化工原理杨祖荣17章模拟题答案完美排版文档格式.docx
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耐火砖b1=230mm，1=1.05W/（m·
℃）
绝热砖b2=230mm，2=0.151W/（m·
建筑砖b3=240mm，3=0.93W/（m·
℃）
已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：
（1）绝热层需几块绝热砖；
（2）普通砖外侧温度为多少？
（1）b2=?
230mm<
b2=442mm<
230×
2mm
则：
绝热层需两块绝热砖。
校核t2=?
（2）t4=?
3、Φ50×
5㎜的不锈钢管，导热系数λ1＝16Ｗ／（ｍ·
Ｋ），外面包裹厚度为30mm导热系数λ２＝0.2W/（ｍ·
Ｋ）的石棉保温层。
若钢管的内表面温度为623Ｋ，保温层外表面温度为373Ｋ，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。
已知钢管的内半径
钢管的外半径
保温层的外半径
根据式（3-12a），每米管长的热损失
由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度t2。
4、Φ60×
3㎜的铝合金管（导热系数近似按钢管选取），外面依次包有一层30mm的石棉和30mm的软木。
石棉和软木的导热系数分别为0.16Ｗ／（ｍ·
Ｋ）和0.04Ｗ／（ｍ·
Ｋ）（管外涂防水胶，以免水汽渗入后发生冷凝及冻结）。
（1）已知管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃，求每米管长上损失的冷量；
（2）计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数；
（3）若将两层保温材料互换（各层厚度仍为30mm），钢管内壁面温度仍为-110℃，作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为10℃。
求此时每米管长损失的冷量。
提示：
保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。
（1）
每米管长损失的冷量：
（2）
各层热阻在总热阻中所占的分数：
由以上计算可知钢管热阻很小，且
。
（3）若将
互换，厚度不变，且认为
不变。
以上计算可以看出，将保温性能好的材料放在里层，保温或保冷效果好。
但此计算不严格，因为保冷好，则t4应增大，即
5、欲测某绝缘材料的导热系数，将此材料装入附图所示的同心套管间隙内。
已知管长l=1.0m.r1=10mm,r2=13mm,r3=23mm,r4=27mm。
在管内用热电偶加热，当电热功率为1.0kW时，测得内管的内壁温度为900℃，外管的外壁温度为100℃，金属管壁的导热系数为50W/（ｍ·
Ｋ），试求绝缘材料的导热系数。
若忽略壁阻，会引起多大的误差？
按题意求得：
内管壁的热阻为：
外管壁的热阻为：
通过多层管壁的热流量为：
2=0.114W/（ｍ·
Ｋ）。
若忽略两侧金属壁的热阻，则
由于金属壁的热阻远小于绝缘材料的热阻，在实验精度范围内，金属壁的热阻可以忽略。
6、冷却水在Φ25×
2.5㎜，长为2m的钢管中以1m/s的流速通过。
冷却水的进、出口温度为20℃和50℃，求管壁对水的对流传热系数？
定性温度
查得水在35℃时的物性参数：
管内径为：
d=25-22.5=20mm=0.02m
湍流
水被加热，k=0.4，得：
7、一列管式换热器，由38根Φ25×
2.5㎜的无缝钢管组成，苯在管内以8.32kg/s的流速通过，从80℃冷却至20℃。
求苯对管壁的对流传热系数；
若流速增加一倍，其他条件不变，对流传热系数又有何变化？
查得苯在50℃时的物性参数：
d=25-22.5=20mm=0.2m
苯被冷却，k=0.3，则：
（2）流速增加一倍，u=2u，其他条件不变
由于
所以
8、质量分数为98%，密度=1800kg/m3的硫酸，以1m/s的流速在套管换热器的内管中被冷却，进、出口温度分别为90℃和50℃，内管直径为Φ25×
2.5㎜。
管内壁平均温度为60℃。
试求硫酸对管壁的对流传热系数。
已知70℃硫酸的物性参数如下：
壁温60℃时的硫酸黏度
（1267W/（m2·
℃））
查得硫酸在70℃时的物性参数：
因为黏度较大，故用式（3-16）计算
过渡流
过渡流校正
9、原油在Φ89×
6㎜的管式炉对流段的管内以0.5m/s的流速流过而被加热，管长6m。
已知管内壁温度为150℃，原油的平均温度为40℃。
试求原油在管内的对流传热系数。
已知原油的物性参数为：
原油150℃时的黏度
原油在管内流动的Re
（层流）
（0.6<
Pr<
6700）
所以原油在管内的对流传热系数用式（3-19）计算
由于
所以对流传热系数需校正
10、铜氨溶液在由四根Φ45×
3.5㎜钢管并联的蛇管中由38℃冷却至8℃，蛇管的平均曲率半径为0.285m。
已知铜氨溶液的流量为2.7m3/h，黏度为2.2×
10-3Pas，密度为1200km/m3，其余物性常数可按水的0.9倍选用，试求铜氨溶液的对流传热系数。
解∶定性温度
查得水在23℃时的物性参数，并折算为铜氨液的物性：
四组蛇管并联的横截面积：
过渡区
铜氨液被冷却，k=0.3，则：
过渡流需校正
弯管校正
11、有一列管式换热器，外壳内径为190mm，内含37根Φ19×
2㎜的钢管。
温度为12℃，压力为101.3kPa的空气，以10m/s的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。
试求空气对管壁的对流传热系数。
查得空气在21℃时的物性参数：
空气被加热，k=0.4，则：
12、在接触氧化法生产硫酸的过程中，用反应后高温的SO3混合气预热反应前气体。
常压SO3混合气在一由Φ38×
3㎜钢管组成、壳程装有圆缺型挡板的列管换热器壳程流过。
已知管子成三角形排列，中心距为51mm，挡板间距为1.45m，换热器壳径为Φ2800；
又SO3混合气的流量为4×
104m3/h，其平均温度为145℃.若混合气的物性可近似按同温度下的空气查取，试求混合气的对流传热系数（考虑部分流体在挡板与壳体之间短路，取系数为0.8）
本题为列管式换热器管外强制对流传热，对流传热系数按式3-25计算
管子正三角形排列时，
管外流体流过的最大截面积Smax计算：
管外流体的流速
定性温度
下查得空气的物性参数：
因气体黏度变化较小，故
，由因部分流体在单板与壳体之间隙短路，取实际对流传热系数为计算值的0.8倍
13、在油罐中装有水平放置的水蒸气管，以加热罐中的重油。
重油的平均温度为20℃，水蒸气管外壁的平均温度为120℃，管外径为60mm。
已知70℃时的重油物性数据如下：
ρ=900kg/m3λ=0.175W/（m℃）
cp=1.88kJ/（kg℃）ν=2×
10-3m2/s
β=3×
10-4℃-1
试求水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量kJ/（m2·
h）?
则
查表3-4，得C=0.54，n=1/4，于是
所以水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量
14、压强为4.76105Pa的饱和水蒸气，在外径为100mm，长度为0.75m的单根直立圆管外冷凝。
管外壁温度为110℃。
试求
（1）圆管垂直放置时的对流传热系数；
（2）管子水平放置时的对流传热系数；
（3）若管长增加一倍，其他条件均不变，圆管垂直放置时的平均对流传热系数。
压强为4.76105Pa的饱和蒸汽温度为150℃，
此时水蒸气的汽化潜热r=2119kJ/kg
冷凝液定性温度膜温
，查130℃时水的物性参数
（1）管垂直放置时
假设液膜中的液体作层流流动，由式3-31计算平均对流传热系数
验证Re：
所以假设层流是正确的。
（3）管水平放置
由式（3-29）和式（3-31）可得单管水平放置和垂直放置时的对流传热系数和的比值为
所以单根管水平放置时的对流传热系数为：
（3）管长为0.75m时，液膜流动的Re=1608，故管长增加一倍后，液膜成湍流状态。
此时的对流传热系数为：
所以
因此当液膜从层流转变为湍流时，冷凝对流传热系数急剧增加。
15、载热体流量为1500kg/h，试计算以下各过程中载热体放出或得到的热量。
（1）100℃的饱和水蒸气冷凝成100℃的水；
（2）110℃的苯胺降温至10℃；
（3）比热为3.77kJ/（kg·
K）的NaOH溶液从370K冷却到290K；
（4）常压下150℃的空气冷却至20℃；
（5）压力为147.1kPa的饱和水蒸气冷凝后并降温至50℃。
（1）查饱和水蒸气
汽化潜热r=2258kJ/kg
（2）定性温度
，查60℃时苯胺的物性参数
（3）
（4）定性温度
，查85℃时空气的物性参数
（5）压力为147.1kPa的水的饱和温度为
汽化潜热r=2230.1kJ/kg
，查80.4℃时水的物性参数
16、每小时8000m3（标准状况）的空气在蒸汽加热器中从12℃被加热到42℃，压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。
若设备的热损失估计为热负荷的5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。
热量衡算：
查得标准状况下的空气物性参数
蒸汽用量：
17、在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水进出口温度分别为290K和320K。
试求冷却水消耗量。
由苯的定性温度
，查苯的物性参数
由苯计算热负荷
由冷却水的定性温度
，查水的物性参数
18、在一列管式换热器中，将某溶液自
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