化工原理大题第四章.docx
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化工原理大题第四章
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1400C,外表面温度t3为
100C。
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10.90・00°7t,绝
缘砖的导热系数为20.30.0003t。
两式中t可分别取为各
层材料的平均温度，单位为C,A单位为W/（m•C）。
热通量
3.直径为60mm3mm,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-110C,绝热层外表面温度10C。
已知软木
和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/（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：
Qt[上3
[丄店丄d
21r122r2
110010
11,160
InIn
23.140.0433023.140.000760
25W/m
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?
由导热效率方程知:
两层材料位置互换后:
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
19mm2mm的列管内流动。
已知管内水侧对流传热系数为
349OW/（m2•C）,管外油侧对流传热系数为258
W/（m2•C）。
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0.00026m2・C/W,油侧污垢热阻
为0.000176m2•C/W。
管壁导热系数入为45W/（m•C）。
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k°
k。
（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
15C和40C,油的进、出口温度分别为150C和100C。
现因生产任务要求油的出口温度降至80C,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:
We”t2匕4015
WUpcT1T2150100
当油的出口温度降到80C时，由热量恒算:
QWnCpn（15080）WCCpc（t2'15）.
解得:
由传热速率方程分别可得:
原换热器:
WnCpn（150100）
kSotm
kndL
Wncpn（15080）ksVtmkndL
92.5.
70.
新换热器:
7092.5’
1
5070
1.85m.
&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243C和128C;终温分别为167C和157C。
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：
Q'koVtm'WnCpn（TiT2）驱卩血’tj
QkoVtmWnCpn®T?
）WCpcg）
两式相除:
Vtm'
11
2t2t1
（T1
T2'）
&'1）
Vtm
tT
2t2t1
（T1
T2）
（t2G
（1）
（T1
T2）
（t2匕）
（243167）
（157128）
47
（T1
T2）
（T2tj
Vt2
Vt1
Vt2Vt1
Vtm
而
Vt1Vt2.Vt1
In
Vt2
Vt2Vt1（243
.Vt2
In
Vt1
128）（167,115
In
10
157）
3°C
InVt2
Vt1
471
所以：
Vt2Vt1
Vt2Vt143
解得：
Vt2/
/Vt1
2.98.
即：
（243
t2）2.98（T2128）
t22.98
（T2
128）243
（2）
由
（2）、（3）式得:
t2161.3oC.T2155.4°C
Vtm
所以：
Vt2Vt1
Vti
（243161.3）（155.4128）
1.093
49.7°C
9..在下列各种管壳式换热器中，某种溶液在管内流动并由20C加热到50C。
加热介质在壳方流动，其进、出口温度分别为100C和60C,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。
由对数平均温度差知道：
40
50
20
0.375
（2）
10020
10060
5020
1.33
查温度差校正系数图得：
Vt
0.9
Vtm
VtVtm
0.944.840.3°C
（3）由R、P值查流程温差校正系数图得:
Vt
0.98
所以：
VtmVtVtm0.9844.8
43.9oC
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
80.1C,汽化热为394kJ/kg。
冷却水的进口温度为20C,流
量为36000kg/h,水的平均比热容为4.18kJ/（kg）。
若总传热系数K0为450W/（m2・C）,试求换热器传热面积S0。
假
设换热器的热损失可忽略。
QWsrVsr
其中:
冷水出口温度可由热量衡算求得。
即:
QWeCp「t2tj
t2
4.861053600
360004.18103
2031.6oC
Vtm
（80.120）（80.131.6）
80.120
In-
54.1oC
80.131.6
So
则：
4.86105
20m2
45054.1
12.在一传热面积为50m2的单程管亮式换热器中，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20C升至38C。
溶液的温度由110C降至60C。
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45C。
试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。
假设：
（1）两种'情况下，流体物性可视为不变,水的平均比热容可取为4.17kJ/（kg•）;
（2）可按平壁处理，
两种工况下i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.
Vtm
（11°38）（8°2°）
11°38In
6°2°
54.4°C
所以:
Q
SVtm
330004.1871°3（3820）
360°5054.4
254w/（m2°C）
再求清洗后总传热系数K°,由热量衡算求溶液的出口温度
T2
WQpc
（t21）110
pn
11060
3820
（4520）
40.6°C
（11045）（40.620）
11045In
40.620
330004.187103（4520）
36005038.6
497w/（m2°C）
若传热面两侧的总污垢热阻为尺.则有:
1丄
i497
由此得:
Rs1.925103m2°C/W
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a的影响是
A）使a值升高
B）使a值大大降低
C）使a值有一定影响
D）对a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
一定流量的液体在一25x2.5mm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，
改用一19x2mm的直管，则其值将变为
VW（m2•C）。
A.1059B.1496
C.1585D.1678t05a01177
冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C,出口温
度为50C,冷水进口温度为15C,出口温度为53C,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
t05a02043
某有机溶液在长为L,直径为108x10mm的钢管中强制湍流
时，其=310W/（m2?
K）,如体积流量不变，改用152x10mm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/（m2?
K）
t05a02118
两流体通过间壁换热，冷流体从20C被加热到50C,热流体从100C冷却到70C,则逆流时的tm=C。
并
流时的tm=C。
w05b05161
1.一杯开水（100C）置于20C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20C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2,3w05a05034
①一厚度相等的双层平壁，其导热率入I>xn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=乃t/dn;•••稳定传热即QI=QII
因已知入1>川
•••（dt/dn）l<（dt/dn）II
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