完整版化工原理第二版答案.docx
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完整版化工原理第二版答案
第四章习题
2.燃烧炉的内层为460mn厚的耐火砖,外层为230mm厚的绝缘砖。
若炉的内表面温度ti为1400C,外表面温度ts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10.90.0007t,绝缘砖的导热系数为20.30.0003t。
两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为C,入单位为W/（m・C）。
解：
设两砖之间的界面温度为t2,由
t1t2b1
t2七3
b2，得
1
2
热通量
3.直径为60mm3mm,钢管用30mn厚的软木包扎，其外又用100mn厚的保温灰包扎,以作为绝热层。
现测得钢管外壁面温度为-110C,绝热层外表面温度10C。
已知软木和保温灰的导热系数分别为
0.043和0.07W/（m「C）,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：
Qti上3
丨丄詩亠心
21ri22r2
1100101~~601,160
InIn
23.140.0433023.140.000760
25W/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?
解：
设外层的平均直径为dm2，内层平均
直径为dm1，则dm22dm1「且221。
由导热效率方程知：
两层材料位置互换后：
Q'VtVtdm1L
Qbbb
21dm1L12dm1L
Qq5'
所以：
qt41.25即：
q1-25q
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19mm2mm的列管内流动。
已知
管内水侧对流传热系数为
349OW/（m・C）,管外油侧对流传热系数
时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污垢热阻为0.00026nVC/W油侧污垢热阻为0.000176nVC/W管壁导热系数
入为45W/（m・°C）。
试求:
⑴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k。
k。
208W/m2°C
（2）产生污垢后热阻增加的百分数为:
0.0001760.00028
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
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
（15015）（10040）
135
In
60
由热量恒算可得:
We”t21401505
WcCpcT1T2150100..
算:
QWnCpn（15080）WCCpc&15）.
解得：
t250oC.
由传热速率方程分别可得:
原换热器：
Wncpn（150100）ksotmkndL92.5.
Wncpn（15080）ksVtmkndL70.
新换热器：
'7092.5
L11.85m.
5070
&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243C和
128°C;终温分别为167C和157C。
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'WnCpn（T1T2'）WcCp/t?
'匕）QkoVtmWnCpn（T1T2）⑷片住两式相除：
tT2
Vt
七2E（T1T2）（t2tj
mT1T2
t2t1（T1T2）（t2t1）
tl）
（1）
而Vtm'
Vt1Vt2
显
Vt2
Vt2Vt1
Vt1
（243128）（167157）3oC
115
In
10
所以:
Vt2ln
Vt1
47
1
Vt2Vt1
Vt2g
43
tj（243167）（157128）
（TiT2）（T2tj
Vt2Vt1
47
Vt2Vt1
（T1T2'）（t2
解得：
％298.
即：
2.98（T2128）243
（243t2）2.98（T2128）t2
（2）
由
（1）式得：
（3）
243167157128t20.38（243T2）128
243T2t2128
由
（2）、（3）式得：
t2161.3°C.T2155.4°C
所以：
VtVVt1（243161.3）（155.4128）的了七
m“Vi1.093.
Vt1
9..在下列各种管壳式换热器中，某种溶液在管内流动并由20C加热到50C。
力口热介质在壳方流动，其进、岀口温度分别为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。
解：
（1）由对数平均温度差知道:
VtmVtVtm0.944.840.3°C
（3）由R、P值查流程温差校正系数图
得：
Vt0.98
11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1650mVh,常压下苯的沸点
的进口温度为20C,流量为36000kg/h,
总传热系数K）为450W/（m・°C）,试求换
热器传热面积S。
假设换热器的热损失
可忽略
QWeCpc（t2ti）
t2
2031.6°C
Vt
（80.120）（80.131.6）
80.120
80.131.6
54.1oC
冷水出口温度可由热量衡算求得。
即:
4.861053600
360004.18103
则：
So
4.86105
20m2
45054.1
PM10133078，3
32.69kg/m
其中：
RT8.315103（27880.1）
Q16502.693941034.86105w
3600
QWsrVsr
12.在一传热面积为50帚的单程管壳式
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
iioc降至60r。
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45r。
试估算换热器
清洗前传热面两侧的总污垢热阻。
假
设：
（i）两种情况下，流体物性可视为不变，水的平均比热容可取为
4.17kJ/（kg•r）；⑵可按平壁处理，两种工况下i和0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
in11^8
6020
（11038）（8020）544OC
所以:
再求清洗后总传热系数Ko',由热量衡算求溶液的出口温度
Ti
Vtm
WCpc什
（t2
WnCpn
ti）
110
11060
3820
（4520）
40.6°C
（11045）（40.620）
11045In
40.620
38.6°C
497w/（m2°C）
330004.187103（4520）
36005038.6
若传热面两侧的总污垢热阻为Rs.
则有:
1
1
1Rs1
k
i
o254
1
111
1
k
oi497
x05a02004
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
一定流量的液体在一25x2.5mm的
直管内作湍流流动，其对流给热系数=1000W/（m「C）。
如流量与物性都不变，改用一19x2mm的直管，则其值将变为W/（m2•C）。
A.1059B.1496
t05a01177
冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C,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,般对料选用并流操作。
t05a02042
某流体在圆直管内强制对流，其对流传
热系数为,现任务变更，管内流速降为原来的1/2，且已知此时Re104,则管内的对流传热系数为原对流传热系数的倍。
t05a02043
10mm的钢管中强制湍流时,其=3iow/（m?
＜）,如体积流量不变，改用152X10mm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?
＜）
t05a0211
两流体通过间壁换热，冷流体从
20C被加热到50C，热流体从100C冷却至U70C,则逆流时的tm=°C。
并流时的tm
=Co
w05b05161
1.一杯开水（100C）置于20C的静止空气中,问杯子两侧流体的传热各属何种类型?
哪一侧热阻大?
2.若将杯子浸在20C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2,3w05a05034
1一厚度相等的双层平壁，其导热率入
i＞入n试定性画出其温度分布图，为什么?
（稳定传热）
2套管式换热器的冷、热流体进、出口
温度分别为tl、t2、Tl、T2,试画出冷、热流体温度沿换热面积变化关系曲线。
①根据傅立叶定律;Q=Xdt/dn;•••稳定传热即Q=Q因已知入i>Xii
•••（dt/dn）i<（dt/dn）ii
in
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