化工原理第四章答案.doc

应化应化 0801 0802 化学工程 化学工程 0801 高分子高分子 0801 化工原理第四章化工原理第四章 传热习题解答传热习题解答 7 1 3 20 2010 1 第四章第四章 传热习题解答传热习题解答 p286 288 1 6 7 8 9 10 13 14 18 20 22 24 25 1 平壁炉的炉壁由三种材料组成 其厚度和热导热系数如下 序号材料厚度 b mm 热导热系数 W m 1 1 1 内层 耐火砖2001 07 2绝缘砖1000 14 3钢645 若耐火砖内层表面的温度 t1为 1150 钢板外表面温度 t2为 30 又测得通过炉壁 的热损失为 300W m 2 试计算热传导的热通量 若计算结果与实测的热损失不符 试分析 原因并计算附加热阻 解 w m2 1242 45 006 0 14 0 1 0 07 1 2 0 301150 R t A Q 计算比测量大 存在附加热阻 由于层与层之间接触不好有空气 设附加热阻为 Ri 则 300 Ri 45 006 0 14 0 1 0 07 1 2 0 301150 Ri 2 83m k w 6 在并流的换热器中 用水冷却油 水的进 出口温度分别为 15 和 40 油的进 出口 温度分别为 150 和 100 现因生产任务要求油的出口温度降至 80 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 试求将此换热器的管长增至若干米后才 能满足要求 设换热器的热损失可以忽略 解 在原冷却器中 对油 1 100150 11 pCwq 对水 2 1540 22 pCwq 并流时 135151501 t 60401002 t 5 92 60 135 ln 60135 mt mtAKq 00 100150 11 pCw 在新的冷却塔中 对油 3 80150 111 pCwq 对水 4 15 2221 tCwqp 应化应化 0801 0802 化学工程 化学工程 0801 高分子高分子 0801 化工原理第四章化工原理第四章 传热习题解答传热习题解答 7 2 3 20 2010 2 解上述方程得 50 2t 10101mtAKq 80150 11 pCw 135151501 t 3050802 t 8 69 50 135 ln 30135 mt 1 85 1 85m 5 92 8 69 100150 8015011 L L q q 1LL 7 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 和 128 终 温分别为 167 和 157 若维持两种油的初温和流量不变 而将两种油改为逆流 试求此 时流体的平均温度差和它们的终温 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 热损失可以忽略不计 解 并流时 重油 1 167243 11 pCwqmtAK 00 原油 2 128157 22 pCwqmtAK 00 43 10 115 ln 157167 128243 mt 逆流时 重油 3 243 2111TCwqp 100mtAK 原油 4 128 2221 tCwqp100mtAK 联立方程用试差法求得 1722 T1682 t 58 44 175 ln 128172 168243 mt 8 在下列的各种列管换热器中 每小时将 29400kg 的某种溶液从 20 加热到 50 溶液在 列管内流动 加热介质的进口温度为 100 出口温度为 60 试求下面情况下的平均温 度差 1 壳方和管方流体均为单程的换热器 假设两流体呈逆流流动 2 壳方和管方流体分别为单程和四程的换热器 3 壳方和管方流体分别为二程和四程的换热器 解 1 kg h 29400 W201 t 502 t 601 T 1002 T 应化应化 0801 0802 化学工程 化学工程 0801 高分子高分子 0801 化工原理第四章化工原理第四章 传热习题解答传热习题解答 7 3 3 20 2010 3 401 t502 t 45 2 5040 mt2 4 5 1 2 t t 或者 44 8 m t 2 由 44 8 m t375 0 20100 2050 P33 1 2050 60100 R 由图 4 17 p225 226 0 94 0 94 44 842 1 t tm t 3 同理由图 4 17 p225 226 0 97 0 97 44 843 5 t tm t 9 在逆流换热器中 用初温为 20 的水将 1 25kg s 1的液体 比定压热容为 1 69kJ kg 1 1 密度为 850kg m 3 由 80 冷却到 30 换热器的列管直径为 25 2 5mm 水走管内 水侧和液体侧的对流表面传热系数分别为 0 85 和 1 70kW m 2 1 污垢热阻可忽略 若水 的出口温度不能高于 50 试求换热器的传热面积 解 1211ttCwqp 1222TTCwp mtAK 00 水的出口温度取 50 2 18 10 30 ln 2030 5080 1 mt Ko w m2 k 7 373 1700 1 5 2245 25025 0 20850 25 1 w2 1 25kg s 1 69kJ kg k 2pC 故 A0 m2 5 15 2 18 7 373 3080 169025 1 10 在列管式换热器中用冷水冷却油 水在直径为 19 2mm 的列管内流动 已知管内 水侧对流表面传热系数 hi为 3490 W m 2 1 管外油侧的对流表面传热系数 ho为 258 W m 2 1 换热器在使用一段时间后 管壁两侧都有污垢形成 水侧污垢热阻 Rsi为 0 00026 W 1 油侧污垢热阻 Rso为 0 000176 W 1 管壁热传导系数 为 45 W m 1 1 试求 1 基 于管外表面积的总传热系数 KO 2 产生污垢后热阻增加的百分数 解 1 未结垢前 Ko w m2 k 2 233 258 1 1745 19002 0 153490 19 1 结垢后 K1 w m2 k59 211 000176 0 00026 0 258 1 1745 19002 0 153490 19 1 应化应化 0801 0802 化学工程 化学工程 0801 高分子高分子 0801 化工原理第四章化工原理第四章 传热习题解答传热习题解答 7 4 3 20 2010 4 2 10 1 0 1 11 0 01 K KK 13 90 的正丁醇在逆流换热器中被冷却到 50 换热器的传热面积为 6m 总传热系数 为 230 W m 2 1 若正丁醇的流量为 1930kg h 1 冷却介质为 18 的水 试求 1 冷却水的出口温度 2 冷却水的消耗量 以 m h 1表示 解 1 5090 11 pCwqmtAK 00 kg h 19301 w70 2 5090 t 由 70oC 查表得正丁醇的kJ kg k8 2 PC 由题可知 K0 230w m2 k A0 6m2 901 t 502 t 1T 182 T 32 90 ln 1850 90 1 1 T T tm 2 8 103 90 50 230 6 3600 1930 32 90 ln 1850 90 1 1 T T T1 37 2 5090 11pCwq 1837 22 pCw kg h 2 721m3 h2w2721 1837 1018 4 5090 108 21930 3 3 14 在逆流换热器中 用冷油冷却热油 油的比定压热容均为 1 68kJ kg 1 1 热油的流量 为 3000kg h 1 热油从 100 冷却到 25 冷油从 20 加热到 40 已知总传热系数 KO 随热油的温度 T 变化如下 热油温度 T 100 80 60 40 30 25 总传热系数 K W m 2 1355 350 340 310 230 160 试求换热器的传热面积 解 热油 5 62 2 25100 t 由题附表可以得出 Ko 341 3 w m2 k 应化应化 0801 0802 化学工程 化学工程 0801 高分子高分子 0801 化工原理第四章化工原理第四章 传热习题解答传热习题解答 7 5 3 20 2010 5 1 22 5 60 ln 2025 40100 mt twCqp mtAK 00 A0 m214 3600 1 22 3 341 25100 1068 1 3000 3 18 一定量的空气在蒸气加热器中从 20 加热到 80 空气在换热器的管内呈湍流流动 压强为 1 8kgf cm 2的饱和蒸气在管外冷凝 现生产要求空气流量增加 20 而空气的进 出口温度不变 试问应采取何措施才能完成任务 作出定量计算 假设管壁和污垢热阻均 可忽略 解 50 OC 2 8020 t 空气在 50 下的物性参数 kg m3 kJ kg k w m k093 1 698 0 Pr 017 1 Cp028 0 水蒸气在 5Pa 的饱和温度 1077 1 P116 sT 当空气流率增加 20 设蒸汽温度为 Ts1 1 2080 111 pCwq1miitAK 2 2080 222 pCwq22miitAK 0 8 122 1 ww 2 1 22 i i i i h h K K 28 43 20 80 ln 2080 1 mt 3 80 20 ln 2080 1 1 2 Ts Ts tm 由 1 2 和 3 式得 Ts1 118 20 温度为 90 的甲苯以 1500 kg h 1的流量通过蛇管而被冷却至 30 蛇管的直径为 57 3 5mm 弯曲半径为 0 6m 试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数 解 60 2 3090 t 在此温度下甲苯的物性参数 10 3 Pa S 1 8 kJ kg k w m k kg m338 0 p C126 0 830 应化应化 0801 0802 化学工程 化学工程 0801 高分子高分子 0801 化工原理第四章化工原理第四章 传热习题解答传热习题解答 7 6 3 20 2010 6 2 79 104104 3 2 1038 0 05 0 05 0 4 3600 1500 Re du 43 5 126 0 1038 0 108 1 Pr 33 uCp 直管 hi0 023 2 79 104 0 8 365w m2 k 3 1 8 0 Pr0Re023 0 i d 05 0 126 0 3 1 43 5 蛇管 hi hi 直管w m2 k 4 395 6 0 05 0 1 365 5 31 c i d d 弯曲半径 管半径 c d i d 22 室内水平放置表面温度相同 长度相等的两根圆管 管内通有饱和蒸气 两管均被空 气的自然对流所冷却 假设两管间无相互影响 已知一管直径为另一管的 5 倍 且两管的 Gr Pr 在 104 109之间 试求两管热损失的比值 解 此为大容器自然对流问题 k CtLg Gr p r 2 23 Pr 小管直径为 d 大管为 D D 5d 两管长 L Pr GrNu 4 1 dLth DLtH q Q 4 1 d D 4 1 5 24 实验测定列管换热器的总传热系数时 水在换热器的列管内作湍流流动 管外为饱和 蒸气冷凝 列管由直径为 25 2 5mm 的钢管组成 当水的速度为 1m s 1时 测得基于管 外表面积的总传热系数 Ko为 2115 W m 2 1 当其它条件不变 而水的速度变为 1 5m s 1 时 测得 Ko为 2660 W m 2 1 试求蒸气冷凝的传热系数 污垢热阻可忽略 解 忽略管壁及污垢热阻 对水 h Cu0 8 Ko w m2 k2115 1 201 25 1 1 1 00 0 hchdih d i w m2 k01k2660 1 205 1 25 1 1 1 0 8 0 01 0 hchdh d ii 解得 c 3574 5 h0 8122 w m2 k 25 两平行的大平板 在空气中相距 5mm 一平板的黑度为 0 1 温度为 350K 另一平板 的黑度为 0 05 温度为 300K 若将第一板加涂层 使其黑度变为 0 025 试计算由此引起 传热量的改变的百分数 假设两板间的对流传热可忽略 应化应化 0801 0802 化学工程 化学工程 0801 高分子高分子 0801 化工原理第四章化工原理第四章 传热习题解答传热习题解答 7 7 3 20 2010 7 解 两导热板热通量为 w m2260 005 0 300350 026 0 21 b tt qc 辐射传热的热通量为 4241 21 0441 21 100 100 1 11 100 100 TTcTT cq e r w m2 5 13 35 3 05 0 1 005 0 1 0 67 5 05 0 1 0 44 总热通量为 w m2 5 273 5 13260 rc qqq 当一板黑度变为 0 025 时 辐射热通量变为 w m2 r q64 6 35 3 05 0 025 0 05 0 025 0 67 5 05 0 025 0 44 w m2 4 26664 6 260 rc qqq 总传热量减少百分数为 5 2 100 5 273 4 266 5 273 辐射传热量减少百分数为 100 50 8 5 13 64 6 5 13 考试题 题型 在列管换热器中 用热水加热冷水 热水流量为 4 5 103kg h 1 温度从 95 冷却到 55 冷水温度从 20 升到 50 总传热系数为 2 8 103 W m 2 1 试求 冷水流量 两种液体作逆流时的平均温度差和所需要的换热面积 两种流体作并流 时的平均温度差和所需要的