化工原理第五章答案.ppt

1、5-1試推導(dǎo)單層球殼穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱速率計算公式 球殼內(nèi)側(cè)溫度為t1，外側(cè)溫度為t2，內(nèi)徑為r1，外徑為r2，球殼熱導(dǎo)率為,解：根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱定律,分離變量得：,邊界條件為： r=r1時，t=t1 r=r2時，t=t2,積分得：,5-2 已知冷熱兩流體通過換熱器進行換熱，熱流體的進口溫度為500，冷流體的進口溫度為100，逆流操作時熱流體的出口溫度為300，冷流體的出口溫度為200，當(dāng)操作方式由逆流改為并流時，若換熱器的傳熱系數(shù)不變，試求： (1)冷熱兩流體各自的出口溫度？ (2)并流時的熱量交換速率比逆流時下降了多少？(百分比),解：根據(jù)傳熱速率方程,逆流時,并流時,逆流時,并流時,兩式相比得

2、,該式可分解為,化簡整理得：,由此解得,(2)改為并流時熱量下降的百分比,并流時,并流時的熱量交換速率比逆流時下降了,5-3 試用傳熱效率傳熱單元數(shù)法重新計算5-2,解：,逆流時,改為并流時，CR和NTU均不變,由此解得,由熱量衡算方程,可得,5-4、在套管式換熱器中用水冷卻某成品油，油和水呈逆流流動，已知油的質(zhì)量流率為2.0kg/s，進口溫度為120，出口溫度為80，冷卻水質(zhì)量流率為2.5kg/s，進口溫度為20，(1)求冷卻水的出口溫度？已知油的熱容為2.45kJ/(kg)，水的熱容為4.18kJ/(kg)。 (2)若已知該套管式換熱器的有效傳熱長度為5m，內(nèi)管為502.5mm的不銹鋼管，

3、外管為803mm的不銹鋼管，冷卻水走內(nèi)管，成品油走管外環(huán)隙，試求內(nèi)管和外管的對流傳熱系數(shù)？水的密度取1000kg/m3，油的密度取850kg/m3，水的熱導(dǎo)率為0.62W/(mK)，油的熱導(dǎo)率取0.13W/(mK)，水的粘度為0.65610-3Pas，油的粘度為0.27610-3Pas。,(3)若管壁熱阻和成品油側(cè)的污垢熱阻可忽略，冷卻水側(cè)的污垢熱阻取0.2510-3m2K/W，求換熱器基于管外表面積的總傳熱系數(shù)K? (4)核算該換熱器能否滿足要求？,解：(1)根據(jù)熱量衡算方程,有,從而解得：,(2) 兩側(cè)的傳熱系數(shù)：,因為水走內(nèi)管，所以傳熱系數(shù)可以用下式來計算,因為冷卻水被加熱，所以n=0.

4、4,所以，水側(cè)的傳熱系數(shù)：,因為油走管外環(huán)隙，因此計算傳熱系數(shù)時d應(yīng)該用de來代替,所以，油側(cè)的傳熱系數(shù)：,(3)基于管外表面積的總傳熱系數(shù)Ko,由于管壁熱阻和成品油側(cè)(管外)的污垢熱阻可忽略，所以上式可簡化為,(4)核算換熱器能否滿足要求,如果換熱器的換熱能力Q冷熱流體交換的熱量Q，則換熱器就能夠滿足要求,代入得：,因為QQ，所以換熱器不能滿足要求,5-5 一列管式換熱器，管長為2.5m，管外徑為50mm，自上而下的管排數(shù)分別為3、5、7、8、7、5、3。管外是110的飽和水蒸氣，管內(nèi)是90的某流體介質(zhì)，管壁熱阻可以忽略，試求換熱器在下列情況下的換熱速率？ （1）換熱器豎直放置，蒸汽平行于管束流動； （2）換熱器水平放置，蒸汽垂直于管束流動。,解：定性溫度,100下水的物性值為：,（1）當(dāng)換熱器垂直放置時，蒸汽可視為在垂直管外冷凝，先假設(shè)膜內(nèi)冷凝液流動為層流，待計算出以后再判斷假設(shè)是否正確，這樣有,換熱速率：,驗證流動是否為層流,冷凝液的生成量,所以液膜內(nèi)的流動是層流，上述計算結(jié)