化工原理第四章重點習(xí)題

1、【4-6】某工廠用的無縫鋼管輸送水蒸氣。為了減少沿途的熱損失，在管外包兩層絕熱材料，第一層為厚30mm的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為；第二層為厚30mm的石棉灰，其熱導(dǎo)率為。管內(nèi)壁溫度為300，保溫層外表面溫度為40。管路長50m。試求該管路的散熱量。解 【4-7】水蒸氣管路外徑為108mm，其表面包一層超細玻璃棉氈保溫，其熱導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系為。水蒸氣管路外表面溫度為150，希望保溫層外表面溫度不超過50，且每米管路的熱量損失不超過。試確定所需保溫層厚度。解 保溫層厚度以b表示已知解得保溫層厚度為保溫層厚度應(yīng)不小于13.3mm【4-9】空氣以的流速通過的鋼管，管長。空氣入口溫度為32，出口溫度為68

2、。(1)試計算空氣與管壁間的對流傳熱系數(shù)。(2)如空氣流速增加一倍，其他條件均不變，對流傳熱系數(shù)又為多少？(3)若空氣從管壁得到的熱量為，鋼管內(nèi)壁的平均溫度為多少。解 已知(1)對流傳熱系數(shù)計算空氣的平均溫度 查得空氣在時的物性數(shù)據(jù)，空氣被加熱，pr的指數(shù)雷諾數(shù) 湍流對流傳熱系數(shù) (2)空氣流速增加一倍，對流傳熱系數(shù)為(3)若空氣從管壁得到的熱量為，計算鋼管內(nèi)壁平均溫度用式計算鋼管內(nèi)壁的平均溫度。已知空氣進出口平均溫度 在第(1)項中已計算出對流傳熱系數(shù) 鋼管內(nèi)表面積為 鋼管內(nèi)壁平均溫度 【4-10】溫度為10、壓力為101.3kpa的空氣，以的流速在列管式換熱器管間沿管長方向流動，空氣出口溫

3、度為30。列管式換熱器的外殼內(nèi)徑為190mm，其中裝有37根的鋼管，鋼管長度為2m。試求鋼管外表面對空氣的對流傳熱系數(shù)。解 已知空氣壓力，溫度，空氣的平均溫度 查得空氣在20的物性數(shù)據(jù)為：密度，比熱容，熱導(dǎo)率，黏度，普朗特數(shù)，空氣被加熱，pr的指數(shù)空氣流動的截面積 濕潤周邊 當(dāng)量直徑 已知空氣的流速 雷諾數(shù) 湍流對流傳熱系數(shù) 【4-11】有一套管式換熱器，內(nèi)管為，外管為的鋼管，內(nèi)管的傳熱管長為2m。質(zhì)量流量為的甲苯在環(huán)隙中流動，進口溫度為72，出口溫度為38。試求甲苯對內(nèi)管外表面的對流傳熱系數(shù)。解甲苯的溫度 ，平均溫度甲苯在55的物性數(shù)據(jù)有：密度，比熱容，熱導(dǎo)率=0.128w/(m·

4、)，黏度甲苯的質(zhì)量流量 體積流量 甲苯在環(huán)隙中的流速計算套管的內(nèi)管外徑，外管內(nèi)徑，流速 甲苯對內(nèi)管外表面的對流傳熱系數(shù)計算套管環(huán)隙的當(dāng)量直徑湍流甲苯被冷卻 【4-27】欲將體積流量為（標準狀況）的常壓空氣，用絕對壓力為200kpa的飽和水蒸氣加熱，空氣從10加熱到90。現(xiàn)有一列管式換熱器，其規(guī)格如下：鋼管直徑，管長1.6m，管數(shù)271根。如用此換熱器，使空氣在管內(nèi)流動，水蒸氣在管外冷凝，試驗算此換熱器面積是否夠用？水蒸氣冷凝時的對流傳熱系數(shù)可取為。解 空氣的平均溫度空氣的物性參數(shù) ， 空氣流量 熱負荷 水蒸氣 平均溫度差 空氣流速 湍流【4-29】 在一傳熱面積為20m2的列管式換熱器中，殼程

5、用110的飽和水蒸汽冷凝以加熱管程中的某溶液。溶液的處理量為2.5´104kg/h，比熱容為4kj/(kg×k)。換熱器初始使用時可將溶液由20加熱至80。（1）該換熱器使用一段時間后，由于溶液結(jié)垢，其出口溫度只能達到75，試求污垢熱阻值；（2）若要使溶液出口溫度仍維持在80，在不變動設(shè)備的條件下可采取何種措施？做定量計算。解：原工況條件下的對數(shù)平均溫差：此操作條件下的總傳熱系數(shù)：w/ (m2×k)（1） 使用一年后，溶液出口溫度下降至75，此時的對數(shù)平均溫差為總傳熱系數(shù) w/(m2×k)污垢熱阻 m2×k/w（2） 在不變動設(shè)備的條件下，可通

6、過提高加熱蒸汽的溫度使溶液出口溫度仍然維持在80。此時傳熱溫差為即 由此解得 【4-30】有一單管程的列管式換熱器，其規(guī)格如下：管徑為，管長為3m，管數(shù)為37根。今擬采用此換熱器冷凝并冷卻的飽和蒸氣，自飽和溫度46冷卻到10。在管外冷凝，其流量為，比汽化熱為。冷卻水在管內(nèi)，進口溫度為5，出口溫度為32。逆流流動。已知的冷凝和冷卻時的總傳熱系數(shù)分別為和（以內(nèi)表面積為基準）。試問此換熱器是否合適？ 習(xí)題4-30附圖解 質(zhì)量流量，冷凝段，的比汽化熱冷凝段熱負荷 冷卻段 冷卻段熱負荷 冷卻水 冷卻水用量 水在兩段之間的溫度，用冷卻段熱負荷計算。 冷凝段平均溫度差為 冷卻段平均溫度差為 冷凝段傳熱面積為 冷卻段傳熱面積為 總傳熱面積 現(xiàn)有換熱器的傳熱面積按傳熱管內(nèi)表面積計算 【4-32】外徑為50mm、長為10m的氧化鋼管敷設(shè)在截面為200mm×200mm的紅磚砌的通道內(nèi)，鋼管外