化工原理課后習(xí)題(第四章)

1、第4章 傳熱4-1、燃燒爐的平壁由下列三種材料構(gòu)成: 耐火磚的熱導(dǎo)率為 厚度 ；絕熱磚的熱導(dǎo)率為；普通磚的熱導(dǎo)率為。若耐火磚內(nèi)側(cè)溫度為 , 耐火磚與絕熱磚接觸面最高溫度為 ,絕熱磚與普通磚間的最高溫度不超過(guò) (假設(shè)每?jī)煞N磚之間接觸良好界面上的溫度相等) 。試求：（1）絕熱磚的厚度。絕熱磚的尺寸為：; (2) 普通磚外測(cè)的溫度。普通磚的尺寸為：。(答： ； )解：第一層： 第二層： 因?yàn)榻^熱磚尺寸厚度為，故絕熱磚層厚度取， 校核： ； 。4-2、某工廠用的無(wú)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：第一層為厚的礦渣棉，其熱導(dǎo)率為 ;第二層為厚的石棉灰，其熱導(dǎo)率為。管內(nèi)壁溫度為

2、，保溫層外表面溫度為。管道長(zhǎng)。試求該管道的散熱量。無(wú)縫鋼管熱導(dǎo)率為 （答：）解：已知：， 查表得： 其中：， ， ， 。4-3、冷卻水在，長(zhǎng)為的鋼管中以的流速通過(guò)。水溫由升至。求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。 (答：)解：設(shè)為湍流 水的定性溫度， 查表得：， ， ， ， ， ， 與假設(shè)相符， ， 。4-4、空氣以的流速通過(guò)一的鋼管，管長(zhǎng)?？諝馊肟跍囟葹?，出口為。試計(jì)算空氣與管壁間的對(duì)流傳熱系數(shù)。如空氣流速增加一倍。其它條件不變，對(duì)流傳熱系數(shù)又為多少？（答： ，）解：設(shè)為湍流 空氣的定性溫度， 查表得：， ， ， ， ， ， 與假設(shè)相符， ， ，當(dāng)時(shí)。 。4-5、有一套管式換熱器，外管尺寸為，內(nèi)管為的

3、鋼管，冷水在管內(nèi)以的流速流動(dòng)。水進(jìn)口溫度為，出口為。試求管壁對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。（答：）解：設(shè)為湍流 水的定性溫度， 查表得：， ， ， ， 與假設(shè)不符，為過(guò)度流， ， ，。4-6、現(xiàn)測(cè)定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)，數(shù)據(jù)如下：甲苯在內(nèi)管中流動(dòng)，質(zhì)量流量為，進(jìn)口溫度為，出口溫度為；水在環(huán)隙中流動(dòng)，進(jìn)口溫度為，出口為。逆流流動(dòng)。冷卻面積為。問(wèn)所測(cè)得得總傳熱系數(shù)為若干？ （答： ）解：甲苯的定性溫度， 查表得：， ， ， ， ， 。4-7、在一套管式換熱器中，內(nèi)管為的鋼管，內(nèi)管中熱水被冷卻，熱水流量為，進(jìn)口溫度為，出口為。環(huán)隙中冷卻水進(jìn)口溫度為，出口溫度為，總傳熱系數(shù)。試求：（1）冷卻水用量； （2）

4、并流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需的管子長(zhǎng)度；（3）逆流流動(dòng)時(shí)的平均溫度差及所需的管子長(zhǎng)度。（答：（1） ；（2） ， ；（3） ， ）解：， ； ， ， ， ， ； ， ， ， ， 4-8、一套管式換熱器內(nèi)流體的對(duì)流傳熱系數(shù)，管外流體的對(duì)流傳熱系數(shù)。已知兩種流體均在湍流情況下進(jìn)行換熱。試回答下列問(wèn)題：（1）假設(shè)管內(nèi)流體流動(dòng)增加一倍； （2）假設(shè)管外流體流速增加二倍。 其它條件不變，試問(wèn)總傳熱系數(shù)是原來(lái)的多少倍？管壁熱阻及污垢熱阻可不計(jì)。（答：（1）倍 ；（2）倍 ） 解：， ； 管內(nèi)流速增加一倍，即， 因?yàn)槭峭牧髑闆r下的換熱，故： ， ， ， ； 管外流速增加一倍，即， 因?yàn)槭峭牧髑闆r下的換熱，故

5、： ， ， ， 。4-9、有一套管式換熱器，內(nèi)管為，外管為的鋼管。內(nèi)管中苯被加熱，苯進(jìn)口溫度為，出口為。流量為。套管中為的飽和水蒸氣冷凝，冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)為。已知管內(nèi)壁的垢阻為，管壁及管外側(cè)熱阻均可不計(jì)。苯的密度為。試求：（1）加熱水蒸氣用量；（2）管壁對(duì)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)；（3）完成上述處理所需套管的有效長(zhǎng)度。(答：（1）；（2） ；（3）) 解：苯的定性溫度， 查表得：， ， ， ， 下：飽和水蒸氣的飽和溫度，汽化熱； ；設(shè)為湍流 ， 與假設(shè)相符， ， ； ， ， ， ， 4-10、空氣在預(yù)熱器內(nèi)從加熱至，的飽和蒸汽在管外冷凝，若保持空氣進(jìn)出口溫度不變，而將預(yù)熱器內(nèi)的空氣流量增加，而預(yù)熱器

6、不更換。試通過(guò)定量計(jì)算來(lái)說(shuō)明采用什么措施來(lái)完成新的生產(chǎn)任務(wù)？假定空氣在管內(nèi)做湍流流動(dòng)，且總傳熱系數(shù)約等于空氣一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。（答：管徑縮小為原來(lái)管徑的倍；管長(zhǎng)增加為原來(lái)管長(zhǎng)的倍；將加熱蒸氣的溫度升為）解： 故， 根據(jù)，且， 故可從以下三方面著手提高生產(chǎn)能力： 增大值，即提高值，物性不變： ，而 可減小， 而，不變 ， 而， ，即管徑縮小為原來(lái)管徑的倍； 增大：由，故，因管徑不變，也不變，且， ， 而， 即管長(zhǎng)增加為原來(lái)管長(zhǎng)的倍；提高： 由于，不變，故只能升高加熱蒸氣的溫度，此時(shí)不改變， ， ， ， ， ， 即， ， 即將加熱蒸氣的溫度升為。4-11、在列管換熱器中，用飽和蒸汽加熱原料油，溫度為的飽和蒸汽在殼程冷凝，原料油在管程流動(dòng)并由加熱到。操作溫度下油的密度為，油在管中的平均流速為，換熱器熱負(fù)荷為。列管換熱器共有根的管子，管長(zhǎng)為。若已知蒸汽冷凝系數(shù)為，油側(cè)污垢熱阻為，管壁和蒸汽側(cè)污垢熱阻可忽略。試求管內(nèi)油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為多少？若油側(cè)流