化工原理第二版答案

1、第四章習(xí)題2.燃燒爐的內(nèi)層為460mn厚的耐火磚，外層為 230mn厚的絕緣磚。若爐的內(nèi)表面溫度ti為 1400C ,外表面溫度t3為100C。試求導(dǎo)熱的熱 通量及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩層磚接觸良好 已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為i 0.9 0.0007t,絕緣磚 的導(dǎo)熱系數(shù)為2 0.3 0.0003t。兩式中t可分別取 為各層材料的平均溫度，單位為C ,入單位為 W/（mC）。解：設(shè)兩磚之間的界面溫度為t2，由bL直，得1 21400 t2460 10 3/(0.90.0007t2 100230 10 3/(0.3 0.0003 上 ©)2t2949°C 熱通量3 .直徑為60m

2、m 3mm,鋼管用30mn厚的軟木 包扎,其外又用100mn厚的保溫灰包扎，以作為 絕熱層?，F(xiàn)測(cè)得鋼管外壁面溫度為-110 C ,絕 熱層外表面溫度10C。已知軟木和保溫灰的導(dǎo) 熱系數(shù)分別為和（m）,試求每米管長(zhǎng)的冷量 損失量。解：每半管長(zhǎng)的熱損失，可由通過(guò)兩層圓筒壁 的傳熱速率方程求出： 負(fù)號(hào)表示由外界向體系傳遞的熱量，即為冷量 損失。4.蒸汽管道外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚 度相同的絕熱層，設(shè)外層的平均直徑為內(nèi)層的 兩倍。其導(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(wèn)每米管 長(zhǎng)的熱損失將改變多少？說(shuō)明在本題情況下，哪 一種材料包扎在內(nèi)層較為適合？ 解：設(shè)外層的平均

3、直徑為dm2，內(nèi)層平均直徑 為 dm1，則 dm2 2dmi 且 2 2 !。由導(dǎo)熱效率方程知： 兩層材料位置互換后：Q q 5'所以：6 了 4 1.25 即：q 1-25q兩層保溫材料互換位置后，單位管長(zhǎng)的熱損失 增加。說(shuō)明在本題情況下，導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在內(nèi) 層較為合適。6. 在管殼式換熱器中用冷水冷卻油。水在直徑為19mm 2mm的列管內(nèi)流動(dòng)流傳熱系數(shù)為349OW/(mC傳熱系數(shù)為258 W/(m2°C )已知管內(nèi)水側(cè)對(duì) ), 管外油側(cè)對(duì)流 換熱器在使用一段時(shí)間后 , 管壁兩側(cè)均有污垢形成 , 水側(cè)污垢熱阻為m2°C / W,油側(cè)污垢熱阻為m°C

4、/ W。管壁導(dǎo)熱系數(shù)入為45 W/(m°C )。試求: 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)。解： (1)總傳熱系數(shù) k0(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)為：7：在并流換熱器中 , 用水冷卻油。水的進(jìn)、出 口溫度分別為15C和40C ,油的進(jìn)、岀口溫度 分別為150C和100C。現(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的岀口溫度降至0C , 假設(shè)油和水的流量、進(jìn)口溫度及物性均不變 , 若原換熱器的管長(zhǎng)為 1m。試求此換熱器的管長(zhǎng)增至若干米才能滿足要 求。設(shè)換熱器的熱損失可忽略解：平均溫度差為由熱量恒算可得：當(dāng)油的岀口溫度降到0oC 時(shí)，由熱量恒算：解得： t2' 5

5、0oC.由傳熱速率方程分別可得:原換熱器：Wncpn(150 100) ksotm k n dL 92.5.Wncpn(150 80) ks'Vtm' k n dL 70.新?lián)Q熱器：'70 92.5L11.85m.5070.重油和原油在單程套管換熱器中呈并流流動(dòng),兩種油的初溫分別為243C和128C ;終溫分別為167C和157C。若維持兩種油的流量和初溫不變,而將兩流體改為逆流，試求此時(shí)流體的 平均溫度差及它們的終溫。假設(shè)在兩種流動(dòng)情 況下,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。解：以上標(biāo)'表示并流的情況。由傳熱速率方程和熱量衡算: 兩式相

6、除：VtmVtmTi T2t?' ti(TiT2)tj(1)T1 T2t2 t1(T1 T2) (t2 切(243 128) (167 157)3oC'2 2 1Vt1 Vt2 Vt2 Vt1Vt1in空10,Vt2ln 2所以:47Vt2 Vt1丄43解得:即：12.98VkVt2 Vt12.98.(243 t2)由(1)243 167243 T2仃2式得：157 128t2 128128) tt20.382.98(243 T2)(T2 128) 243(2)128 (3)由(2)所以：(3)式得:Vt2 Vt1(243 161.3) (155.4 128)1.09349.7

7、°C9.在下列各種管殼式換熱器中，某種溶液在 管內(nèi)流動(dòng)并由20C加熱到50C。加熱介質(zhì)在殼 方流動(dòng),其進(jìn)、出口溫度分別為100C和60C , 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(dòng)。(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。解：(1)由對(duì)數(shù)平均溫度差知道：Vtmvt2 vt,Vt,(100 50)(60 20)In -4044.8°C50 20100 20100 600.37550 20133查溫度差校正系數(shù)圖得:33vt 0.9(3)由R、P值查流程溫差校正系數(shù)圖得:vt 0.9

8、811在一管殼式換熱器中，用冷水將常壓下純苯 蒸氣冷凝成飽和液體。苯蒸氣的體積流量為 1650mVh,常壓下苯的沸點(diǎn)為C ,汽化熱為 394kJ/kg。冷卻水的進(jìn)口溫度為20 C ,流量為 36000kg/h,水的平均比熱容為（kgC ）。若總 傳熱系數(shù)Kc為450W/（m C ），試求換熱器傳熱 面積S0。假設(shè)換熱器的熱損失可忽略。解：換熱器的傳熱面積S。Q Wsr Vs r其中:PMRT101330 788.315 1 03 (278 80.1)2.69kg/m31650 2.693600394 1034.86 105w冷水出口溫度可由熱量衡算求得。即:則：So4.86 10520m245

9、0 54.112 在一傳熱面積為50吊的單程管殼式換熱器 中,用水冷卻某種溶液。兩流體呈逆流流動(dòng)冷水的流量為33000kg/h,溫度由20C升至38 C溶液的溫度由110C降至60C。若換熱器清洗后,在兩流體的流量和進(jìn)口溫度不變的 情況下,冷水岀口溫度增到45 C。試估算換熱 器清洗前傳熱面兩側(cè)的總污垢熱阻。假設(shè)：(1) 兩種情況下，流體物性可視為不變，水的平均比 熱容可取為(kg°C ) ； (2)可按平壁處理,兩種工況下i和0分別相同；(3)忽略管壁熱阻和 熱損失解：先求清洗前的總傳熱系數(shù)K.所以：WCCpcC PC(t2 ti)110WCn pn再求清洗后總傳熱系數(shù)K。'

10、;，由熱量衡算求溶液 的出口溫度110 60 (45 20) 40.6°C38 20若傳熱面兩側(cè)的總污垢熱阻為Rs.則有:x05a02004棉花保溫性能好，主要是因?yàn)?。A. 棉纖維素導(dǎo)熱率??；B. 棉花中含有相當(dāng)數(shù)量的油脂；C. 棉花中含有大量空氣，而空氣的運(yùn)動(dòng) 又受到阻礙；D. 棉花白色，因而黑度小。x05a02016在蒸汽冷凝中，不凝氣體的存在對(duì) a的影響是A）使a值升高B）使a值大大降低C）使a值有一定影響D）對(duì)a值無(wú)影響x05a02031多層間壁傳熱時(shí)，各層的溫度降與各相應(yīng)層的 熱阻。A成正比 B 成反比C 沒(méi)關(guān)系 x05a05171一定流量的液體在一 25X的直管內(nèi)作湍流

11、流動(dòng)，其對(duì)流給熱系數(shù) =1000W/（mC ）。女口 流量與物性都不變，改用一 19X 2mnl勺直管， 則其值將變?yōu)閃/（m 2 C ）。A. 1059 B. 1496C. 1585D. 167t05a01177冷熱水通過(guò)間壁換熱器換熱，熱水進(jìn)口溫 度為90C ,出口溫度為50C ,冷水進(jìn)口溫度為 15C,岀口溫度為53C ,冷熱水的流量相同，貝U 熱損失占傳熱量的%冷熱水物性數(shù)據(jù)視為相同）。t05a01216當(dāng)冷熱兩流體均不發(fā)生相態(tài)變化時(shí)，一般對(duì) 料選用并流操作。t05a02042某流體在圓直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流，其對(duì)流傳熱系數(shù) 為，現(xiàn)任務(wù)變更，管內(nèi)流速降為原來(lái)的1/2，且已知此時(shí)Re 104，則

12、管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)為 原對(duì)流傳熱系數(shù)的倍。t05a02043某有機(jī)溶液在長(zhǎng)為L(zhǎng),直徑為108 x 10mm勺鋼管中強(qiáng)制湍流時(shí)，其=310W/（m?K）,如體積流量不 變，改用152x10mm勺鋼管代替，流動(dòng)仍為湍 流（兩種情況下L / d均大于60）,此時(shí)=W/（m 2?k）兩流體通過(guò)間壁換熱，冷流體從 20 C被加 熱到50C，熱流體從100C冷卻到70C,則逆 流時(shí)的tm=C。并流時(shí)的tm=Cow05b051611. 一杯開水(100 C )置于20C的靜止空氣 中，問(wèn)杯子兩側(cè)流體的傳熱各屬何種類型？哪一 側(cè)熱阻大？2. 若將杯子浸在20C的冷水中(兩流體不 直接接觸),能否增強(qiáng)傳熱？理由？3. 仍置于空氣中，但使杯外的空氣流動(dòng)，問(wèn) 能否增強(qiáng)傳熱？理由？4. 對(duì)1的情況,若對(duì)杯中流體加以攪動(dòng)，問(wèn) 是否比2、3兩種辦法有效些？1均為自然對(duì)流，空氣側(cè)熱阻大；2. 能增強(qiáng)傳熱，因?yàn)樗膶?duì)流給熱系數(shù)比空 氣大；3. 能增強(qiáng)傳熱，因?yàn)閺?qiáng)制對(duì)流的對(duì)流給熱系 數(shù)比自然對(duì)流大4. 主要熱阻在空氣側(cè)，故2,3效