化工原理第二版答案

1、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1 t2 t2 t3b1b2，彳得1 21400 t2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1 0.9 0.0007t ,絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為2 0.3 0.0003t。t2 100t tt2 949 oC460 10 3/(0.90.0007230 10 殛 O.。003 寧熱通量 3 .直徑為60mm

2、3mm,鋼管用30mn厚的軟 木包扎，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 0.043 和 0.07W/（mC）,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：量，負(fù)號(hào)表示由外界向體系傳遞的熱量，即為冷 損失。m22 2 1。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

3、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，則 dm2 2dml 且 由導(dǎo)熱效率方程知： 兩層材料位置互換后：Q q 5所以：Q q 5依即：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 伽m 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/（m C ）。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0.00026 m2-C /

4、W,油側(cè)污垢 熱阻為0.000176 mC / W管壁導(dǎo)熱系數(shù)入 為45 W/（m C ）。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)。米才解：（ 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)、 岀口溫度分別為15C和40C ,油的進(jìn)、出口 溫度分別為150C和100C。現(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要 求油的出口溫度降至 80C , 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)增至若干平均溫度差為能滿(mǎn)足要求。設(shè)換熱器的熱損失可忽略。 解： 由熱量恒算可得： 當(dāng)油的出口溫

5、度降到 80oC 時(shí)，由熱量恒算：解得：t250oC.ksotmk n dL 92.5.ks'vtm'k n dL 70.由傳熱速率方程分別可得: 原換熱器：WnC pn(150 100)WnCpn (150 80)1.85m.新?lián)Q熱器：L' 70 92.5 15070&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

6、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：Vtm'kA(T,T2')02tjT, T2t2 ti(TiT2)(t2ti)( 1)Vti Vt2 Vt2 VtiVtm而Vt所以:InVLVt2啟VtiInV；(243 128) (167 157)3°。1嚴(yán)10解得： 即：(243 t2)由(1)243 167243 T2Vt2 Vt1%147Vt2 Vt12.98式得:157 128t2 1281432.98.(T2128) t2.98t20.38 (243 T2)仃2 128) 243 (2)128 (3)由(2)、(3)式得：1.093所以：

7、Vtm 叮(243 161.3)(155.4 128)49.7OC9.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20 C加熱到50 C。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。(2) 殼方和管方分別為單程和匹(3) 殼方和管方分別為二程和四平均溫度差知道:由對(duì)數(shù)(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 )Vt ' Vt2 Vti (100 50) (60 20)44 吒Vt150 20100 20100 6050400.375133查溫度差校正系數(shù)圖得:20V 0.

8、9(3)由Vt 0.98所以：VtR、P值查流程溫差校正系數(shù)圖得:Vt Vtm0.98 44.843.9oC平均比熱容為丿1。若總傳熱系數(shù)K）為11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1650nT/h,常壓下苯的沸點(diǎn)為80.1 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4.18kJ/（kg C ）450W/（mC ）,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。vtmQ Wsr Vs rPM101330 78, 33 2.69kg / m其中/、 RT 8.315 1

9、 03 (278 80.1)c 1650 2.69 cc, "3 , cc “5Q 394 103 4.86 105w3600冷水出口溫度可由熱量衡算求得。即:則：So 486簽 20m212.在一傳熱面積為50m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38C。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 青況下，流體物性可視為不阻。假設(shè):(1)兩種變,水的平均比熱容可取為4.17kJ/(kg-C )

10、；i和0分別(2)可按平壁處理，兩種工況下 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：再求清洗后總傳熱系數(shù)Ko',由熱量衡算求溶 液的岀口溫度20) 40.6oC'T1 W(t2' t1) 110 110 60 (45.WnC pn38 20Rs.則有:若傳熱面兩側(cè)的總污垢熱阻為由此得:Rs 1.925 10 3m2 oC/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.oa值升高a值大大降低a值有一定影響a值無(wú)影響使使使對(duì) x05a02031棉花中含有大量空氣，而空氣的運(yùn)動(dòng)

11、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)B)C)D)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 2.5mm的直管內(nèi) 作湍流流動(dòng)，其對(duì)流給熱系數(shù) = 1000W/(m -C )。如流量與物性都不變，改用一 19 X 2mm的直管，則其值將變?yōu)閃/（m2c）。B. 1496D. 1678A. 1059C. 1585t05a01177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 ,出口溫度為53 C

12、,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(lái)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,直徑為108 X 10mm的鋼管中強(qiáng)制湍流時(shí)，其=310W/（m?K）,如體 積流量不變，改用152 X 10mm的鋼管代替, 流動(dòng)仍為湍流（兩種情況下L / d均大于60）, 此時(shí)=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

13、. 主要熱阻在空氣側(cè)，故2,3效果較好,4不及2,3w05a05034 一厚度相等的雙層平壁，其導(dǎo)熱率Xi >X n 試定性畫(huà)出其溫度分布圖，為什么 ?(穩(wěn)定傳 熱)1、 12、 套管式換熱器的冷、熱流體進(jìn)、岀口溫度 分別為ti、t2、Ti、T2,試畫(huà)岀冷、熱流體溫 度沿?fù)Q熱面積變化關(guān)系曲線(xiàn)。因已知X I > X II根據(jù)傅立葉定律；Q= X dt/dn; 穩(wěn)定傳 熱即Q=(dt/d n)i< (d t/d n)iiW/（m* 1 2 3 4?K）t05a02118兩流體通過(guò)間壁換熱，冷流體從 20 C被 加熱到50r，熱流體從100C冷卻到70C, 則逆流時(shí)的tm=r。并流時(shí)的t,=r。w