化工原理第二版答案.docx

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化工原理第二版答案

标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

化工原理第二版答案

第四章习题

2．燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖,外层为230mm厚的绝缘砖。

若炉的内表面温度t1为1400℃,外表面温度t3为100℃。

试求导热的热通量及两砖间的界面温度。

设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为

绝缘砖的导热系数为

。

两式中

可分别取为各层材料的平均温度,单位为℃,λ单位为W/（m·℃）。

解：

设两砖之间的界面温度为

，由

，得

热通量

3．直径为

钢管用30mm厚的软木包扎,其外又用100mm厚的保温灰包扎,以作为绝热层。

现测得钢管外壁面温度为-110℃,绝热层外表面温度10℃。

已知软木和保温灰的导热系数分别为和（m·℃）,试求每米管长的冷量损失量。

解：

每半管长的热损失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出：

负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。

4．蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层,设外层的平均直径为内层的两倍。

其导热系数也为内层的两倍。

若将二层材料互换位置,假定其他条件不变,试问每米管长的热损失将改变多少说明在本题情况下,哪一种材料包扎在内层较为适合

解：

设外层的平均直径为

，内层平均直径为

，则

且

。

由导热效率方程知：

两层材料位置互换后：

所以：

即：

两层保温材料互换位置后，单位管长的热损失增加。

说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较为合适。

6.在管壳式换热器中用冷水冷却油。

水在直径为

的列管内流动。

已知管内水侧对流传热系数为349OW/（m2·℃）,管外油侧对流传热系数为258W/（m2·℃）。

换热器在使用一段时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污垢热阻为m2·℃/W,油侧污垢热阻为m2·℃/W。

管壁导热系数λ为45W/（m·℃）。

试求:

（1）基于管外表面积的总传热系数;

（2）产生污垢后热阻增加的百分数。

解：

（1）总传热系数

（2）产生污垢后热阻增加的百分数为：

7：

在并流换热器中,用水冷却油。

水的进、出口温度分别为15℃和40℃,油的进、出口温度分别为150℃和100℃。

现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变,若原换热器的管长为1m。

试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。

设换热器的热损失可忽略。

解：

平均温度差为

由热量恒算可得：

当油的出口温度降到80

时，由热量恒算：

解得：

由传热速率方程分别可得：

原换热器：

新换热器：

8．重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动,两种油的初温分别为243℃和128℃;终温分别为167℃和157℃。

若维持两种油的流量和初温不变,而将两流体改为逆流,试求此时流体的平均温度差及它们的终温。

假设在两种流动情况下,流体的物性和总传热系数均不变化,换热器的热损失可以忽略。

解：

以上标

表示并流的情况。

由传热速率方程和热量衡算：

两式相除：

（1）

而

所以：

解得：

即：

（2）

由

（1）式得：

（3）

由

（2）、（3）式得：

所以：

9．.在下列各种管壳式换热器中,某种溶液在管内流动并由20℃加热到50℃。

加热介质在壳方流动,其进、出口温度分别为100℃和60℃,试求下面各种情况下的平均温度差。

（1）壳方和管方均为单程的换热器。

设两流体呈逆流流动。

（2）壳方和管方分别为单程和四程的换热器。

（3）壳方和管方分别为二程和四程的换热器。

解：

（1）由对数平均温度差知道：

（2）

查温度差校正系数图得：

（3）由R、P值查流程温差校正系数图得：

所以：

11在一管壳式换热器中,用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液体。

苯蒸气的体积流量为1650m3/h,常压下苯的沸点为℃,汽化热为394kJ/kg。

冷却水的进口温度为20℃,流量为36000kg/h,水的平均比热容为（kg·℃）。

若总传热系数K0为450W/（m2·℃）,试求换热器传热面积S0。

假设换热器的热损失可忽略。

解：

换热器的传热面积

其中：

冷水出口温度可由热量衡算求得。

即：

则：

12．在一传热面积为50m2的单程管壳式换热器中,用水冷却某种溶液。

两流体呈逆流流动。

冷水的流量为33000kg/h,温度由20℃升至38℃。

溶液的温度由110℃降至60℃。

若换热器清洗后,在两流体的流量和进口温度不变的情况下,冷水出口温度增到45℃。

试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。

假设:

（l）两种情况下,流体物性可视为不变,水的平均比热容可取为（kg·℃）；

（2）可按平壁处理,两种工况下

和

分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失

解：

先求清洗前的总传热系数K.

所以:

再求清洗后总传热系数

由热量衡算求溶液的出口温度

.

若传热面两侧的总污垢热阻为

则有:

由此得:

x05a02004

棉花保温性能好，主要是因为______。

A.棉纤维素导热率小；

B.棉花中含有相当数量的油脂；

C.棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍；

D.棉花白色，因而黑度小。

x05a02016

在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对α的影响是______。

A）使α值升高

B）使α值大大降低

C）使α值有一定影响

D）对α值无影响

x05a02031

多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。

A成正比B成反比C没关系

x05a05171

一定流量的液体在一25×的直管内作湍流流动，其对流给热系数＝1000W/（m2·℃）。

如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，则其值将变为W/（m2·℃）。

A.1059B.1496

C.1585D.1678

t05a01177

冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90℃,出口温度为50℃,冷水进口温度为15℃,出口温度为53℃,冷热水的流量相同,则热损失占传热量的_______%（冷热水物性数据视为相同）。

t05a01216

当冷热两流体均不发生相态变化时，一般对_________物料选用并流操作。

t05a02042

某流体在圆直管内强制对流，其对流传热系数为，现任务变更，管内流速降为原来的1/2，且已知此时Re104，则管内的对流传热系数为原对流传热系数的

倍。

t05a02043

某有机溶液在长为L,直径为108×10mm的钢管中强制湍流时,其=310W/（m2K）,如体积流量不变，改用152×10mm的钢管代替,流动仍为湍流（两种情况下L/d均大于60）,此时=

W/（m2K）

t05a02118

两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100℃冷却到70℃，则逆流时的tm＝℃。

并流时的tm＝℃。

w05b05161

1.一杯开水（100℃）置于20℃的静止空气中,问杯子两侧流体的传热各属何种类型哪一侧热阻大

2.若将杯子浸在20℃的冷水中（两流体不直接接触）,能否增强传热理由

3.仍置于空气中,但使杯外的空气流动,问能否增强传热理由

4.对1的情况,若对杯中流体加以搅动,问是否比2、3两种办法有效些

1.均为自然对流,空气侧热阻大;

2.能增强传热,因为水的对流给热系数比空气大;

3.能增强传热,因为强制对流的对流给热系数比自然对流大

4.主要热阻在空气侧,故2,3效果较好,4不及2,3

w05a05034

①一厚度相等的双层平壁，其导热率λⅠ>λⅡ试定性画出其温度分布图，为什么（稳定传热）

②套管式换热器的冷、热流体进、出口温度分别为t1、t2、T1、T2，试画出冷、热流体温度沿换热面积变化关系曲线。

①根据傅立叶定律;Q=λdt/dn;∵稳定传热即QI=QII因已知λI>λII

∴（dt/dn）I<（dt/dn）II