化工原理王晓红版习题答案第二章Word文档下载推荐.docx
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46.5W/mK，2
1.162W/mK，b1
0.02m，
b20.001m，Sm1
Sm2
S。
所以
t1t3
523
473
q
S
0.001W/m
3.874W/m
46.5
1.162
根据圆筒壁的导热速率方程：
t1
tn1
t1t2
1Sm1
可以得到：
t2
t1-qb1
3.874
0.002
506.3（K）
2．在一φ60×
3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，
平均导热系数0.07W/m℃；
外层为20mm的石棉层，平均导热系数
0.15W/m℃。
现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为
80℃。
已知钢管的平均导热系数45W/m℃，试求每米管长的热损失及两层
保温层界面的温度。
（原题2）
根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式：
t1tn1
t1t4
πL
t1t4
Qn
b3
i1iSmi
1Sm1
2Sm2
3Sm3
1rm1
2rm2
3rm3
式中：
t1
℃，
4
=60/2-3.5=26.5（mm）
=60/2=30（mm）
=500
t
=80℃，r
r3=30+40=70（mm），r4=70+20=90（mm），b1=3.5mm，b2=40mm，b3=30mm，
=45W/（m·
℃），λ=0.07W/（m·
℃），λ=0.15W/（m℃·
）。
λ1
3
rm1
26.5
30
28.3（mm）
rm2
r3
70
lnr3
47.2（mm）
ln70
rm3
r4
90
80（mm）
所以每米管长的热损失为：
2π
L
1rm1
3.1423.142
500
80
W/m
3.5
40
20
45
28.3
0.07
47.2
0.15
191.6W/m
因为Q
tn1
2πL
t1t4
3t4
1rm1
3rm3
所以t3
t4
80191.6
130.8（℃）
3.142
2π3rm3
3．有一列管式换热器，由38根φ25×
2.5mm的无缝钢管组成，苯在管程流动，
由20℃加热到80℃，苯的流量为10.2kg/s，饱和蒸汽在壳程冷凝。
试求：
（1）管壁对苯的对流传热系数？
（2）若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变化？
（原题4）
（1）苯的定性温度208050℃，此状况下的物性为：
0.45mPas，
860kg/m3，
cp
1.80kJ/kg
0.14W/m
℃
根据公式
0.023
Re0.8Pr0.4
di
di=0.020m，
u
ws
10.2
1.0m/s
ρA860
0.022
38
Re
du
0.020
1.0
860
38222
（湍流）
0.45
103
Pr
Cp
1.800.45
5.786
0.14
i
0.023Re0.8Pr0.4
382220.85.7860.4W/m2℃
1505W/m2
（12）苯的流量增加1倍后，
'
0.8
1505
2620W/m
W/m
4．苯流过一套管换热器的环隙，自20℃升高至80℃，该换热器的内管规格为
φ19mm×
2.5mm,外管规格为φ38mm×
3mm。
苯的流量为1800kg/h，求苯对内管壁的对流传热系数。
苯的定性温度20
50℃，此状况下的物性为：
860kg/m3，cp
1.80kJ/kg℃，0.14W/m℃
苯的流速为：
1800
1.12m/s
ρA3600
0.0322
0.0192
套管的当量直径为：
d12
d22
d1d23219mm13mm
de
d1
d2
流体的雷诺数为：
deu
0.0131.12860
27826（湍流）
0.45103
1.80
5.79
32
1.68
1.65
19
由此可得对流传热系数为：
Re0.8Pr31d1
0.53
278260.8
5.793
W/m2℃
0.013
1832W/m2
与书上答案1794W/m2℃略有不同。
5
5．常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴
向流动。
离开换热器时甲烷温度为
30℃，换热器外壳内径为
190mm，管束由
37根φ19mm×
2mm的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。
甲烷的平均温度120
75
℃，此状况下的物性为
0.012mPas，
0.562kg/m3，cp
2.48kJ/kg℃，
0.04W/m℃
列管换热器的当量直径为：
37d22
37
37d2
190
37d2
mm25.47mm
deu
0.02547
100.562
11928（湍流）
0.012
由此可得甲烷对管的对流传热系数为：
Re0.8Pr0.3
0.04
2.480.012
0.3
119280.8
W/m2℃
60.3W/m2℃
6
6．温度为90℃的甲苯以1500kg/h的流量通过蛇管而被冷却至30℃。
蛇管的直径为φ57mm×
3.5mm，弯曲半径为0.6m，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。
甲苯的平均温度90
60℃，此状况下的物性为：
0.3864mPas，
831.8kg/m3，cp1.853kJ/kg℃，0.1238W/m℃
流体的流速为：
Vs
ms
1500
m/s0.255m/s
1d2
36001
3.1420.0502
831.8
0.050.255
27447（湍流）
0.3864
湍流时甲苯对直管的对流传热系数为：
0.80.3
0.023RePr
0.1238
1.853
274470.8
0.050
2162.3W/m2
过渡流的校正系数：
105
0.612
Re1.8
2744.71.8
圆形弯管的校正系数为：
1.77di
1.77
1.1475
R
0.6
甲苯对蛇管的对流传热系数为：
0.6121.1475
342.7
1.1475W/m2℃240.7W/m2℃
7
7．120℃的饱和水蒸气在一根252.5mm、长1m的管外冷凝，已知管外壁温
度为80℃。
分别求该管垂直和水平放置时的蒸气冷凝传热系数。
（1）当管垂直放置时，冷凝传热系数的计算方法取决于冷凝液在管外沿壁面向下流动时的流动型态。
采用试差法，假定冷凝液为层流流动，则：
1.13r
g
垂直
l
液膜温度为120
100℃，该温度下水的物性为
0.283mPas，
958.4kg/m3，
0.683W/m℃
冷凝温度为120℃，此温度下水的相变焓为：
r
2205.2kJ/kg。
所以可以计算
1.13
1.132205.210
958.4
9.81
0.683
W/m2
0.283
120
5495.3W/m2
根据此计算结果校核冷凝液膜的流动是否为层流。
冷凝液膜流动雷诺数为：
dou
doG
4S/doqm/S
4Q/rdo4垂直doltQ/rdo
4垂直lt
代入相关数据后可以求得
垂直lt
45495.31
1409
2205.2
103
层流假定成立，以上计算有效。
（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数：
水平0.725r
do
0.7252205.210
0.025
8866.7W/m2
8
8．实验室内有一高为1m，宽为0.5m的铸铁炉门，其表面温度为600℃，室温
为20℃。
试计算每小时通过炉门辐射而散失的热量。
如果在炉门前50mm处放置一块同等大小同样材料的平板作为隔热板，则散热量为多少？
如果将隔热板
更换为同等大小材料为已经氧化了的铝板，则散热量有何变化？
（1）不加隔热板时，铸铁炉门被四壁所包围，铸铁黑度为
0.78，
1C0
C12
角系数12
，根据
T1
Q12
12S
T2
100
600
0.78
5.669
0.5
273.15
W
12664W
（2）加隔热板后，辐射传热过程可以表示为：
炉门
1→隔热板3→墙壁2。
辐射散热量就是它对隔热板的辐射传热量（
1→3）：
Q13
C13
13S
T3
炉门与隔热板相距很近，其辐射可以看作是在两极大的平面间进行，于是：
C0
3.62，其角系数131。
隔热板对周围墙壁的辐射传热量（
3→2）：
Q32
C32
32S
其中C32
3C0
5.6694.42，32
1。
过程达到稳态时，Q13
C1313S
C3232S
将已知数据代入上述公式，可以得到
3.62
4.42
求出T3
718.39K443.24℃
所以热损失为：
QQ13
718.39
3.62110.5
5700W
（3）如果将隔热板换为氧化的铝板，其黑度为30.15，则有
C1
0.816
C3
3C0
0.85
可以仿照
（2）的公式求取隔热板温度，然后计算热损失，也可以利用下列公式直接求取：
Q3
C1313S1
C3232S1
1192W
9
9．现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。
已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；
冷水走壳程，测得进口温度为15℃，出口温度为30℃，逆流流动，试计算该换热器的K值。
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