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0.9 0.0007t ,絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為20.3 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) c 解：設(shè)兩磚之間的界面溫度為t2，由bit2,得t2949 Cti1400 t2460 10 3/(0.90.0007t2 100230 10 3/(0.30.0003 $熱通量 3 .直徑為60mm 3mm,鋼管用30mn厚的軟 木

2、包扎，其外又用100mm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 每米管長(zhǎng)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 解：設(shè)外層的平均直徑為dm2，內(nèi)層平均直徑 為 dm1，

3、貝dm2 2dmi 且 2 2 1。由導(dǎo)熱效率方程知： 兩層材料位置互換后：Q q 5所以：Q 7 5 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)。已知管內(nèi)水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為349OW/(mC ),管外油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為258 W/(mC )。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 m2C / W,油側(cè)污垢熱阻為 mc / W管壁導(dǎo)熱系數(shù)入為45 W/(mC )。試求：(1)基于管外表面積的總傳熱系數(shù)；(2) 產(chǎn)

4、生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。解: (1)總傳熱系數(shù)ko(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)、 岀口溫度分別為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0；c時(shí)，由熱量恒算:解：平均溫度差為 由熱量恒算可得： 當(dāng)油的出口溫度降到解得：t25O：C由傳熱速率方程分別可得：原換熱器：WnCpn(150 100) kstm k n dL 92.5. Wncpn( 150 80)

5、ksjtm k n dL 70.新?lián)Q熱器：L 7坐5 1 1.85m.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 243r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： 兩式相除：tm而加I；T2t?1(I；T2)&tjT2t2t1(T1T2) (t2tj(ln匚所以:住2屹t1In47 t2 t1(243 128) (167 157)In丄10

6、3C143解得:即：2.98.(243 切由(1)243 167243 T22.98式得:157 128t2 128(T2128) t2.98t20.38 (243 T2)(T2 128) 243 (2)128(3)由( 2)、 所以：itm(3)式得：49.7 c醫(yī) t1(243 161.3) (155.4 128)ln t21093ti9.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100 c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) 程的換熱器 程的換熱器 解：(1

7、)t2t250 20100 20100 6050 20tm ln卜09(3)由(2) 殼方和管方分別為單程和四(3) 殼方和管方分別為二程和四由對(duì)數(shù)平均溫度差知道:(100 5)(6 2)44.8七400.375133查溫度差校正系數(shù)圖得:R、P值查流程溫差校正系數(shù)圖得:0.98所以：itmjm0.98 44.8 43.9 c11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1650nVh,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20C ,流量為36000kg/h,水的平均比熱容為（kgC ）。 若總傳熱系數(shù)K0為450W/（m C

8、 ）,試求換熱 器傳熱面積So。假設(shè)換熱器的熱損失可忽略。解：換熱器的傳熱面積S %；也4.86 10520m2Q Wsr Vs rPM101330 78332.69kg/m其中：RT 8.315 103 (278 80.1)Q 1650 2.69 394 1034.86 105w3600冷水出口溫度可由熱量衡算求得。即:450 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 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，冷水出口溫度增到 45C。試 估算換熱器清洗前傳熱面兩側(cè)的總污垢熱 阻

9、。假設(shè):(|)兩種情況下,流體物性可視為不 變,水的平均比熱容可取為(kgC ) ； (2)可至38C溶液的溫度由110C降至60C。若按平壁處理,兩種工況下i和0分別相同；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：再求清洗后總傳熱系數(shù)K，由熱量衡算求溶 液的出口溫度WcCpc 110 60HT2 T1c 匹億2 t1) 110(45 20) 40.6CWnCpn38 20若傳熱面兩側(cè)的總污垢熱阻為Rs.則有：由此得： 艮 1.925 10 3m2C/Wx05a02004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

10、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 沒關(guān)系 x05a05171一定流量的液體在一 25X的直管內(nèi)作湍流 流動(dòng)，其對(duì)流給熱系數(shù)=IOOOW/怖C ）。 如流量與物性都不變，改用一 19X 2mm的直管，則其值將變?yōu)锳. 1059W/(mB. 1496C )。C. 1585D. 167t05a01177冷熱水通過間壁換熱器換熱，熱水進(jìn)口 溫度為90C ,

11、出口溫度為50C ,冷水進(jìn)口溫 度為15C ,出口溫度為53 C ,冷熱水的流量 相同,則熱損失占傳熱量的 %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)流速降為原來的1/2 , 且已知此時(shí)Re 104,則管內(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108x 10mn!勺鋼管中強(qiáng)制湍流時(shí)，其=310W/（mK）,如體積流 量不變，改用152 X 10mm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)=

12、W/(m2K)兩流體通過間壁換熱，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20 C的靜止空 氣中，問杯子兩側(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