间：60分钟 满分：100分 班级________ 姓名________ 学号________ 成绩________ 一、单选题（本题共25道小题，每题2分，共50分） 1. 热传导又称导热。热传导主要发生在下列哪些状态的物质中（ ） A. 湍流流动的流体中 B. 固体和静止流体中 C. 真空环境中 D. 高速流动的气体中 【答案】B 【解析】热传导是由于物质的分子、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。一般来说热传导主要发生在固体、静止流体以及层流流体中。 2. 物体中各点温度随时间改变的传热过程称为非稳态传热。下列属于非稳态传热的是（ ） A. 持续不变工况下的传热 B. 稳态运行中的传热 C. 加热、冷却、熔化、凝固时的传热 D. 连续稳定生产的传热 【答案】C 【解析】物体中各点温度不随时间改变的传热过程称为稳态传热；反之则称为非稳态热传递。各种物体在持续不变的运行工况下经历的热传递过程属于稳态过程，而物体在加热、冷却、熔化、凝固情况下经历的热传递过程则为非稳态过程。 3. 在化工生产中，起加热作用的载热体称为（ ） A. 加热剂 B. 冷却剂 C. 冷凝剂 D. 冷载热体 【答案】A 【解析】在化工生产中，物料往往需要被加热或冷却，此时需要用另一种流体来供给或取走热量，此类流体称为载热体。其中，起加热作用的载热体称为热载热体（或称加热剂）；起冷却、冷凝作用的载热体称为冷载热体（或称冷却剂、冷凝剂）。 4. 冷、热流体直接接触，在混合过程中进行传热，这种换热方法又称混合式换热。化工厂中的凉水塔属于（ ） A. 间壁式换热 B. 蓄热式换热 C. 列管式换热 D. 直接接触式换热 【答案】D 【解析】直接接触式换热是冷、热流体直接接触，在混合过程中进行传热，又称作混合式换热。化工厂中使用的凉水塔、喷洒式冷却塔、混合冷凝器等都属于这类。 5. 器内装有耐火砖之类的固体填充物，利用固体填充物蓄积和释放热量而达到换热的换热器，称为蓄热式换热器，又称（ ） A. 列管式换热器 B. 回流式换热器 C. 板式换热器 D. 夹套式换热器 【答案】B 【解析】蓄热式换热器内装有耐火砖之类的固体填充物，利用固体填充物来蓄积和释放热量而达到冷、热两股流体换热的目的。蓄热式换热器又称回流式换热器。 6. 一般而言，金属固体、液体和气体的热导率大小关系是（ ） A. 金属＞气体＞液体 B. 液体＞金属＞气体 C. 金属＞液体＞气体 D. 气体＞液体＞金属 【答案】C 【解析】一般而言，金属固体的热导率最大，液体的次之，而气体的最小。 7. 气体的热导率随温度变化的规律是（ ） A. 随温度升高而增大 B. 随温度升高而减小 C. 与温度无关 D. 先增大后减小 【答案】A 【解析】不同状态下的物质其热导率随温度的变化规律不尽相同。气体的热导率随温度的升高而增大；除水和甘油外，大多数液体的热导率随温度的升高而减小；大多数纯金属的热导率随温度升高而减小。 8. 由于强制对流传热速率快，工业传热中的对流一般采用（ ） A. 自然对流 B. 热传导 C. 热辐射 D. 强制对流 【答案】D 【解析】自然对流是由于温度不均匀而自然引起的热对流，强制对流是由于外界的影响而形成的。由于强制对流传热速率快，故工业传热中的对流一般采用强制对流。 9. 化工生产中最常用的换热器类型是列管式换热器，它又称（ ） A. 板式换热器 B. 套管式换热器 C. 管壳式换热器 D. 夹套式换热器 【答案】C 【解析】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。 10. 列管式换热器是一种通用的标准换热设备。下列属于列管式换热器优点的是（ ） A. 结构复杂，造价高昂 B. 坚固耐用，清洗方便 C. 用材单一，适应性差 D. 体积庞大，维修困难 【答案】B 【解析】列管式换热器具有结构简单、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，在换热设备中占据主导地位。 11. 列管式换热器分为管程和壳程两部分。换热管外的通道及与其相贯通处称为（ ） A. 壳程 B. 管程 C. 封头 D. 管板 【答案】A 【解析】整个换热器分为两部分：换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程；换热管外的通道及与其相贯通处称为壳程。 12. 固定管板式换热器适用的场合是（ ） A. 壳程流体易结垢的场合 B. 两流体温差很大的场合 C. 壳程压力很高的场合 D. 壳程流体清洁的场合 【答案】D 【解析】固定管板式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）。 13. 列管式换热器采用的补偿方法有补偿圈补偿、浮头补偿和U形管补偿等。下列不属于热补偿方法的是（ ） A. 补偿圈补偿 B. 浮头补偿 C. 折流挡板补偿 D. U形管补偿 【答案】C 【解析】列管式换热器操作时，若冷、热流体温差大于50℃，采用的补偿方法有补偿圈补偿、浮头补偿和U形管补偿等，对应的列管式换热器为固定管板式换热器、浮头式换热器以及U形管式换热器。折流挡板是用于提高壳程流体流速、强化传热的部件，不属于热补偿方法。 14. 在选择流体流程时，不洁净或易结垢的流体应走管程，其原因是（ ） A. 提高流速 B. 管子便于清洗 C. 防止壳体腐蚀 D. 减少泄漏 【答案】B 【解析】在选择流体流程时，不洁净或易结垢流体走管程，因为管子便于清洗。此外，腐蚀性流体、有毒流体走管程可减少泄漏、防止壳体腐蚀。 15. 热、冷流体在间壁式换热器内换热，热量由热流体通过管壁传给冷流体的过程，其热量传递方式依次为（ ） A. 热对流→热传导→热对流 B. 热传导→热对流→热传导 C. 热辐射→热传导→热对流 D. 热对流→热辐射→热传导 【答案】A 【解析】间壁传热时，在热、冷流体主体中热量主要以热对流方式进行传递，管壁内热量的传递方式是热传导，即间壁传热的热量传递方式为热对流→热传导→热对流。 16. 间壁式换热器的传热速率与传热面积、平均传热温度差、总传热系数成正比，其传热速率方程（传热基本方程）为（ ） A. Q=αA△t B. Q=λA△t/b C. Q=qmCpm△t D. Q=KA△tm 【答案】D 【解析】间壁式换热器的传热速率与传热面积、传热推动力（平均传热温度差）、总传热系数成正比，即传热速率方程可以表示为Q=KA△tm。 17. 当两流体在换热器中均只发生相变时，称为恒温传热，其平均传热温度差等于（ ） A. 两流体温度差之和 B. 两流体温度差之差 C. 热冷流体的温度差 D. 两流体温度差之积 【答案】C 【解析】当两流体在换热器中均只发生相变时，热流体温度T和冷流体温度t都始终保持不变，称为恒温传热，其平均传热温度差△tm=T-t，即热冷流体的温度差。 18. 在工程计算中，可以用算术平均温度差代替对数平均温度差的条件是（ ） A. △t1/△t2≤2 B. △t1/△t2≥2 C. △t1/△t2=2 D. 任意条件下 【答案】A 【解析】在工程计算中，当△t1/△t2≤2时，可以用算术平均温度差代替对数平均温度差，其误差不超过4%。 19. 总传热系数（简称传热系数）表示单位传热面积、单位传热温差下的传热速率，它反映了（ ） A. 传热面积的大小 B. 传热过程的强度 C. 流体的温度高低 D. 换热器的体积大小 【答案】B 【解析】总传热系数表示单位传热面积，单位传热温差下的传热速率，用K表示，它反映了传热过程的强度，是评价换热器性能的一个重要参数。 20. 换热器使用一段时间后，管壁会结垢，垢层对传热的影响是（ ） A. 提高传热系数 B. 减小传热阻力 C. 增大传热面积 D. 增大传热热阻 【答案】D 【解析】总传热系数计算式中包含管内污垢热阻和管外污垢热阻，垢层的存在会增大传热热阻，降低总传热系数，使传热效率下降，因此需及时除垢。 21. 在传热过程中，流体温度不变而相态发生变化的过程中吸收或放出的热量，称为（ ） A. 显热 B. 比热容 C. 潜热 D. 热负荷 【答案】C 【解析】在传热过程中，流体温度不变而相态发生变化的过程中吸收或放出的热量，称为潜热；流体在相态不变而温度发生变化的过程中吸收或放出的热量，称为显热。 22. 以蒸汽加热空气为例，换热器投用时正确的操作顺序是（ ） A. 先通空气预热，再缓慢通入蒸汽 B. 先通蒸汽，再通空气 C. 同时通入蒸汽和空气 D. 先通蒸汽预热，再通空气 【答案】A 【解析】换热器在投用时，应先通入接近环境温度的空气，再缓慢或数次通入蒸汽，做到先预热后加热。若先通蒸汽，骤热会使管束和壳体膨胀，引起换热器内焊接头过早断裂或使管束管壳变形开裂。 23. 用于管子内部清洗，在一根圆棒前端装上刷子、钻头、刀具，插入管中旋转推进以除污的清洗方法是（ ） A. 水力清洗 B. 机械清洗 C. 化学清洗 D. 蒸汽清洗 【答案】B 【解析】机械清洗法用于管子内部清洗，在一根圆棒或管子的前端装上与管子内径相同的刷子、钻头、刀具，插入到管子中，一边旋转一边向前推进以除去污垢。此法不仅适用于直管也可用于弯管。 24. 当换热器发生列管堵塞、胀口渗漏、传热性能差等故障时，需（ ） A. 继续使用 B. 报废换热器 C. 停止生产 D. 切换到备用换热器 【答案】D 【解析】当换热器发生列管堵塞、胀口渗漏、传热性能差等故障或设备运行时间过长须停车检修、保养时，需切换到备用换热器。 25. 列管式换热器传热效率下降的原因之一是（ ） A. 流体流速增大 B. 传热面积增大 C. 列管结垢 D. 温差增大 【答案】C 【解析】列管式换热器传热效率下降的原因有：列管结垢、壳体内不凝气或冷凝液增多、折流挡板腐蚀、列管管路或阀门堵塞等。 二、简答题（本题共5道小题，每题8分，共40分） 1. 简述傅里叶定律的内容及热导率的物理意义。 【答案】傅里叶定律的内容：对由均匀固体物质组成的平壁进行导热的过程中，单位时间内，由高温面以热传导的方式传递给低温面的热量，与导热面积成正比，也与传热温度差成正比，但与壁厚成反比，即Q=λA△t/b。热导率λ是物质的一种物理性质，反映物质导热能力的大小，其物理意义为：在单位温度梯度下，单位时间内通过单位导热面积所传导的热量，即在相同条件下，物质的热导率越大，传导的热量越多，其导热能力也越强。 【解析】傅里叶定律表明导热量与导热面积、温度差成正比，与壁厚成反比；热导率反映物质导热能力的大小。 2. 简述对流传热膜系数的影响因素。 【答案】对流传热膜系数反映了对流传热的强度，其影响因素主要有：①流体的种类及相变情况——一般液体的对流传热膜系数大于气体的，流体有相变时的对流传热膜系数大于无相变的；②流体的流动状态——流体湍流时的对流传热膜系数大于层流的；③流体流动的原因——一般强制对流传热时的对流传热膜系数大于自然对流的；④流体的性质；⑤传热面的形状、位置及大小。对流传热膜系数越大，对流传热强度越大，对流传热的阻力越小，传热效果越好。 【解析】对流传热膜系数受流体种类及相变、流动状态、流动原因、流体性质、传热面形状位置大小等因素影响。 3. 简述总传热系数的概念及影响其数值的因素。 【答案】总传热系数（简称传热系数）表示单位传热面积、单位传热温差下的传热速率，用K表示，单位为W/(m²·K)，它反映了传热过程的强度，是评价换热器性能的一个重要参数。K的数值取决于两流体的物性、传热过程的操作条件及换热器的类型等，因而K值变化范围很大。对于K值的取得，除了现场测定外，一种是经验数据法，另一种是理论计算，计算式中包含管内、管外对流传热膜系数、管内、管外污垢热阻以及平壁厚度和热导率。 【解析】总传热系数表示单位面积单位温差下的传热速率，其数值取决于流体物性、操作条件和换热器类型。 4. 简述列管式换热器流体流动空间（管程、壳程）如何选择。 【答案】流体流动空间的选择：不洁净或易结垢流体、腐蚀性流体、有毒流体、压力高的流体、流量或膜系数小的流体宜走管程，因为管子便于清洗，走管程可防止壳体腐蚀、减少泄漏、管子较能承受高压、多管程可提高流速和膜系数；黏度大流量小的流体、温差大时膜系数大的流体、被冷却的流体、饱和蒸汽宜走壳程，便于散热增强冷却效果、减小壳体与管壁的温差、通过折流挡板使流体从层流变成湍流来提高传热效率、便于排不凝气和冷凝液。 【解析】易结垢、腐蚀、有毒、高压、膜系数小的流体走管程；黏度大、被冷却、饱和蒸汽等走壳程，据此合理选择流动空间。 5. 简述换热器停车维护的主要任务。 【答案】换热器停车维护主要有如下任务：（1）检查换热器管内外表面结垢的情况、有无异物堵塞和污染的程度；（2）测定壁厚，检查管壁减薄和腐蚀情况；（3）检查焊接部位的腐蚀和裂纹情况，因焊接部位较母材更易腐蚀，故应仔细检查；（4）根据漏水情况，检查出管子穿孔、破裂及管子与管板接头泄漏的位置，如果发现泄漏，应再进行胀管或焊接装配。 【解析】换热器停车维护包括检查结垢堵塞、测定壁厚、检查焊接部位腐蚀裂纹、检查泄漏位置四项任务。 三、综合分析题（本题共1道小题，每题10分，共10分） 1. 在套管换热器内，热流体温度由373K冷却到353K，冷流体温度由293K上升到343K。请回答：（1）写出间壁式换热器的传热速率方程，并说明式中各项的含义；（2）计算两流体作逆流时的平均传热温度差；（3）若换热器的热负荷为600kW、总传热系数K为300W/(m²·K)，求逆流时所需换热器的传热面积。 【答案】（1）传热速率方程为 Q=KA△tm，式中Q为传热速率（W），K为总传热系数（W/(m²·K)），A为平均传热面积（m²），△tm为平均传热温度差（K）。（2）△t1逆=T2-t1=353-293=60K，△t2逆=T1-t2=373-343=30K，△tm逆=(△t1逆-△t2逆)/ln(△t1逆/△t2逆)=(60-30)/ln(60/30)=43.3K。（3）A=Q/(K△tm逆)=600×10³/(300×43.3)=46.2m²。 【解析】本题综合应用传热速率方程（列式与各项含义）、平均传热温度差的计算以及传热面积的计算三方面知识，考查传热基本方程的综合分析与计算能力。 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 $