化工原理王晓红版习题答案第二章

第 2 章1锅炉钢板壁厚 ，其导热系数 。若粘附在锅炉内m201KmW/5.461壁上的水垢层厚度为 ，其导热系数 。已知锅炉钢板2外表面温度为 ，水垢内表面温度为 ，求锅炉每平方米表面积53K1t 73t的传热速率，并求钢板内表面的温度 。 （原题 1）2t解：该题为圆筒壁的热传导问题，如果设锅炉的半径为 ，则 ， ，r02.1r，根据题意，可以得到 ，所以01.3r 321r21mS由圆筒壁的导热速率方程： 211mnimi btSbtQ其中， ， ， ， ，K5231t47t KW/5.61K/6.202.1， 。m0.bSm2所以 22213 /m874.3/16.054.7btSQq根据圆筒壁的导热速率方程： 121mniiSbttQ可以得到： )K(3.506.487352-12qbt2在一 603.5mm 的钢管外包有两层绝热材料，里层为 40mm 的氧化镁粉，平均导热系数 ；外层为 20mm 的石棉层，平均导热系数m07W/.。现用热电偶测得管内壁温度为 500，最外层表面温度为15/.080。已知钢管的平均导热系数 ，试求每米管长的热损失及两mW/45层保温层界面的温度。 （原题 2）解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式： 321432141 mmmmnii rbrbtLSbStbtQ 式中：t 1=500，t 4=80， r1=60/2-3.5=26.5(mm)，r 2=60/2=30(mm)，r3=30+40=70(mm)，r 4=70+20=90(mm)，b1=3.5mm，b 2=40mm，b 3=30mm， 1=45W/( m)， 2=0.07W/( m)，3=0.15W/( m)。 )(.2805.621 mrm)(.4730lnl232r)(8943mm所以每米管长的热损失为： W/m6.19 W/m8015.2470.32845.32. 3214 mmrbrbtLQ因为 3432141 mmmnimi rbtLrbrtLSbtQ所以 （）8.105.04.6.9802343 rLt33有一列管式换热器，由 38 根 252.5mm 的无缝钢管组成，苯在管程流动，由 20加热到 80，苯的流量为 10.2 kg/s，饱和蒸汽在壳程冷凝。试求：（1）管壁对苯的对流传热系数？（2）若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变化？（原题 4）解：（1）苯的定性温度 ，此状况下的物性为：5028， ， ，smPa45.03/6mkgkgJcp/8.1m/W14.0根据公式 4.08.PrRe3.iddi=0.020m， s/.102.438601Awus(湍流)385.6Red7.14.08PrpC 2 24.08.0.m/W150m/W7653.PrRe.iid（12）苯的流量增加 1 倍后， 228.08.0 /60/5ii44苯流过一套管换热器的环隙，自 20升高至 80，该换热器的内管规格为19 mm2.5mm, 外管规格为 38 mm3 mm。苯的流量为 1800 kg/h，求苯对内管壁的对流传热系数。解：苯的定性温度 ，此状况下的物性为：5028， ， ，smPa45.03/6mkgkgJcp/8.1m/W14.0苯的流速为： s/m21.90.32.486031Awus套管的当量直径为： mdde 139324121 流体的雷诺数为：(湍流)27861045.3Re3u9.8PrpC65.1.9321d由此可得对流传热系数为： 2 253.0318.053.02318.0m/W183 m/W976.4PrRe.d与书上答案 1794 略有不同。2/55常压下温度为 120的甲烷以 10 m/s 的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。离开换热器时甲烷温度为 30，换热器外壳内径为 190 mm，管束由37 根 19 mm 2mm 的钢管组成，试求 甲烷对管壁的对流传热系数。解：甲烷的平均温度 ，此状况下的物性为752301， ， ，smPa012./6.mkgkgJcp/48.2m/W04.列管换热器的当量直径为： mddde 47.25193703737421221 流体的雷诺数为：(湍流)1928012.56.4Re3u由此可得甲烷对管的对流传热系数为： 2 23.08.03.08.m/W3.60 m/W4.1219547.Pre0.d66温度为 90的甲苯以 1500kg/h 的流量通过蛇管而被冷却至 30。蛇管的直径为 57 mm 3.5mm，弯曲半径为 0.6m，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。解：甲苯的平均温度 ，此状况下的物性为：60239， ， ，smPa3864.03/8.1mkgkgJcp/85.1m/W1238.0流体的流速为： ssmdVuss /5./8.3105.142.36041222 流体的雷诺数为：(湍流)274103864.25Re3u湍流时甲苯对直管的对流传热系数为： 2 23.08.03.8.0m/W3.16 m/W128.645745.PrRed过渡流的校正系数： 612.07.241Re08158.5圆形弯管的校正系数为： 145.6.0.17.1di甲苯对蛇管的对流传热系数为： 22m/W7.40/7.2.7345.62.077120的饱和水蒸气在一根 、长 1m 的管外冷凝，已知管外壁温5m.2度为 80。分别求该管垂直和水平放置时的蒸气冷凝传热系数。解：（1）当管垂直放置时，冷凝传热系数的计算方法取决于冷凝液在管外沿壁面向下流动时的流动型态。采用试差法，假定冷凝液 为层流流动， 则：4132.1tlgr垂 直液膜温度为 ，该温度下水的物性为 ，08 smPa283.0，3/4.95mkg/W6.冷凝温度为 120，此温度下水的相变焓为： 。所以可以计算kgJr/.5 垂 直 2 2413324132m/W3.549 m/W801086.9.5.1.tlgr根据此计算结果校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数为： rtldrtQldrQSqdGud ooomooo 垂 直垂 直 4/4/4/4Re代入相关数据后可以求得 1409283.01.2594e rtl垂 直层流假定成立，以上计算有效。（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数： 水 平 2 2413324132m/W7.86 m/W805.0106.9.57.tdgro88实验室内有一高为 1m，宽为 0.5m 的铸铁炉门，其表面温度为 600，室温为 20。试计算每小时通过炉门辐射而散失的热量。如果在炉门前 50mm 处放置一块同等大小同样材料的平板作为隔热板，则散热量为多少？如果将隔热板更换为同等大小材料为已经氧化了的铝板，则散热量有何变化？解：（1）不加隔热板时，铸铁炉门被四壁所包围， 铸铁黑度为 ，78.01，角系数 ，根据02C12WWSCQ1264 10273.510273.565.19.5780T0 4442412121 （2）加隔热板后，辐射传热过程可以表示为：炉门 1隔热板 3墙壁 2。炉门辐射散热量就是它对隔热板的辐射传热量（13）： 43413131 0TSCQ炉门与隔热板相距很近，其辐射可以看作是在两极大的平面间进行，于是：，其角系数 。62.3178.0.9513103 13隔热板对周围墙壁的辐射传热量（32）： 42432323 10TSCQ其中 ， 。.69.578032 123过程达到稳态时， 231Q 4243234431 10T0TSCSC将已知数据代入上述公式，可以得到 4434341027.5105.42. .6.6.T求出 .9.783KT所以热损失为：WWSCQ5701078.391023.565.162.3T4443413131 （3）如果将隔热板换为氧化的铝板，其黑度为 ，则有5.3816.05.78.01691303 C023可以仿照（2）的公式求取隔热板温度，然后计算热损失，也可以利用下列公式直接求取： WWSCQ1925.018.5086. 273.73. 10T442134241231 99现测定一传热面积为 2m2 的列管式换热器的总传热系数 K 值。已知热水走管程，测得其流量为 1500kg/h，进口温度为 80，出口温度为 50；冷水走壳程，测得进口温度为 15，出口温度为 30，逆流流动，试计算该换热器的K 值。 （原题 6）解：换热温差： 06.4230815lnlnln2121 tTttm热负荷为： kWCWQpc 2.08.4365321 所以换热器的总传热系数： 223 m/W1.6/06.4215motSQK1010热气体在套管式换热器中用冷却水冷却，内管为252.5mm的钢管，冷水在管内湍流流动，对流传热系数为2000 W/(m 2K)。热气在套管环隙湍流流动，对流传热系数为50 W/(m 2K)。已知钢的导热系数为 45.4 W/(mK) 。试计算：（1）管壁热阻