化工原理知識習(xí)題 附答案.pdf

Hgjc_shsd (1/51) 流體力學(xué)流體力學(xué) ssd2-1、l000mm的敞口容器中盛有密度為的敞口容器中盛有密度為1200kg/m3的液體。聯(lián)接 于器底的 的液體。聯(lián)接 于器底的U形管壓差計指示的汞柱為形管壓差計指示的汞柱為200mm，壓力計一端連通大氣。設(shè)壓 力計指示液底面與容器底面相齊。 求器中所盛液體的高度， 并求器底所受的 力 ，壓力計一端連通大氣。設(shè)壓 力計指示液底面與容器底面相齊。 求器中所盛液體的高度， 并求器底所受的 力(N)和壓力和壓力(Pa)。 若液柱壓力計中指示液為四氯化碳若液柱壓力計中指示液為四氯化碳(密度密度1600kg/m3)，則指示讀數(shù)為多 少？以上均設(shè)指示液底面與器底相齊。 ，則指示讀數(shù)為多 少？以上均設(shè)指示液底面與器底相齊。(2.27,21kN,26.7kPa,1.7m) 解：解： 221 ghgh= m27 . 2 1200 2 . 0*10*6 .13h h 3 1 22 = = 331 ghgh= m7 . 1 1600 27. 2*1200h h 3 1 = = ssd2-3、 有一個油水分離器、 有一個油水分離器(圖圖2-58)， 油和 水的混合液送入器內(nèi)，利用密度差使油與水分 離。油由分離器上部的側(cè)管溢流排走，水由底 部的倒 ， 油和 水的混合液送入器內(nèi)，利用密度差使油與水分 離。油由分離器上部的側(cè)管溢流排走，水由底 部的倒U形管排出。倒形管排出。倒U形管頂部有平衡管 與分離器頂部連通，使兩處壓力相等。油面至 觀察孔中心的距離 形管頂部有平衡管 與分離器頂部連通，使兩處壓力相等。油面至 觀察孔中心的距離H0為為0.5m，油密度，油密度0為為 800kg/m3，水密度，水密度=1000kg/m3。如果要求油 水分界面也位于觀察孔中心， 則倒 。如果要求油 水分界面也位于觀察孔中心， 則倒U形管頂部 至觀察孔中心的垂直距離 形管頂部 至觀察孔中心的垂直距離H應(yīng)為多少？設(shè)液 體在器內(nèi)的流動緩慢，可按靜力學(xué)處理。而且 油水易于分層。沒有乳化界面。 應(yīng)為多少？設(shè)液 體在器內(nèi)的流動緩慢，可按靜力學(xué)處理。而且 油水易于分層。沒有乳化界面。(0.4m) 解解 1100 gHgH= m4 . 0 1000 5 . 0*800H H 1 00 1 = = ssd2-4、精餾塔塔頂分出輕油和水蒸氣，經(jīng)冷凝和油水分離后，輕油一 部分回至塔中，其余為產(chǎn)品，冷凝水則排走，油水分離器應(yīng)高過塔頂。為操 作方便，在距地面 、精餾塔塔頂分出輕油和水蒸氣，經(jīng)冷凝和油水分離后，輕油一 部分回至塔中，其余為產(chǎn)品，冷凝水則排走，油水分離器應(yīng)高過塔頂。為操 作方便，在距地面1.5m處觀察油水分層的界面，油的相對密度為處觀察油水分層的界面，油的相對密度為0.8，求分 水管的高度 ，求分 水管的高度H應(yīng)為多少？應(yīng)為多少？ 解解 1100 gHgH= m H H16 1 20*8 . 0 1 00 1 = Hgjc_shsd (2/51) td1-5附圖中串聯(lián)附圖中串聯(lián)U管壓差計測 量蒸汽鍋爐水面上方的蒸汽壓， 管壓差計測 量蒸汽鍋爐水面上方的蒸汽壓，U管壓 差計的指示液為水銀，兩 管壓 差計的指示液為水銀，兩U管間的連接 管內(nèi)充滿水。已知水銀面與基準(zhǔn)面的垂 直距離分別為： 管間的連接 管內(nèi)充滿水。已知水銀面與基準(zhǔn)面的垂 直距離分別為：h1=2.3m、h2=1.2m、 h3=2.5m及及h4=1.4m。 鍋爐中水面與基準(zhǔn) 面間的垂直距離 。 鍋爐中水面與基準(zhǔn) 面間的垂直距離h5=3m。大氣壓強。大氣壓強 p0=99.3kPa。試求鍋爐上方水蒸氣的壓 強 。試求鍋爐上方水蒸氣的壓 強p5。(分別以分別以Pa和和kgf/cm2來計量來計量)。 答p=3.64105Pa=3.71kgf/cm2 解：由靜力學(xué)方程 p5+g(h5-h4)=p4 p4=p3+Hgg(h3-h4) p3=p2-g(h3-h2) p2=p0+Hgg(h1-h2) p5+g(h5-h4)=p0+Hgg(h1-h2)-g(h3-h2)+Hgg(h3-h4) p5=p0+hgg(h1-h2)-g(h3-h2)+Hgg(h3-h4)-g(h5-h4) =p0+Hgg(h1-h2+h3-h4)-g(h3-h2+h5-h4) =p0+Hgg(2.3-1.2+2.5-1.4)-g(2.5-1.2+3-1.4) =p0+Hgg2.2-g2.9 =99.3+13.69.812.2-19.812.9 =364.4kPa p5=364.4 kPa1 kgf.cm-2/98.1 kPa=3.715kgf.cm-2 1kgf.cm-2 =98.1 kPa ssd2-6、列管式換熱器的管束、列管式換熱器的管束38根根252.5mm的鋼管組成。空氣以的鋼管組成?？諝庖?10m/s的速度在管內(nèi)流動， 其平均溫度為的速度在管內(nèi)流動， 其平均溫度為50， 由液柱壓力計測得其壓力為， 由液柱壓力計測得其壓力為 250mmHg，壓力計一端接通大氣，當(dāng)時大氣壓，壓力計一端接通大氣，當(dāng)時大氣壓101.3kPa，試求空氣的體積 流量和質(zhì)量流量。 ，試求空氣的體積 流量和質(zhì)量流量。(0.12m3/s 0.174kg/s) 解：解：uAV =119. 038)1020( 4 14. 3 10 23 = m3/s RT pMm = 62.1343 .101*) 1 760 250 (=+=pkPa(絕絕) 454. 1 )50273(*314. 8 29*10*62.134 3 = + = RT pMm kg/m3 Vm =174. 0454. 1*119. 0=kg/s Hgjc_shsd (3/51) ssd2-8、水平導(dǎo)管從、水平導(dǎo)管從300mm縮小到縮小到200mm(均為內(nèi)徑均為內(nèi)徑)。管中流過。管中流過 20常壓甲烷常壓甲烷(甲烷密度變化可忽略甲烷密度變化可忽略)，流量，流量1800m3/h。200mm管上聯(lián)接 的水柱壓力計的讀數(shù)為 管上聯(lián)接 的水柱壓力計的讀數(shù)為20mm水柱，試求水柱，試求300mm管上聯(lián)接的水柱壓力計 的讀數(shù)。設(shè)阻力忽略 管上聯(lián)接的水柱壓力計 的讀數(shù)。設(shè)阻力忽略(壓力計另一端均連通大氣壓力計另一端均連通大氣)(26.8) 解：因氣體密度不變，應(yīng)用柏努利方程。 選粗管測壓處為1-1截面，細(xì)管測壓處為2-2 截面， 以管中心線所在平面為基準(zhǔn)面， 兩面間列方程： g p g2 u Z g p g2 u Z 2 2 2 2 1 2 1 1 += + 整理： g p g2 uu g p 2 2 1 2 21 + = (a) 其中：z1=z2=0；p2=196pa； 3 33 m/kg666. 0 293*314. 8 1016103 .101 RT pM = = s/m08. 7 3 . 0*785. 0 3600/1800 d785. 0 V u 22 1 1 = s/m9 .15 2 . 0*785. 0 3600/1800 d785. 0 V u 22 1 2 = 將以上數(shù)據(jù)代入(a)式： 8 . 9*666. 0 196 8 . 9*2 08. 79 .15 g p g2 uu g p 22 2 2 1 2 21 + = + = p1=263.5pa=26.9 mmH2O柱 Hgjc_shsd (4/51) ssd2-12、有一垂直管道，內(nèi)徑由、有一垂直管道，內(nèi)徑由300mm漸縮至漸縮至200mm，水由下而 上在管中流動。測得水在粗管口和細(xì)管口的靜壓力分別為 ，水由下而 上在管中流動。測得水在粗管口和細(xì)管口的靜壓力分別為p1=150kPa和和 p2=100kPa(如圖如圖)，兩測壓點間垂直距離為，兩測壓點間垂直距離為4.5m，若此距離間的摩擦阻力可 以忽略，試求水的流量。 ，若此距離間的摩擦阻力可 以忽略，試求水的流量。(432m3/h) 解：解：選粗管測壓處為1-1截面，細(xì)管測壓處為2-2截面，以 1-1面為基準(zhǔn)面，在兩面間列方程： g p g2 u Z g p g2 u Z 2 2 2 2 1 2 1 1 += + 其中：z1=0 z2=4.5m；p1=150kPa，p2=100kPa； 由連續(xù)性方程， 2211 A.uA.u=， 25 . 2 1 3 . 0 2 . 0 d d A A u u 2 2 2 1 2 2 1 2 2 1 = 12 u25. 2u = 代入數(shù)據(jù)： 8 . 9*1000 10*100 g2 )u25. 2( 5 . 4 8 . 9*1000 10*150 g2 u 32 1 32 1 +=+ u1=1.7m/s u2=3.83m/s 流量：h/m4 .4327 . 13 . 0 4 ud 4 V 32 1 2 1 = = = ssd2-13、 鼓 風(fēng) 機 吸 入 管 的 內(nèi) 徑 為 、 鼓 風(fēng) 機 吸 入 管 的 內(nèi) 徑 為 200mm， 測得， 測得U型管壓力計讀數(shù)為型管壓力計讀數(shù)為25mmH2O， 空氣密度 ， 空氣密度1.2kg/m3，若阻力等于，若阻力等于u2/(2g)(u是空 氣在管道內(nèi)流速 是空 氣在管道內(nèi)流速)，試求管內(nèi)空氣流量。，試求管內(nèi)空氣流量。 (V=0.45m3/s) 解：解：選管口外側(cè)外側(cè)為1-1截面，測壓處截面為2-2截面，管中心線所在水 平面為基準(zhǔn)面， 判斷：p1=0Pa(表)，p2=-25mmH2O=- 3 10*25*8 . 9*1000 =-245Pa(表)； %20 10*33.10 25 p pp 3 1 21 4000 湍流湍流 ssd2-18水以水以10m3/h的流量流過的流量流過100m長的長的光滑導(dǎo)管光滑導(dǎo)管，若管兩端的靜壓 頭差為 ，若管兩端的靜壓 頭差為10m水柱，水呈強烈湍流，水柱，水呈強烈湍流，=0.02，試求導(dǎo)管的最小直徑，試求導(dǎo)管的最小直徑(42mm) 解解 光滑管，強烈湍流光滑管，強烈湍流 g u d l H f 2 2 = 2 785. 0d V u = 等徑管內(nèi)：等徑管內(nèi)： gd lV gd V d l H g p f f 52 2 42 2 785. 0*22*785. 0 = 81. 9*785. 0*2 )3600/10(*100*02. 0 10 52 2 d = d=41.8mm ssd2-19、某油品以、某油品以滯流滯流在管中流動，在管中流動，流量不變流量不變，問摩擦阻力變化，若，問摩擦阻力變化，若 (1)管長增加一倍；管長增加一倍；(2)管徑增大一倍；管徑增大一倍；(3)油溫提高使粘度為原來的油溫提高使粘度為原來的1/2(密 度變化不大 密 度變化不大)。(2,1/16,1/2) 解：解： gd V d l g u d l g u d l Hf 2*785. 0 64 2 64 2Re 64 222 2 = 4 d lV a = Hgjc_shsd (11/51) td1-15.如圖實驗裝置，于異徑水平管段兩截 面間連一倒置 如圖實驗裝置，于異徑水平管段兩截 面間連一倒置U管壓差計， 以測量兩截面之間的 壓強差。當(dāng)水的流量為 管壓差計， 以測量兩截面之間的 壓強差。當(dāng)水的流量為10800kg/h時，時，U管壓差 計讀數(shù) 管壓差 計讀數(shù)R為為100mm。粗、細(xì)管的直徑分別為 。粗、細(xì)管的直徑分別為 603.5mm與 4與 423mm。計算：。計算：(1)1kg水流 經(jīng)兩截面間的能量損失； 水流 經(jīng)兩截面間的能量損失；(2)與該能量損失相當(dāng)?shù)?壓強降為若干 與該能量損失相當(dāng)?shù)?壓強降為若干Pa？ 答：答：(1)4.41J/kg；(2)4.41103Pa 解：選細(xì)管測壓處為1-1截面，粗管測壓處為2-2截面，以管中心線所 在平面為基準(zhǔn)面，在兩截面間列柏努利方程： f H g p g u Z g p g u Z+=+ 2 2 2 2 1 2 1 1 22 整理得： 2 2 2 2 121 uupp gH f + = (a) 其中：VAuAu= 2211 sm A m u/95. 2 036. 0*785. 0*1000 3600/10800 2 1 1 = sm A m u/36. 1 053. 0*785. 0*1000 3600/10800 2 2 2 = 1 . 0*8 . 9 21 = gR pp (1) 將以上數(shù)據(jù)代入(a)式： kgJ uupp gH f /41. 4 2 36. 195. 2 98. 0 2 222 2 2 121 = += + = (2)壓強降表示 PagHp ff 3 10*41. 441. 4*1000= td1-16. 密度為密度為850kg/m3、粘度為、粘度為810-3Pas的液體在內(nèi)徑為的液體在內(nèi)徑為14mm的 鋼管內(nèi)流動，溶液的流速為 的 鋼管內(nèi)流動，溶液的流速為1m/s。試計算：。試計算：(1)雷諾準(zhǔn)數(shù)，并指出屬于何種 流型； 雷諾準(zhǔn)數(shù)，并指出屬于何種 流型；(2)局部速度等于平均速度處與管軸的距離局部速度等于平均速度處與管軸的距離；(3)該管路為水平管，若 上游壓強為 該管路為水平管，若 上游壓強為147103Pa， 液體流經(jīng)多長的管子其壓強才下降到， 液體流經(jīng)多長的管子其壓強才下降到127.5103Pa？ 答：答：(1)1.49103；(2)4.95mm；(3)14.93m Hgjc_shsd (12/51) 解：(1) 5 .1487 10*8 850*1*014. 0 Re 3 = u du Q1 44.86 42 48 ln 45 1 )120(2 ln 1 )(2 2 1 2 1 21 = = tL d d ttL t2=119.96 Hgjc_shsd (23/51) ssd6、用48x3mm的鋼管輸送304kPa(3絕對大氣壓)的飽和水蒸氣，外 界空氣為20， 試求不隔熱與包上30mm石棉時每米管長的熱損失速率(空氣 的傳熱膜系數(shù)可設(shè)為15W.m-2K-1)，水蒸氣傳熱的熱阻可忽略。 (258,108W/m) Hgjc_shsd (24/51) s s d 7 、6 0 x 2 m m的水蒸氣管外包 3 0 m m厚的石棉層( = 0 . 1 5 W . ms s d 7 、6 0 x 2 m m的水蒸氣管外包 3 0 m m厚的石棉層( = 0 . 1 5 W . m - 1- 1 . K. K - 1- 1 ) 隔熱。飽和水蒸氣溫度為 1 5 0 ，室溫 2 0 。若石棉層的厚度增大一倍，求 散失于周圍的熱損失為原來的百分?jǐn)?shù)。 ) 隔熱。飽和水蒸氣溫度為 1 5 0 ，室溫 2 0 。若石棉層的厚度增大一倍，求 散失于周圍的熱損失為原來的百分?jǐn)?shù)。 水蒸氣一側(cè)和管壁熱阻可忽略水蒸氣一側(cè)和管壁熱阻可忽略。 空氣 一側(cè)的傳熱膜系數(shù)取 1 0 W . m 。 空氣 一側(cè)的傳熱膜系數(shù)取 1 0 W . m - 2- 2 . K. K - 1- 1 。( 7 5 ) 。( 7 5 ) 解：( 1 ) r1= 2 8 m m , r2= 3 0 m m , r3= 6 0 m m 232 3 2 m 232 3 21 2 111 m .r 1 r r ln 1 tL2 .r 1 r r ln 1 r r ln 1 .r 1 tL2 Q + = + + + = %5 .74 10*09. 0 1 30 90 ln 15. 0 1 10*06. 0 1 30 60 ln 15. 0 1 . r 1 r r ln 1 .r 1 r r ln 1 Q Q 232 3 2 232 3 2 1 2 = + + = + + = s s d 9 、煉油廠用熱渣油來預(yù)熱原油。渣油的初溫為 3 0 0 ；終溫為 2 0 0 。原油的初溫為 2 5 ，終溫為 1 7 5 。試分別求出并流和逆流換熱時的平 均傳熱溫差。( 1 0 4 ，1 4 9 ) s s d 9 、煉油廠用熱渣油來預(yù)熱原油。渣油的初溫為 3 0 0 ；終溫為 2 0 0 。原油的初溫為 2 5 ，終溫為 1 7 5 。試分別求出并流和逆流換熱時的平 均傳熱溫差。( 1 0 4 ，1 4 9 ) 解：T 1 = 3 0 0 o C ，T 2 = 2 0 0 o C t 1 = 2 5 o C t 2 = 1 7 5 o C 并流傳熱時：t 1 = 3 0 0 - 2 5 = 2 7 5 t 2 = 2 0 0 - 1 7 5 = 2 5 26.104 25/275ln 25275 tm= = 逆流傳熱時： t 1 = 3 0 0 - 1 7 5 = 1 2 5 t 2 = 2 0 0 - 2 5 = 1 7 5 6 .148 125/175ln 125175 tm= = 可見，并流傳熱溫差小于逆流傳熱溫差 s s d 1 5 、在一列管式熱交換器中，某冷鹽溶液與熱鹽溶液逆流換熱。熱s s d 1 5 、在一列管式熱交換器中，某冷鹽溶液與熱鹽溶液逆流換熱。熱 液體走管內(nèi)，流速為 0 . 5 m / s ，列管直徑為2 5 x 2 . 5 m m ，管總數(shù) 3 8 根，管長 4 m ( 兩個管長2 m 的換熱器串聯(lián)) 。 冷熱鹽溶液的物理性質(zhì)均為： = 1 2 0 0 k g / m 液體走管內(nèi)，流速為 0 . 5 m / s ，列管直徑為2 5 x 2 . 5 m m ，管總數(shù) 3 8 根，管長 4 m ( 兩個管長2 m 的換熱器串聯(lián)) 。 冷熱鹽溶液的物理性質(zhì)均為： = 1 2 0 0 k g / m 33 ， 比定壓熱容 3 k J / ( K . k g ) 。 熱流體從 9 0 冷卻到 6 0 ， 冷流體從 2 0 加熱到 ， 比定壓熱容 3 k J / ( K . k g ) 。 熱流體從 9 0 冷卻到 6 0 ， 冷流體從 2 0 加熱到 4 0 。 試求該列管換熱器中的4 0 。 試求該列管換熱器中的平均傳熱系數(shù)平均傳熱系數(shù)和冷流體的流量。 ( 1 3 3 0 W . m和冷流體的流量。 ( 1 3 3 0 W . m - 2- 2 KK - 1- 1 ) ) Hgjc_shsd (25/51) 解：熱流體質(zhì)量流量 (1) mmmhph tSK)6090(mCQ= s /kg1884. 01200*）10*20(* 4 *5 . 0uAm 23 h = = 7.16kg/s W1695630*1884. 0*10*3)6090(mCQ 3 hph = 6.44105W 81.44 40/50ln 4050 2t 1 t ln 2t1 t tm= = = 或 45 2 4050 tm= + = mm41.22 20/25ln 2025 dm= = 或 mm5 .22 2 2025 dm= + = 23 mm m2826 . 0 4*10*5 .22*14 . 3 LdS= 10.74m2 23 2815. 04*10*41.22*14. 3mLdS mm = 10.70m2 12 mm m K.m.W3 .1333 45*2826. 0 16956 tS Q K = = 1344.7W.m-2.K-1 (2) )2040(mCQ cpc =mc=0.2826kg/s38=10.74kg/s s s d 1 7 、用常壓塔底重油預(yù)熱原油，重油的初始溫度為 3 5 0 ，最終溫 度為 2 2 0 ，原油的初始溫度為 1 0 0 ，最終溫度為 1 8 0 ，試比較并流和 逆流傳熱時的必要傳熱面積之比( 設(shè)傳熱系數(shù) K 不變) 。( 1 . 2 7 ) s s d 1 7 、用常壓塔底重油預(yù)熱原油，重油的初始溫度為 3 5 0 ，最終溫 度為 2 2 0 ，原油的初始溫度為 1 0 0 ，最終溫度為 1 8 0 ，試比較并流和 逆流傳熱時的必要傳熱面積之比( 設(shè)傳熱系數(shù) K 不變) 。( 1 . 2 7 ) 解：T 1 = 3 5 0 T 2 = 2 2 0 t 1 = 1 0 0 t 2 = 1 8 0 并流時：t 1 = 3 5 0 - 1 0 0 = 2 5 0 t 2 = 2 2 0 - 1 8 0 = 4 0 59.114 40/250ln 40250 tm= = 逆流時：t 1 = 3 5 0 - 1 8 0 = 1 7 0 t 2 = 2 2 0 - 1 0 0 = 1 2 0 55.143 120/170ln 120170 tm= = 若兩者換熱條件相同，則 K 相同，且 Q并= Q 逆 則 逆逆并并 tKAtKAQ= 得 798. 0 59.114 55.143 t t A A = = 并 逆 逆 并 或 1 . 2 5 倍 相同條件下，逆流所需的傳熱面積比并流小，設(shè)備的尺寸可減小。 Hgjc_shsd (26/51) ssd22、 在半小時內(nèi)將、 在半小時內(nèi)將1.0t鹽水溶液鹽水溶液(平均比定壓熱容為平均比定壓熱容為2.5kJ.K-1kg-1， 從從 20加熱到加熱到60。用常壓飽和水蒸氣加熱。加熱用的管子為。用常壓飽和水蒸氣加熱。加熱用的管子為48x3.5mm鋼 管 鋼 管(=49W/(m.K)。水蒸氣在管內(nèi)，鹽水在管外。鹽水的給熱系數(shù)。水蒸氣在管內(nèi)，鹽水在管外。鹽水的給熱系數(shù) 800W.m-2K-1，水蒸氣給熱系數(shù)，水蒸氣給熱系數(shù)10000W.m-2K-1。則加熱管必要的管長和水蒸 氣最低耗用量。 。則加熱管必要的管長和水蒸 氣最低耗用量。(管壁熱阻可忽略，管徑可用外徑計算管壁熱阻可忽略，管徑可用外徑計算)。(8.6) 解：(1) 設(shè)加熱管長為L，據(jù)圓管壁熱交換器計算： 221 2 11 m .r 1 r r ln 1 . r 1 tL2 Q + + = 其中： 12 1 KWm10000 =， 12 2 KWm800 = mm5 .20 2 25 . 348 r1= = mm24 2 48 r2= 熱交換過程為穩(wěn)態(tài)變溫過程： ： K71.57 60100 20100 ln )60100()20100( tT tT ln )tT()tT( tm= = = 進(jìn)出 出進(jìn) 進(jìn)出出進(jìn) 14 3 3 p s . J1056. 5)2060( 3600*5 . 0 101 105 . 2tmcQ = = 將數(shù)據(jù)代入： tm.2 ) .r 1 .r 1 (Q L 2211 + = m74. 8 71.57*14. 3*2 ) 8 . 0*24 1 205 1 (1056. 5 4 = + = (2)水蒸氣用量 1 1 11 h .kg69.88 kg.kJ9 .2256 s .kJ10*56 . 5 m = 例例(bdp90)若要在管內(nèi)將若要在管內(nèi)將0.5t/h鹽水溶液鹽水溶液(比熱容比熱容2.1kJ/(kg.K)從從293K 加熱到加熱到333K，用常壓蒸汽加熱，加熱管，用常壓蒸汽加熱，加熱管382.5的鋼管的鋼管(=49W/(m.K)， 鹽水的給熱系數(shù)為 ， 鹽水的給熱系數(shù)為1000W/(m2.K)，蒸汽的給熱系數(shù)為，蒸汽的給熱系數(shù)為60000W/(m2.K)，則 加熱管必要的長度應(yīng)為多少？ ，則 加熱管必要的長度應(yīng)為多少？ 解：設(shè)加熱管長為L，據(jù)圓管壁熱交換器計算： 221 2 11 .r 1 r r ln 1 .r 1 tmL2 Q + + = Hgjc_shsd (27/51) 其中： 12 1 KWm1000 =， 12 2 KWm60000 = mm5 .16 2 25 . 238 r1= = mm19 2 38 r2= 熱交換過程為穩(wěn)態(tài)變溫過程： ： K71.57 60100 20100 ln )60100()20100( tT tT ln )tT()tT( tm= = = 進(jìn)出 出進(jìn) 進(jìn)出出進(jìn) 14 3 3 p s . J10167. 1)2060( 3600 105 . 0 101 . 2tmcQ = = 將數(shù)據(jù)代入： tm.2 ) .r 1 r r ln 1 .r 1 (Q L 221 2 11 + + = m07. 2 71.57*14. 3*2 ) 6019 1 5 .16 19 ln 49 1 5 .16 1 (10167. 1 4 = + = P124頁、在某一已定尺寸的套管換熱器中，熱流體與冷流體并流換熱。 熱流體進(jìn)口溫度 頁、在某一已定尺寸的套管換熱器中，熱流體與冷流體并流換熱。 熱流體進(jìn)口溫度120， 出口溫度， 出口溫度70， 冷流體進(jìn)口溫度， 冷流體進(jìn)口溫度20， 出口溫度， 出口溫度60。 若換熱器及有關(guān)條件 。 若換熱器及有關(guān)條件(流體進(jìn)人溫度及流量等流體進(jìn)人溫度及流量等)不變，將并流改為逆流，試求 冷熱流體排出溫度。可設(shè)傳熱系數(shù)、物料的比熱容及設(shè)備的熱損失不變。 不變，將并流改為逆流，試求 冷熱流體排出溫度?？稍O(shè)傳熱系數(shù)、物料的比熱容及設(shè)備的熱損失不變。 Hgjc_shsd (28/51) td4-2、 燃燒爐的內(nèi)層為、 燃燒爐的內(nèi)層為460 mm的耐火磚， 外層為的耐火磚， 外層為230 mm 的絕緣磚。 若爐的內(nèi)表面溫度的絕緣磚。 若爐的內(nèi)表面溫度t1=1400， 外表面溫度， 外表面溫度t3=100。 試求導(dǎo)熱的熱通量試求導(dǎo)熱的熱通量q及兩磚界面間溫度及兩磚界面間溫度t2。 設(shè)兩層磚接觸良好，已知耐火磚的設(shè)兩層磚接觸良好，已知耐火磚的10.9+0.0007t，絕緣，絕緣 磚的磚的2= 0.3+0.0003t， 兩式中， 兩式中t分別取各層材料的平均溫度分別取各層材料的平均溫度()， 單位單位W/(m.)。q=1689W/m2，t2949 解： 22 32 11 21 / mm b tt b tt q = = 將m10.9+0.0007(t1+t2)/2 m20.3+0.0003(t2+t3)/2 代入 2/ )(0007. 09 . 0 2/ )(0003. 03 . 0 22 / / 21 32 1 2 22 11 32 21 tt tt b b tt tt m m m m + + = 6.510-4t2+1.5t-2009 =0 計算得：t2949.04 將負(fù)值(-3256.73)舍去。 2/ )(0007. 09 . 0/ 211 21 11 21 ttb tt b tt q m + = = =1688.46 W.m-2 td4-3、直徑為、直徑為603 mm的鋼管用的鋼管用30 mm厚的厚的 軟木包扎，其外又用軟木包扎，其外又用100 mm厚的保溫灰包扎作為絕厚的保溫灰包扎作為絕 熱層。測得鋼管外壁面溫度為熱層。測得鋼管外壁面溫度為-110，絕熱層外表面，絕熱層外表面 溫度溫度10。已知軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為。已知軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為 0.043和和0.07W/(m2)，試求每米管長的冷量損失量。，試求每米管長的冷量損失量。 Q/L=-25 W/m 解 d1=54mm，d2=60mm， d3=120mm，d4=320mm t2=-110 t4=10 3 4 32 3 21 2 1 41 ln 1 ln 1 ln 1 )(2 d d d d d d ttL Q + = 120 320 ln 07. 0 1 60 120 ln 043. 0 1 )10110(*14. 3*2 ln 1 ln 1 )(2 3 4 32 3 2 42 + = + = d d d d tt L Q = -25.02 W/m t1 t2t3t4 d1=54 d2=60 d3=120 d4=320 鋼管保溫灰軟木 耐火轉(zhuǎn) 絕緣磚 t1t2 t3 460mm 230mm Hgjc_shsd (29/51) td4、蒸汽管外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而、蒸汽管外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同厚度相同的絕熱層，設(shè)外層 的 的絕熱層，設(shè)外層 的平均直徑為內(nèi)層的兩倍平均直徑為內(nèi)層的兩倍。 其。 其導(dǎo)熱系數(shù)也為內(nèi)層的兩倍導(dǎo)熱系數(shù)也為內(nèi)層的兩倍。 若將二層材料互換 位置， 假定其他條件不變， 試問每米管長的熱損失將改變多少？說明在本題 情況下，哪一種材料包扎在內(nèi)層較為適合？答： 。 若將二層材料互換 位置， 假定其他條件不變， 試問每米管長的熱損失將改變多少？說明在本題 情況下，哪一種材料包扎在內(nèi)層較為適合？答：q=1.25q 解 穩(wěn)態(tài)傳熱 2 3 21 2 1 31 ln 1 ln 1 )(2 r r r r tt L Q + = 已知r3-r2=r2-r1 1 2 12 2 3 23 ln 2 ln r r rr r r rr = 1 2 2 3 lnln2 r r r r = 2=21 2 3 21 2 1 31 1 ln 1 ln 1 )(2 )( r r r r tt L Q + = 2 3 11 2 2 31 2 ln 1 ln 1 )(2 )( r r r r tt L Q + = 5 4 5 . 2 2 ln 2 1 ln2 1 ln 1 ln2 2 1 ln 1 ln 1 ln 1 ln 1 2 3 12 3 1 2 3 12 3 1 2 3 21 2 1 2 3 11 2 2 2 1 = + + = + + = r r r r r r r r r r r r r r r r Q Q 說明：將導(dǎo)熱系數(shù)小的說明：將導(dǎo)熱系數(shù)小的1包扎在內(nèi)側(cè)時傳熱速率包扎在內(nèi)側(cè)時傳熱速率Q較小。較小。 td5在外徑為140mm的蒸汽管道外包扎一層厚度為50mm的保溫層，以減少熱損 失。 蒸汽管外壁溫度為180。 保溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度t的關(guān)系為=0.10.0002t(t 單位，單位W/(m)。若要求每米管長熱損失造成的蒸汽冷凝量控制在 9.8610-5(kg/(m.s)，求保溫層外側(cè)面溫度。 答：t3=40 td6.在管殼式換熱器中用冷水冷卻油。水在直徑為192mm的列管內(nèi)流動。已知管 內(nèi)水側(cè)對流傳熱系數(shù)為3490W/(m2.)，管外油側(cè)對流傳熱系數(shù)為258W/(m2.)。換熱器 在使用一段時間后，管壁兩側(cè)均有污垢形成，水側(cè)污垢熱阻為0.00026m2./W，油側(cè)污 垢熱阻為0.000176m2./W。管壁導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m.)。試求：(1)基于管外表面積的 總傳熱系數(shù)；(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。 答：(1)KO=208W/(m2.)；(2)11.8 Hgjc_shsd (30/51) td8、 重油和原油在單程套管換熱器中呈并流流動， 兩種油的初溫分別為243和128 ；終溫分別為167和157。若維持兩種油的流量和初溫不變流量和初溫不變，而將兩流體改為逆流， 試求此時流體的平均溫度差及它們的終溫。假設(shè)在兩種流動情況下，流體的物性和總傳 熱系數(shù)均不變化 流體的物性和總傳 熱系數(shù)均不變化，換熱器的熱損失可以忽略。答：tm=49.7 解： 本題所采用算法一：本題所采用算法一： 并流： 1mpccphh tKA)128157(CW)167243(CW= ( 1 ) phhpcc CWCW62. 2= 99.42 157167 128243 ln )157167()128243( 1 = = m t 675. 0 99.42 128157 = = pccC W KA 768. 1 99.42 167243 = = phhC W KA 改成逆流： 2m1 2pcc 21phh tKA)tt (CW)TT(CW= ( 2 ) )128(62. 2)243( 22 =tCWTCW phhphh 2 2 t62 . 2 36.578T= (3) 據(jù)題意，逆流時逆流時 phhpcc CWCWKA,與并流相同與并流相同，則 768. 1 CW KA t TT phh2m 21 = 675. 0 CW KA t tt pcc2m 1 2 = 兩式相減得 093 . 1 t )tT()tT( t ttTT 2m 1 2 21 2m 1 2 21 = = + 093 . 1 128T t243 ln tT tT ln 2 2 1 2 21 = = 983 . 2 128T t243 2 2 = 與 2 2 t62 . 2 36.578T=聯(lián)立 求得5 .161t 2 = 3 .155T 2 = 5 .81t243t 21 = 3 .27128Tt 22 = 5 .49 3 .27 5 .81 ln 3 .275 .81 ln 2 1 21 = = = t t tt tm Hgjc_shsd (31/51) 算法二：算法二： 并流時 1m12pcc21phh tKA)tt (CW)TT(CW= ( 1 ) )tT( )tT( ln )tT()tT( KA)TT(CW 22 11 2211 21phh = ) CW CW 1 ( CW KA )TT( )tT()tT( CW KA )tT( )tT( ln pcc phh phh21 2211 phh22 11 += = (2) 逆流時 2m12pcc21phh tKA)tt (CW) TT(CW= )tT( )tT( ln )tT()tT( KA) TT(CW 2 2 21 1 2 21 21phh = ) CW CW 1 ( CW KA ) TT( )tT()tT( CW KA )tT( )tT( ln pcc phh phh21 1 2 21 phh2 2 21 = = (3) (2)(3)聯(lián)立, 76 29 1 76 29 1 )157167( )128243( ln CW CW 1 CW CW 1 )tT( )tT( ln )tT( )tT( ln pcc phh pcc phh 22 11 2 2 21 + = + = 093. 1 )tT( )tT( ln 2 2 21 = 983 . 2 128T t243 2 2 = 與 2 2 t62 . 2 36.578T=聯(lián)立 求得5 .161t 2 = 3 .155T 2 = 5 .81t243t 21 = 3 .27128Tt 22 = 5 .49 3 .27 5 .81 ln 3 .275 .81 ln 2 1 21 = = = t t tt tm 算法三、 逆流時傳熱溫差變化比較緩和，用算術(shù)平均值逆流時傳熱溫差變化比較緩和，用算術(shù)平均值 22 )128( mpcc tKAtCW= 21 243tt= Hgjc_shsd (32/51) 2222 62. 236.45012862. 236.578128ttTt= 2 2221 81. 168.346 2 62. 236.450243 2 t tttt tm= + = + = )81. 168.346()128( 22 tKAtCW pcc = )81. 168.346(675. 0128 22 tt= 9 .162 2 =t 5 .151 2 =T 8 .51 2 5 .231 .80 = + = m t 22 )128( mpcc tKAtCW= 逆流時傳熱溫差用對數(shù)平均值逆流時傳熱溫差用對數(shù)平均值 21 243tt= 2222 62. 236.45012862. 236.578128ttTt= )62. 236.450( )243( ln 36.20762. 1 )62. 236.450( )243( ln )62. 236.450()243( 2 2 2 2 2 22 2 t t t t t tt tm = = )62. 236.450( )243( ln 36.20762. 1 675. 0128 2 2 2 2 t t t t = 128 97.139094. 1 )62. 236.450( )243( ln 2 2 2 2 = t t t t 可用試算法求 td9.在下列各種管殼式換熱器中，某種溶液在管內(nèi)流動并由20加熱到50。加熱 介質(zhì)在殼方流動，其進(jìn)、出口溫度分別為100和60，試求下面各種情況下的平均溫度 差。 (1)殼方和管方均為單程的換熱器。設(shè)兩流體呈逆流流動。 (2)殼方和管方分別為單程和四程的換熱器。 (3)殼方和管方分別為二程和四程的換熱器。 答：(1)tm44.8；(2)tm=40.3；(3)tm=43.9 Hgjc_shsd (33/51) td7、在并流換熱器中，用水冷卻油。水的進(jìn)、出口溫度分別為15和40，油的 進(jìn)、出口溫度分別為150和100?，F(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口溫度降至80，假設(shè)油 和水的流量、進(jìn)口溫度及物性(Cp,K)均不變，若原換熱器的管長為lm，試求此換熱器的 管長增至若干米才能滿足要求。設(shè)換熱器的熱損失可忽略。答：L1.85m) 解： )1540()100150( 1 = pccphh CWCWQ 11 )100150( mphh tKACW= )15()80150( 2 =tCWCWQ pccphh 22 )80150( mphh tKACW= / 得 15 1540 80150 100150 = t t = 5 0 49.92 40100 15150 ln )40100()15150( 1 = = m t 81.69 5080 15150 ln )5080()15150( 2 = = m t / 得 22 11 22 11 80150 100150 m m m m tdL tdL tA tA = = 解得：L2=1.85m 10.在逆流換熱器中，用初溫為20的水將1.25kg/s的液體(比熱容為1.9kJ/(kg.)、 密度為850kg/m3)，由80冷卻到30。換熱器的列管直徑為252.5mm，水走管方水走管方。 水側(cè)和液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)分別為0.85kW/(m2.)和1.70kW/(m2.)，管壁及污垢熱阻 可忽略。若水的出口溫度不能高于50，試求換熱器的傳熱面積。13.9m2 解： mphh tAKCWQ= 22 )3080( 基于外側(cè)面積的總傳熱系數(shù)： 3 211 2 2 10*059. 2 1000*7 . 1 1 20*1000*85. 0 2511 =+=+= d d K 7 .485 2 =KW/(m2.) 2 .18 10 30 ln 1030 ln 2 1 21 = = = t t tt tm 代入數(shù)據(jù) mphh tAKCWQ= 22 )3080( 2 2 .18*7 .48550*1900*25. 1A= A2=13.43m2 2 2 11 2 2 11 += m d bd d d K Hgjc_shsd (34/51) td14. 90的正丁醇在逆流換熱器中被冷卻到50。換熱器的傳熱面積為6m2時， 總傳熱系數(shù)為230W/(m2.)。 若正丁醇的流量為1930 kg/h,冷卻介質(zhì)為18的水， 試求:(1) 冷卻水的出口溫度;(2)冷卻水的消耗量，以m3/h表示。t229.490，V4.82m3/h 解：正丁醇20時Cph=2.33kJ/(kg.) 70時2.635 kJ/(kg.) 75時2.68kJ/(kg. ) Cph=2.9kJ/(kg.) mphh tKA