化工原理大题.docx

1、化工原理大题第四章习题2.燃烧炉的内层为 460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的 绝缘砖。若炉的内表面温度 t1为1400 C ,外表面温度t3为100 C。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为1 0.9 0007t ,绝缘砖的导热系数为 2 0.3 0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为C ,A单位为W/(m C )。解：设两砖之间的界面温度为tl t?bi2，由1t2t32 ，得热通量0.40/0.97 0.0007t1 t2 1400 949168SW/m23.直径为60mm 3mm,钢管用30mm厚的软木包扎,其外又用1

2、00mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢 管外壁面温度为-110 C ,绝热层外表面温度 10 C。已知软木和保温灰的导热系数分别为 0.043和0.07W/(m),试求每米管长的冷量损失量。解：每半管长的热损失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出：Q t 上3 丄店丄d2 1 r1 2 2 r2 1100 10 1 1 , 160In In2 3.14 0.043 30 2 3.14 0.0007 6025W/m负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。4.蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层 的两倍。若将二层材料互

3、换位置 ，假定其他条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少 ？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合 ?dm1，则由导热效率方程知:Q=VtbbVtVtdmiLbb5bi dmiL2 i 2dmiL4i2Sm2两层材料位置互换后:两层保温材料互换位置后，单位管长的热损失增加说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较为合适6.在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为19mm 2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349OW/(m2 C ),管外油侧对流传热系数为258W/(m2 C )。换热器在使用一段时间后 ，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026 m2C / W

4、,油侧污垢热阻为0.000176 m2 C / W。管壁导热系数入为45 W/(m C )。试求:(1)基于管外表面积的总传热系数 ；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。解：(1)总传热系数kk。190.00026 (2)产生污垢后热阻增加的百分数为:7:在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15C和40C ,油的进、出口温度分别为150C和100C。现因 生产任务要求油的出口温度降至 80C ,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为 1m试求此换 热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可 忽略。解：平均温度差为(150 15) (100 40)由热量

5、恒算可得:We” t2 匕 40 15WUpc T1 T2 150 100当油的出口温度降到 80 C时，由热量恒算:Q WnCpn(150 80) WCCpc(t2 15).解得:t?50oC.由传热速率方程分别可得:k n dL&重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动 ，两种油的初温分别为243 C和128 C ;终温分别为167 C和157 C。若维 持两种油的流量和初温不变 ，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下 流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽 略。解：以上标表示并流的情况。由传热速率方程和热量衡算：Q koVtm WnC

6、pn(Ti T2) 驱卩血tjQ koVtm WnCpn T?) WCpcg )两式相除:Vtm1 12 t2 t1(T1T2)& 1)Vtmt T2 t2 t1(T1T2)(t2 G(1)(T1T2)(t2 匕)(243 167)(157 128)47(T1T2)(T2 tjVt2Vt1Vt2 Vt1Vtm而Vt1 Vt2 .Vt1InVt2Vt2 Vt1 (243.Vt2InVt1128) (167 ,115In10157)3CInVt2Vt147 1所以：Vt2 Vt1Vt2 Vt1 43解得：Vt2/ Vt12.98.即：(243t2) 2.98 (T2 128)t2 2.98(T21

7、28) 243 (2)由（2）、（ 3）式得:t2 161.3oC.T2 155.4 CVtm所以：Vt2 Vt1Vti(243 161.3) (155.4 128)1.09349.7C9.在下列各种管壳式换热器中，某种溶液在管内流动并由 20 C加热到50 C。加热介质在壳方流动，其进、出口温度分 别为100C和60C ,试求下面各种情况下的平均温度差。(1)壳方和管方均为单程的换热器。设两流体呈逆流流动。(2)壳方和管方分别为单程和四程的换热器。 (3)壳方和管方分别为二程和四程的换热器。由对数平均温度差知道：4050200.375(2 )100 20100 6050 201.33查温度差

8、校正系数图得：Vt0.9VtmVt Vtm0.9 44.8 40.3C(3)由R、P值查流程温差校正系数图得:Vt0.98所以： Vtm Vt Vtm 0.98 44.843.9oC11在一管壳式换热器中，用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱 和液体。苯蒸气的体积流量为 1650m3/h,常压下苯的沸点为80.1 C ,汽化热为394kJ/kg。冷却水的进口温度为 20 C ,流量为36000kg/h,水的平均比热容为 4.18kJ/(kg)。若总 传热系数K0为450W/(m2C ),试求换热器传热面积 S0。假设换热器的热损失可忽略。QkoVtmQ Wsr Vs r其中: 冷水出口温度可由热量衡

9、算求得。即:Q WeCpt2 tjt24.86 105 360036000 4.18 10320 31.6oCVtm(80.1 20) (80.1 31.6)80.1 20In -54.1oC80.1 31.6So则：4.86 10520m2450 54.112 .在一传热面积为50m2的单程管亮式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为 33000kg/h,温度由20C升至38C。溶液的温度由 110 C降至60C。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下 ,冷水出口温度增到 45 C。试估算换热器清洗前传热面两侧的 总污垢热阻。假设：(1)两种情况下，流体物性

10、可视为不变, 水的平均比热容可取为 4.17kJ/(kg ) ; (2)可按平壁处理，两种工况下 i和 分别相同；(3)忽略管壁热阻和热损失解：先求清洗前的总传热系数 K.Vtm(11 38) (8 2)11 38 In6 254.4C所以:QSVtm33000 4.187 13 (38 20)360 50 54.4254w/(m2 C)再求清洗后总传热系数 K ,由热量衡算求溶液的出口温度T2WQpc(t2 1) 110pn110 6038 20(45 20)40.6C(110 45) (40.6 20),110 45 In40.6 2033000 4.187 103 (45 20)3600

11、 50 38.6497w/(m2 C)若传热面两侧的总污垢热阻为 尺.则有:Rs12541 丄i 497由此得:Rs 1.925 10 3m2 C/Wx05a02004棉花保温性能好，主要是因为 。A.棉纤维素导热率小；B.棉花中含有相当数量的油脂；C.棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍；D.棉花白色，因而黑度小。x05a02016在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对a的影响是 A） 使a值升高B） 使a值大大降低C） 使a值有一定影响D）对a值无影响x05a02031多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻 A 成正比 B 成反比 C 没关系x05a05171一定流量的液体在一 25x

12、 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数 =1000W(m2)。如流量与物性都不变，改 用 一 19 x 2mm 的 直 管 ， 则 其 值 将 变 为VW(m2 C )。A. 1059 B. 1496C. 1585 D. 1678 t05a01177冷热水通过间壁换热器换热 ，热水进口温度为 90 C ,出口温度为50C ,冷水进口温度为15C ,出口温度为53C ,冷热水的流量相同 , 则热损失占传热量的 %（冷热水物性数据视为相同 ） 。t05a01216当冷热两流体均不发生相态变化时，一般对 物料选用并流操作。t05a02042某流体在圆直管内强制对流，其对流传热系数为 ，现任务

13、变更，管内流速降为原来的 1 /2 ，且已知此时 Re 104，则管内的对流传热系数为原对流传热系数的t05a02043某有机溶液在长为 L,直径为108 x 10mm的钢管中强制湍流时，其=310W/(m2?K),如体积流量不变， 改用 152 x 10mm的钢管代替 , 流动仍为湍流 ( 两种情况下 L / d 均大于 60), 此时W/(m2 ?K)t05a02118两流体通过间壁换热，冷流体从 20C被加热到50 C,热流 体从100C冷却到70C,则逆流时的 tm= C。并流时的tm= C。w05b051611.一杯开水(100 C )置于20 C的静止空气中，问杯子两侧流体的传热各

14、属何种类型 ?哪一侧热阻大 ?2.若将杯子浸在20 C的冷水中（两流体不直接接触）,能 否增强传热 ?理由 ?3.仍置于空气中 , 但使杯外的空气流动 , 问能否增强传 热?理由?4.对 1 的情况 , 若对杯中流体加以搅动 , 问是否比 2、 3 两种办法有效些 ?1.均为自然对流 , 空气侧热阻大 ;2.能增强传热 , 因为水的对流给热系数比空气大 ;3.能增强传热 , 因为强制对流的对流给热系数比自然对流大4.主要热阻在空气侧 , 故 2,3 效果较好 ,4 不及 2,3 w05a05034一厚度相等的双层平壁， 其导热率入I xn试定性画出其温度分布图，为什么?（稳定传热）套管式换热器的冷、热流体进、出口温度分别为 t1、t2、T1、T2,试画出冷、热流体温度沿换热面积变化关系曲线。根据傅立叶定律；Q=乃t/dn; 稳定传热 即QI=QII因已知入1川 (dt/dn)l (dt/dn)II