化工原理第四章答案

1、第四章 傳熱習(xí)題解答【p286-288】 1.6.7.8.9.10.13.14.18.20.22.24.251.平壁爐的爐壁由三種材料組成，其厚度和熱導(dǎo)熱系數(shù)如下：序號(hào)材料厚度b， mm熱導(dǎo)熱系數(shù)入，Wm-1C-11 (內(nèi)層)耐火磚2001.072絕緣磚1000.143鋼645若耐火磚內(nèi)層表面的溫度t為1150C，鋼板外表面溫度t2為30C，又測(cè)得通過(guò)爐壁的 熱損失為300Wm-2，試計(jì)算熱傳導(dǎo)的熱通量。若計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)的熱損失不符，試分析原 因并計(jì)算附加熱阻。解：Q f 30 二 1242 w/m2A乙 R0.20.10.006面薩 45計(jì)算比測(cè)量大，存在附加熱阻(由于層與層之間接觸不好有空

2、氣)，設(shè)附加熱阻為Ri則:300 =1150 - 300.2 + 1.070.10140.00645+ RiRi=2.83m.k/w在并流的換熱器中，用水冷卻油。水的進(jìn)，出口溫度分別為15C和40C，油的進(jìn)，出口 溫度分別為150C和100C?，F(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口溫度降至80C，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，試求將此換熱器的管長(zhǎng)增至若干米后才 能滿足要求。設(shè)換熱器的熱損失可以忽略。解：在原冷卻器中 對(duì)油q = w1Cp1(150 -100)(1)對(duì)水 q = w2Cp 2(40 -15)(2)并流時(shí)At1 = 150 -15 = 135 CAt2 = 10

3、0 - 40 = 60 CA135 - 60Atm 13T =皿5 C ln60q = K 0 為義=叫1(150 -100)(3)在新的冷卻塔中對(duì)油q1 = WCp(150 - 80)對(duì)水 01 = W2CP 2(t 2-15)(4)解上述方程得:12=50Cq = K 0 1=帖疽150 - 8。)At1 = 150 -15 = 135 C At2 = 80 - 50 = 30 CAtm135 - 30 = 69.8 Ci 135In50150 - 80150 -100 L 92.5L1 69.8L i=1.85 L =1.85m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2

4、43和128C，終溫 分別為167C和157C。若維持兩種油的初溫和流量不變，而將兩種油改為逆流，試求此時(shí) 流體的平均溫度差和它們的終溫，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，熱損失可以忽略不計(jì)。解：并流時(shí)重油0 =帖疽243-167) = K 0 A0Atm(1)原油q = W2CP2(157 - 128) = K0A0Atm(2)At =(243 -128) - (167 -157) _a a l43 CmIn -10逆流時(shí)重油01 = (243 - T 2)= K 0A0Atm1(3)原油012Cp2(t2 - 128) = K0A0Atm1(4)聯(lián)立方程用試差法求得：T

5、2 = 172 C12 = 168 C(243 -168) - (172 -128) = 58 cAtm = W = 29400 kg/ht1 = 20 C 12 = 50 C175In44在下列的各種列管換熱器中，每小時(shí)將29400kg的某種溶液從20C加熱到50C。溶液在 列管內(nèi)流動(dòng)。加熱介質(zhì)的進(jìn)口溫度為100C，出口溫度為60C，試求下面情況下的平均溫度 差。殼方和管方流體均為單程的換熱器，假設(shè)兩流體呈逆流流動(dòng)。殼方和管方流體分別為單程和四程的換熱器。殼方和管方流體分別為二程和四程的換熱器。解：T1 = 60 C 12 = 50 CT1C 104Pr =箜=1.8 x 103 x 0.3

6、8 x 10-3 = 5 43 人.0.126八人 _ 八 _10.126 _1h.= 0.023 Re0o.8Pr3 = 0.023xx(2.79x104)o.8 x5.433 =365w/m2.ki d0.05ih.=h.吉41 + 3.5 x A) = 365 x (1 + 些)=395.4w/m2.ki i直管 d0.6d彎曲半徑d 管半徑22.室內(nèi)水平放置表面溫度相同，長(zhǎng)度相等的兩根圓管，管內(nèi)通有飽和蒸氣。兩管均被空氣 的自然對(duì)流所冷卻，假設(shè)兩管間無(wú)相互影響。已知一管直徑為另一管的5倍，且兩管的GrPr 在104109之間，試求兩管熱損失的比值。八 a gZL3 p 2 C u 解：

7、此為大容器自然對(duì)流問(wèn)題Gr. Pr =小管直徑為d大管為D D=5d兩管長(zhǎng)LNu x (Gr.Pr) 了Q HAt 冗DL ,D、11一 =(一)-4=5 -4hAmdL 一 d 24.實(shí)驗(yàn)測(cè)定列管換熱器的總傳熱系數(shù)時(shí)，水在換熱器的列管內(nèi)作湍流流動(dòng)，管外為飽和蒸 氣冷凝。列管由直徑為25X2.5mm的鋼管組成。當(dāng)水的速度為1m.s-1時(shí)，測(cè)得基于管外表 面積的總傳熱系數(shù)Ko為2115 W.m-2.C-1，當(dāng)其它條件不變，而水的速度變?yōu)?.5m.s-1時(shí)，測(cè) 得Ko為2660 W.m-2.C-1。試求蒸氣冷凝的傳熱系數(shù)。污垢熱阻可忽略。解對(duì)水忽略管壁及污垢熱阻h=Cu0.81K =o=2115w

8、/m2.kd12510_+ + hdiih 0c x 1 x 20h 011=2660 w/m2.kh+125+1hd h0 c x 1.50.8 x 20 h0c=3574.5h0=8122 w/m2.k25解得：25.兩平行的大平板，在空氣中相距5mm，一平板的黑度為0.1，溫度為350K，另一平板的 黑度為0.05，溫度為300K。若將第一板加涂層，使其黑度變?yōu)?.025,試計(jì)算由此引起傳熱 量的改變的百分?jǐn)?shù)。假設(shè)兩板間的對(duì)流傳熱可忽略。解：兩導(dǎo)熱板熱通量為：q =鳥(niǎo)=2 = 0.026 *(350 X 300)= 260 w/m2 TOC o 1-5 h z c b0.005TT()4

9、()4100100輻射傳熱的熱通量為：C0(H)4i i 1L I。100+ 1&0.1 x 0.05 x 5.670.1 + 0.05 0.1 x 0.05x (3.54 34)= 13.5 w/m2總熱通量為:q = q + q = 260 +13.5 = 273.5 w/m2當(dāng)一板黑度變?yōu)?.025時(shí)，輻射熱通量變?yōu)?qr0.025 x 0.05 x 5.670.025 + 0.05 0.025 x 0.05x (3.54 34) = 6.64 w/m2,，q = q + q = 260 + 6.64 = 266.4 w/m2總傳熱量減少百分?jǐn)?shù)為：輻射傳熱量減少百分?jǐn)?shù)為:273.5 26

10、6.4-273.5X 100% =2.5%13.5 6.64135x100%=50.8%考試題【題型】.在列管換熱器中，用熱水加熱冷水，熱水流量為4.5X103kg.h-1，溫度從 95C冷卻到55C，冷水溫度從20C升到50C，總傳熱系數(shù)為2.8X103 W.m-2.C-1。試求： 冷水流量；兩種液體作逆流時(shí)的平均溫度差和所需要的換熱面積；兩種流體作并流時(shí) 的平均溫度差和所需要的換熱面積；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)逆流和并流換熱作一比較，可得到 哪些結(jié)論。解：(1)wC (T T ) = w C (t t)1 p1122 p 2 214.5 X103 X C (95 55) = wC (55 20)w2=6000kg/h(2)逆流時(shí)人 (95 50) (55 20) 小廣E = 40 Cln 55 20A=4.5 x 103 x 4.18 x 103 x (95 55), “ =1.86 m